Question

14．雞年伊始，國際著名期刊《科學》首次刊發了中國科學界胡炳成團隊關于全氮類物質燃料研究成果文章，解決了困擾半個多世紀的世界性難題，該燃料具有超高能量等優點，預估其熱值q_氮類=4.6×10⁵J/g，它的運用能使我國在某些領域領先全世界．（ρ_煤油=0.8×10³kg/m³，q_煤油=4.6×10⁷J/kg）
問：（1）該熱值換算成以J/kg為單位，其結果是多少？
（2）若我國長征某型號火箭需40t航空煤油作燃料，這些煤油的體積多大？
（3）若上問中的煤油完全燃燒放出的熱量全部改由全氮類物質燃料燃燒替代，則該火箭的總質量可以減少多少t？

Answer 1

分析 （1）對熱值單位進行單位換算可得以J/kg為單位的熱值大小；
（2）知道煤油的質量、密度，利用ρ=$\frac{m}{V}$求煤油的體積；
（3）利用Q_放=mq求航空煤油完全燃燒放出的熱量，改由全氮類物質燃料完全燃燒放出這些熱量，再利用Q_放=mq求消耗全氮類物質燃料質量，消耗兩種燃料質量的差值等于該火箭的總質量減小值．

解答 解：
（1）q _氮類=4.6×10⁵J/g=4.6×10⁸J/kg；
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$可得，煤油的體積：
V_煤油=$\frac{{m}_{煤油}}{{ρ}_{煤油}}$=$\frac{40×1{0}^{3}kg}{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=50 m³；
（3）40t航空煤油燃燒放出的熱量：
Q_放=m_煤油q_煤油=40×10³kg×4.6×10⁷J/kg=1.84×10¹²J，
改由全氮類物質燃料完全燃燒替代，消耗全氮類物質燃料質量：
m_氮=$\frac{{Q}_{放}}{{q}_{氦類}}$=$\frac{1.84×1{0}^{12}J}{4.6×1{0}^{8}J/kg}$=4×10³kg=4t，
該火箭總質量的減小值：
△m=m_煤油-m_氮=40t-4t=36t．
答：（1）該熱值換算成以J/kg為單位，其結果是4.6×10⁸J/kg；
（2）若我國長征某型號火箭需40t航空煤油作燃料，這些煤油的體積為50 m³；
（3）該火箭的總質量可以減少36t．

點評 本題考查了密度公式、燃料完全燃燒放熱公式的應用，要知道：消耗兩種燃料質量的差值等于該火箭的總質量減小值．