中考物理二轮复习经典培优模型练专题07电能与化学能的转化模型（教师版）

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  专题07 电能与化学能的转化模型 1．我国三峡水电站有“照亮半个中国”的美誉，2020年累计发电量超过1千亿度，如果就按1千亿度(kW·h)计算，相当于一座年消耗6×1010kg标准煤的火力发电站所发的电量。(1）假设标准煤的热值为3×107J/kg，完全燃烧6×1010kg标准煤能放出多少热量？(2）以三峡水力发电代替同等的火力发电，每年会少排7.5×1010m3的二氧化碳气体，这些气体的质量是多少kg？(通常情况下CO2气体的密度为2kg/m3）(3）请你根据本题中的数据，计算火力发电的效率(用符号E表示电能）？【答案】(1）1.8×1018J；(2）1.5×1011kg；(3）20%【详解】解：(1）m=6×1010kg标准煤完全燃烧放出的热量为(2）由可知这些气体的质量为(3）已知m=6×1010kg标准煤的火力发电站所发的电量为1千亿度，即则火力发电的效率为答：(1）完全燃烧6×1010kg标准煤能放出1.8×1018J热量；(2）这些气体的质量是1.5×1011kg；(3）火力发电的效率为20%。2．十九大报告指出：“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”。某市中心城区日产垃圾已上升到8500吨。《城市生活垃圾分类管理办法》开始实施，正式进入生活垃圾强制分类时代。焚烧发电是目前世界上普遍采用的最安全、最有效的生活垃圾处理技术。垃圾分类后再焚烧，其热值可提升30%至40%，二噁英(致癌物质）排放量可降低80%。如图所示是中国中部最大的垃圾焚烧发电站，日处理生活垃圾4200吨，每天发电1.35×106kW·h。求：(1）此发电站日处理4200吨垃圾产生的热量最多有多少？【设垃圾热值的平均值为6×106J/kg】(2）若发电站日处理的垃圾完全燃烧释放出的热量完全被水吸收，能使多少千克20℃的水升高70℃？【水的比热容为c=4.2×103J/(kg·℃）】(3）该发电站垃圾焚烧发电效率为多少？(结果保留整数）【答案】(1）2.52×1013J；(2）8.57×107kg；(3）19%【详解】解：(1）4200t垃圾完全燃烧放出的热量Q放=m垃圾q=4200×103kg×6×106J/kg=2.52×1013J(2）发电站日处理的垃圾完全燃烧释放出的热量完全被水吸收，则水吸收的热量Q吸= Q放=2.52×1013J由Q吸=cm水Δt可得水的质量(3）日处理生活垃圾4200吨，每天的发电量为W=1.35×106kW·h=1.35×106×3.6×106J=4.86×1012J发电站垃圾焚烧发电效率答：(1）此发电站日处理4200吨垃圾产生的热量最多有2.52×1013J；(2）若发电站日处理的垃圾完全燃烧释放出的热量完全被水吸收，能使8.57×107kg千克20℃的水升高70℃；(3）该发电站垃圾焚烧发电效率为19%。3．焚烧发电是目前世界上普遍采用的最安全、最有效的生活垃圾处理技术。垃圾分类后再焚烧，其热值可提升30%至40%，二恶英(致癌物质）排放量可降低80%。如图所示是位于中国中部最大垃圾焚烧发电站，日处理生活垃圾4200t，发电站配备3台功率均为3×104kW的发电机组，平均每天工作15h。求：(1）如果将发电站日处理的4200t垃圾完全燃烧产生热量的75%用来加热水，能使多少千克、20℃的水升高45℃？[设垃圾的平均热值为6×106J/kg，水的比热容为c=4.2×103J/(kg·℃)](2）该发电站垃圾焚烧发电效率为多少？(结果保留整数）【答案】(1）1×108；(2）19%【详解】解：(1）4200t垃圾完全燃烧放出的热量Q放=m垃圾q=4200×103kg×6×106J/kg=2.52×1013J将这些垃圾完全燃烧后产生的热量的75%用来加热水，水吸收的热量Q吸=75%×Q放=75%×2.52×1013J=1.89×1013J由Q吸=cm水Δt可得水的质量 (2）3台机组一天的发电量W=Pt=3×3×104kW×15h=1.35×106kW·h=4.86×1012J发电站垃圾焚烧发电效率答：(1）能使1×108kg20℃的水升高45℃；(2）该发电站垃圾焚烧发电效率为19%。