Question

15．认识自然，亲近自然，初春学校组织学生到桂东北的猫儿山山脚下一农庄进行社会实践活动．小明携带一个质量为1kg的合金锅、一台如图所示的便携式丁烷气炉（内置一瓶新的燃气，参数如表一、二所示）．爱探究的小明通过手机上网查到便携式燃气炉的热效率为30%，丁烷气体的烧灼效率为90%，野炊地水的沸点为96℃，测出当地水的温度为26℃[水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃），锅的比热容为0.8×10³J/（kg•℃）]．求：
（1）完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出多少焦耳的热量？
（2）要使合金锅内2kg的水温度升高50℃，需要吸收多少焦耳的热量？（铝锅吸收热量不计）
（3）如果燃气炉以最大火力工作，一瓶燃气最多能持续燃烧1.4h，这样能够的质量为多少千克的水烧开？
表一

品名	便携式丁烷气炉	质量	1.88kg（不含气瓶
型号	WZL_168_A	尺寸	343×284×113mm
用途	野外用	点火方式	电子点火
使用燃气	液化丁烷气	燃气消耗量	150g/h （最大火力时）

表二

气瓶规格（尺寸/容量）
品名	总质量	净质量	主要成份	热值
神州	354g	250g	丁烷	9×107 J/kg

Answer 1

分析 （1）知道丁烷气体的质量和热值，利用Q_放=mq求完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出的热量；
（2）知道水的质量、比热容和温度变化，利用Q_吸=cm△t求使合金锅内2kg的水温度升高50℃吸收的热量；
（3）燃气炉以最大火力工作时，知道燃气消耗的质量，而甲烷气体的燃烧效率为90%，则燃气燃烧时所放出的热量Q₁=Q_放×90%；又知道便携式燃气炉将其燃气燃烧所放出能量的30%供给水加热，则水吸收的热量Q₂=Q₁×30%，再由Q_吸=cm△t求能烧开水的质量．

解答 解：
（1）完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出的热量：
Q_放=mq=0.1kg×9×10⁷J/kg=9×10⁶J；
（2）使合金锅内2kg的水温度升高50℃吸收的热量（铝锅吸收热量不计）：
Q_吸1=c₁m₁△t=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×50℃=4.2×10⁵J；
（3）燃气炉以最大火力工作时，消耗燃气的质量为m_气=0.15kg/h×1.4h=0.21kg，
由题知，丁烷气体的燃烧效率为90%，则丁烷气体燃烧时所放出的热量：
Q₁=Q_放×90%=m_气q×90%=9×10⁷J/kg×0.21kg×90%=1.701×10⁷J，
又知道便携式燃气炉将其燃气燃烧所放出能量的30%供给水加热，则水吸收的热量：
Q₂=Q₁×30%=1.701×10⁷J×30%=5.103×10⁶J，
由Q_吸=cm△t得能烧开水的质量：
m_水=$\frac{{Q}_{2}}{c△t}$=$\frac{5.103×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（96℃-26℃）}$≈17.4kg．
答：
（1）完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出9×10⁶J的热量；
（2）要使合金锅内2kg的水温度升高50℃，需要吸收4.2×10⁵J的热量；
（3）如果燃气炉以最大火力工作，一瓶燃气最多能持续燃烧1.4h，这样能够把质量为17.4kg的水烧开．

点评 本题考查了学生对吸热公式、燃料完全燃烧放热公式和效率公式的掌握和运用，利用好两个效率计算水吸收的热量是本题的关键、难点！