Question

15．認識自然，親近自然，初春學校組織學生到桂東北的貓兒山山腳下一農莊進行社會實踐活動．小明攜帶一個質量為1kg的合金鍋、一臺如圖所示的便攜式丁烷氣爐（內置一瓶新的燃氣，參數如表一、二所示）．愛探究的小明通過手機上網查到便攜式燃氣爐的熱效率為30%，丁烷氣體的燒灼效率為90%，野炊地水的沸點為96℃，測出當地水的溫度為26℃[水的比熱容為4.2×10³J/（kg•℃），鍋的比熱容為0.8×10³J/（kg•℃）]．求：
（1）完全燃燒0.1kg的丁烷氣體可以放出多少焦耳的熱量？
（2）要使合金鍋內2kg的水溫度升高50℃，需要吸收多少焦耳的熱量？（鋁鍋吸收熱量不計）
（3）如果燃氣爐以最大火力工作，一瓶燃氣最多能持續燃燒1.4h，這樣能夠的質量為多少千克的水燒開？
表一

品名	便攜式丁烷氣爐	質量	1.88kg（不含氣瓶
型號	WZL_168_A	尺寸	343×284×113mm
用途	野外用	點火方式	電子點火
使用燃氣	液化丁烷氣	燃氣消耗量	150g/h （最大火力時）

表二

氣瓶規格（尺寸/容量）
品名	總質量	凈質量	主要成份	熱值
神州	354g	250g	丁烷	9×107 J/kg

Answer 1

分析 （1）知道丁烷氣體的質量和熱值，利用Q_放=mq求完全燃燒0.1kg的丁烷氣體可以放出的熱量；
（2）知道水的質量、比熱容和溫度變化，利用Q_吸=cm△t求使合金鍋內2kg的水溫度升高50℃吸收的熱量；
（3）燃氣爐以最大火力工作時，知道燃氣消耗的質量，而甲烷氣體的燃燒效率為90%，則燃氣燃燒時所放出的熱量Q₁=Q_放×90%；又知道便攜式燃氣爐將其燃氣燃燒所放出能量的30%供給水加熱，則水吸收的熱量Q₂=Q₁×30%，再由Q_吸=cm△t求能燒開水的質量．

解答 解：
（1）完全燃燒0.1kg的丁烷氣體可以放出的熱量：
Q_放=mq=0.1kg×9×10⁷J/kg=9×10⁶J；
（2）使合金鍋內2kg的水溫度升高50℃吸收的熱量（鋁鍋吸收熱量不計）：
Q_吸1=c₁m₁△t=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×50℃=4.2×10⁵J；
（3）燃氣爐以最大火力工作時，消耗燃氣的質量為m_氣=0.15kg/h×1.4h=0.21kg，
由題知，丁烷氣體的燃燒效率為90%，則丁烷氣體燃燒時所放出的熱量：
Q₁=Q_放×90%=m_氣q×90%=9×10⁷J/kg×0.21kg×90%=1.701×10⁷J，
又知道便攜式燃氣爐將其燃氣燃燒所放出能量的30%供給水加熱，則水吸收的熱量：
Q₂=Q₁×30%=1.701×10⁷J×30%=5.103×10⁶J，
由Q_吸=cm△t得能燒開水的質量：
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）完全燃燒0.1kg的丁烷氣體可以放出9×10⁶J的熱量；
（2）要使合金鍋內2kg的水溫度升高50℃，需要吸收4.2×10⁵J的熱量；
（3）如果燃氣爐以最大火力工作，一瓶燃氣最多能持續燃燒1.4h，這樣能夠把質量為17.4kg的水燒開．

點評 本題考查了學生對吸熱公式、燃料完全燃燒放熱公式和效率公式的掌握和運用，利用好兩個效率計算水吸收的熱量是本題的關鍵、難點！