4．对生活垃圾进行分类既是当前的一种时尚，更是生态环保的需要。目前我市每天能产生1000t左右的生活垃圾，若进行分类后，除去可回收垃圾和需要特殊处理的垃圾，将还有900t左右的垃圾需要处理。为了处理这些垃圾，我市规划布局了城市生活垃圾焚烧发电项目，该项目位于蛇形山镇泉塘村生活垃圾处理中心内，占地约80亩，总投资4.73亿元，对娄星区、涟源市和双峰县部分乡镇生活垃圾进行焚烧与热能利用。项目建成投产后，年处理垃圾约29.2万吨，年发电近1.2亿度，可满足四分之一的娄底城区居民用电，将垃圾真正“变废为宝”。经实践检测每完全燃烧1t生活垃圾可发电300kW⋅h。设整个发电过程中的效率为30%，求：(1）生活垃圾的热值q；(2）完全燃烧1t生活垃圾产生的热量若用来烧开水，其中70%的热量被水吸收，1标准大气压下可烧开多少吨20℃的冷水。[c水=4.2×103J/(kg⋅℃)]【答案】(1）3.6×106J/kg；(2）7.5t【详解】解：(1）每完全燃烧1t生活垃圾可发电W=300kW⋅h=300×3.6×106J=1.08×109J由 可知，燃烧1t生活垃圾释放的热量生活垃圾的热值(2）由题意可知，水吸收的热量Q吸=70%Q放=70%×3.6×109J=2.52×109J1个标准大气压下，水的沸点是100℃，由Q吸=cm(t-t0)可知，冷水的质量答：(1）生活垃圾的热值q为3.6×106J/kg；(2）完全燃烧1t生活垃圾产生的热量若用来烧开水，其中70%的热量被水吸收，1标准大气压下可烧开7.5吨20℃的冷水。5．三峡水电站有“照亮半个中国”的美誉，它的年平均发电量约3.045×1017J，相当于一座年消耗标准煤5×1010kg的火力发电站的发电量。(1）标准煤的热值为2.9×107J/kg，完全燃烧5×1010kg标准煤能放出多少热量？(2）根据本题中的数据，计算火力发电的效率。【答案】(1）1.45×1018J；(2）21%。【详解】解：(1）完全燃烧5×1010kg标准煤能放出热量(2）由题知，年平均发电量E=3.045×1017J，Q放=1.45×1018J，火力发电的效率答：(1）完全燃烧5×1010kg标准煤能放出1.45×1018J热量；(2）火力发电的效率为21%。6．火力发电厂每发出1度电(等于3.6×106J）需要消耗0.36kg标准煤。1度电可以让某型号纯电轿车行驶约5km。某款紧凑型家用轿车，每100km消耗汽油约5kg。求：(已知：q煤＝3.0×107J/kg，q汽油＝4.6×107J/kg）(1）火力发电厂的热效率；(2）通过计算说明，行驶相同距离时，哪种车型能耗(消耗的燃料热量）更低？【答案】(1）33.3%；(2）纯电轿车【详解】解：(1）完全燃烧0.36kg煤所放出的热量有题意可知有用功W有＝1kW•h＝3.6×106J则火力发电厂的效率(2）1度电可以让某型号纯电骄车行驶约5km，即行驶5km消耗3.6×106J的能量；紧凑型家用轿车每100km消耗汽油约5kg，则行驶5km消耗的汽油的质量为汽油放出的热量为因为 故纯电轿车消耗的热量少。答：(1）火力发电厂的热效率为33.3%；(2）纯电轿车消耗的热量少。7．如图是某电力公司开发出一种圆柱形气球状的发电机，悬于风力足够大且较稳定的300米高空(如图所示），中心处大的风扇随风转动，带动发电机，产生的电流通过系着的电线到地面。假如气球体积3×105m3，最大发电功率为3000千瓦；(设300米高空的空气密度ρ＝1.2kg/m3，g＝10N/kg）问：(1）气球在高空受到的浮力为多少？(2）若该风力发电机每年工作6000小时，则它的最大年发电量是多少千瓦时？(3）若火力发电的效率是36%，则用这样一个气球发电机发电，每年最多可节省多少千克煤炭？(煤炭的热值：q＝3×107J/kg）【答案】(1)3.6×106N；(2)1.8×107kW·h；(3)6×106kg【详解】解：(1)排开气体的体积为气球受到的浮力(2)最大年发电量(3)根据知，煤炭完全燃烧放出的热量为需要煤的质量答：(1)气球在高空受到的浮力为3.6×106N；(2)若该风力发电机每年工作6000小时，则它的最大年发电量是1.8×107kW·h；(3)若火力发电的效率是36%，则用这样一个气球发电机发电，每年最多可节省6×106kg的煤炭。