Question

9．天然气是一种热值高、污染小的清洁能源．在一个标准大气压下，小明同学用天然气灶将一壶质量为3kg、温度为20℃的水加热至沸腾，大约用时10min．已知水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃），天然气的热值取4×10⁷J/m³．求：
（1）壶水吸收的热量．
（2）若天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收，烧开这壶水需用多少天然气？

Answer 1

分析 （1）在一个标准大气压下，知道水沸腾时的温度，又知道水的比热容、质量和初温，根据Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的热量；
（2）根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%的变形公式Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$求出天然气完全燃烧放出的热量，再根据Q_放=Vq的变形公式V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$求出烧开这壶水需要天然气的体积．

解答 解：（1）在一个标准大气压下，水沸腾时的温度t=100℃，
水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×3kg×（100℃-20℃）=1.008×10⁶J；
（2）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$得，天然气完全燃烧放出的热量：
Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.008×1{0}^{6}J}{60%}$=1.68×10⁶J，
由Q_放=Vq得，烧开这壶水需要天然气的体积：
V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.68×1{0}^{6}J}{4×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=4.2×10^-2m³．
答：（1）水吸收的热量为1.008×10⁶J；
（2）若天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收，烧开这壶水需要4.2×10^-2m³天然气．

点评 本题考查了吸热公式、热效率公式及燃料完全燃烧释放热量公式的掌握和应用，熟练运用公式及变形公式即可正确解题，要注意一标准大气压下水的沸点为100℃是一个隐含的已知条件．