Question

據《泰州晚報》報道，泰州市區十大重點工程之一--生活垃圾衛生填埋場已通過嚴格經過處理分成三種物質．一種是固體垃圾，固體垃圾經填埋、碾壓、消毒、覆蓋后，恢復植被，可供郊游、觀光；一種是生活垃圾滲瀝液，經多重防滲處理，將滲瀝垃圾液收集起來，用高壓泵和壓力管道輸送到污水處理廠；一種是垃圾氣體，收集起來用于發電．
（1）已知垃圾氣體的主要成分為甲烷（CH₄），如果任由這些氣體排入大氣中，將會造成的危害是

加重溫室效應

．將它收集起來可用于火力發電，寫出甲烷燃燒的化學方程式

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O

．如果平均每千克生活垃圾經特殊處理后能產生0.07m³垃圾氣體，那么理論上1kg生活垃圾可以發電多少度？如果居民用這些電來燒水，又可以使多少千克的水從25℃升高到100℃？（垃圾氣體的執槽為8.1×107 J/m³）
（2）高壓泵將生活垃圾滲瀝液壓送到污水處理廠，壓力管道橫截面積一定，污水流量為180m³h，若高壓泵所產生的對滲瀝液的壓強為3×10⁵a，高壓泵所用電動機的功率為20kW，求此過程中高壓泵的效率．

Answer 1

分析：（1）將甲烷（CH₄）排入大氣中，將會加重溫室效應；甲烷燃燒將產生二氧化碳和水，據此寫出化學方程式；
由題知，1kg生活垃圾產生0.07m³垃圾氣體（CH₄），利用Q=Vq求完全燃燒后產生的熱量，若燃料完全燃燒放出的熱量全轉化為電能，可求發電度數；
根據Q_放=Q_吸=cm△t求水的質量；
（2）設管道的橫截面積為S，則管道某一橫截面積上的壓力F=p₀S，如果污水在1h內流過的體積為V，則污水流動的距離L=

V

S

，可求壓力在1h內對污水所做的功（有用能量）；而1h內電動機所做的總功為W_總=Pt（總能量），利用效率公式求高壓泵的效率．

解答：解：
（1）如果任由甲烷（CH₄）氣體排入大氣中，將會造成的危害是加重溫室效應；
甲烷燃燒的化學方程式：
CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O；
1kg生活垃圾產生0.07m³垃圾氣體完全燃燒后產生的熱量：
Q_放=Vq=0.07m³×8.1×10⁷J/m³=5.67×10⁶J，
理論上可發電（全轉化為電能）：
W=Q=5.67×10⁶×

1

3.6×106

kW?h=1.575kW?h（度），
∵Q_吸=cm△t=5.67×10⁶J，
∴水的質量：
m=

Q

c△t

=

5.67×106J

4.2×103J/(kg?℃)×(100℃-25℃)

=1.5kg；
（2）設管道的橫截面積為S，則管道某一橫截面積上的壓力F=p₀S，如果污水在1h內流過的體積為V，則污水流動的距離L=

V

S

，
壓力在1h內對污水所做的功：
W=FL=p₀S×

V

S

=p₀V，
而1h內電動機所做的總功為W_總=Pt，
所以高壓泵的效率：
η=

W

W總

×100%=

p0V

Pt

×100%=

3×105Pa×180m3

20×103W×3600s

×100%=75%．
答：（1）加重溫室效應；CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O；理論上1kg生活垃圾可以發電1.575度；如果居民用這些電來燒水，又可以使1.5千克的水從25℃升高到100℃；
（2）此過程中高壓泵的效率為75%．

點評：本題為力、熱、電的綜合計算題，通過生活垃圾處理考查了學生對壓強公式、燃料完全燃燒放熱公式、吸熱公式、電功率公式、效率公式的掌握和運用，真正體現了學以致用，有意義！