8．洗碗机逐渐走进家庭，其洗碗过程是：先打开进水阀使水箱内进水，再通过电加热管将水箱内的水加热至设定温度，然后电动机带动水泵将水箱中的热水抽出，通过喷水管冲洗洗碗机内的餐具，如图所示是一台家用洗碗机，其部分参数如表所示∶电源电压频率电加热管功率电动机功率设定水温220V50Hz1400W60W80℃ 已知该洗碗机一次标准洗涤程序的耗水量是9kg，所需时间是130min，当进水阀中的水温为20℃时，加热30min达到设定的水温。计算(1)标准洗涤时，水箱中的水吸收的热量； (2)这台洗碗机一次标准洗涤程序消耗的电能；(3)如果这些电能是由燃料的利用效率为30%的火力发电站发出的，需要完全燃烧多少kg动力煤？ (动力煤热值为2.3×107J/kg，结果保留到小数点后一位）【答案】(1)2.26×106J； (2) 2.88×106J；(3)0.4kg【详解】(1)水箱中水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×9kg×(80℃-20℃)=2.268×106J(2)这台洗碗机一次标准洗涤程序消耗的电能W=P1t1+ P2t2=1400W×30×60s+60W×(130-30)×60s=2.88×106J(3)动力煤完全燃烧放出的热量Q==9.6×106J需要动力煤的质量m=≈0.4kg答：(1)标准洗涤时，水箱中的水吸收的热量是2.26×106J 。(2)这台洗碗机一次标准洗涤程序消耗的电能是2.88×106J。(3)如果这些电能是由燃料的利用效率为30%的火力发电站发出的，需要完全燃烧0.4kg动力煤。9．三峡水电站有“照亮半个中国”的美誉，它的年平均发电量约为3.06×1017 J，相当于一座年消耗5×1010 kg标准煤的火力发电站的发电量．(1)标准煤的热值为2.9×107 J/kg，完全燃烧5×1010 kg标准煤能放出多少热量？(2)以三峡水力发电代替同等的火力发电，每年会少排CO2气体1.2×1011 kg，这些气体的体积是多少米3(通常情况下CO2气体的密度为2 kg/m3)?(3)根据本题中的数据，计算火力发电的效率．【答案】(1) 1.45×1018 J；(2) 6×1010 m3；(3) 21.1%．【详解】(1)Q=qm=2.9×107J/kg×5×1010kg=1.45×1018J，(2)由ρ=可得,V== =6×1010m3(3)已知E=8.5×1010kW⋅h=8.5×1010×1000×3600J=3.06×1017J，Q=1.45×1018J，η===21.1%10．三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量预计为8.5×1010kW·h，这些电能将送往华东、华中等九省市，所以人们讲“三峡可以照亮半个中国”．据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗5×1010kg煤的火力发电站的年发电量，而且是廉价、清洁、可再生的能源．(1）已知煤的热值是2.9×107J/kg，5×1010kg煤完全燃烧后，将放出多少热量？(2）向大气中排放过量的二氧化碳等气体是造成“温室效应”的主要原因．三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳1.2×1011kg，在通常情况下，已知二氧化碳气体的密度为1.98kg/m3，则这些二氧化碳气体在通常情况下的体积约为多少？(3）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧后所产生的热量为Q，根据上述资料，试估算火力发电站的效率．【答案】(1）1.45×1018J (2）6×1010m3 (3）21%【详解】(1）5×1010kg煤完全燃烧后释放的热量：(2）1.2×1011kg的二氧化碳的体积为：(3）年产生的电能为：煤燃烧产生的热量：所以火力发电站的效率为：答案：(1）1.45×1018J     (2）6×1010m3       (3）21%点睛：对于热值公式的应用，应注意的单位的统一，更要注意物理量的对应，根据题中的年发电量和年耗煤量的比值可得火力发电站的效率，即符合“单位时间”的条件．