15热机的效率计算题-可燃冰燃烧效率、发电效率（经典常考15题）--2023-2024学年上学期九年级期末物理重难点知识突破（通用版）

这是一份15热机的效率计算题-可燃冰燃烧效率、发电效率（经典常考15题）--2023-2024学年上学期九年级期末物理重难点知识突破（通用版），共12页。试卷主要包含了计算题等内容，欢迎下载使用。
一、计算题
1．我国可燃冰储量全球第一，未来有望取代石油。已知1m3可燃冰分解后，可释放出约150m3天然气，已知q天然气=2.1×l07J/m3，c水=4.2×103J/(kg·℃)。
求：（1）1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？
（2）某单位将6t，初温为20℃的水加热升温75℃，求水吸热。
（3）若使用可燃冰来加热这些水，恰好消耗1m3可燃冰，求可燃冰燃烧效率。
2．可燃冰是一种清洁无污染的新型能源，在我国的南海储量很大。可燃冰的热值是天然气的10倍。已知：水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)。天然气的热值q=7.0×107J/m3。求：
（1）体积为0.2m3的可燃冰完全燃烧放出的热量；
（2）上述热量的48%被水吸收，可以使160千克20℃的水加热到多少摄氏度？（1标准大气压下）
3．中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按15倍计算。[，天然气的热值]求：
（1）体积为0.0lm3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？
（2）若这些热量的90%被水吸收，则水吸收的热量是多少？
（3）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是多少？
4．在探索新能源上，我国的科学家从没停止过前进的步伐。我国是世界最早进行可燃冰试采获得成功的国家，并探测出我国南海蕴藏着丰富的可燃冰资源。可燃冰，学名天然气水合物，是一种热值极高的固态晶体，是未来可以替代石油的纯净新型能源。已知可燃冰的热值约为1.4×109J/m3，若将2m3可燃冰完全燃烧，求：【c水=4.2×103J/(kg·℃)】
（1）放出多少热量？
（2）若这些热量的60%被水吸收，能把多少千克的水从60℃加热到沸腾（在1个标准大气压下）？
5．可燃冰是一种新型能源，它分解后可以释放出天然气，我国开采可燃冰的技术处于世界领先地位。用燃气热水器烧水时，把 40kg 的水从25℃加热到 45℃，共燃烧了 0.12m3 的天然气。经测定，若某次开采到的可燃冰的热值是同体积天然气的 120 倍。求：
（1）水吸收了多少热量？［c 水=4.2×10 3J/（kg·℃）］
（2）燃气热水器烧水时的效率是多少？（q 天然气=3.5×10 7J/m3）
（3）若换用该可燃冰作燃料，加热相同情况的水要燃烧多少立方米的可燃冰？
6．质量为100kg的铁块，放在炉子上加热相当长的时间后取出，立即投入质量为250kg、温度为20℃的水中，水的温度最后升高到60℃。假设铁块放出的热量全部被水吸收
[，，]。求：
(1)水吸收的热量；
(2)炉子的温度；
(3)若水吸收的热量是完全燃烧2kg可燃冰获得的，则可燃冰烧水时的热效率是多少？
7．可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为50kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了1.2m3天然气，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值q＝4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：
（1）水吸收的热量；
（2）燃气锅炉烧水时的效率；
（3）若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰。
8．生活垃圾处理已告别了单一的填埋方式，逐步走向以焚烧发电为主的资源化利用道路。河南省发展改革委发布了《河南省生活垃圾焚烧发电中长期专项规划（2018﹣2030年）》，到2030年，在全省范围内规划新建生活垃圾焚烧发电项目75个，总装机规模约160万千瓦。
（1）若某发电站日处理垃圾800t，这些垃圾完全燃烧可产生的热量是多少？（垃圾的平均热值为J/kg）；
（2）如果将这些垃圾完全燃烧后产生热量的84%用来加热水，在一标准大气压下可将多少kg、初温为20℃的水烧开？[]
9．甲烷是城市生活垃圾处理后所得垃圾气体的主要成分，若将它收集起来可加以利用，每千克生活垃圾经特殊处理后平均能产生的垃圾气体，已知该气体的热值为，.请回答下列问题：
（1）这的垃圾气体完全燃烧后产生的热量是多少？
（2）若将这些热量全部用来烧水，可使多少kg的水从25℃升高到100℃？[]
（3）若将这垃圾气体完全燃烧后所产生热量的50%用来发电，可供50W的灯泡工作多少小时？
10．合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。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。佛山市南海绿电每日处理生活垃圾约3000t，该公司发电站配备4台发发电功率均1.5×104kW的发电机组。求：
（1）如果将该发电站每日所能处理的3000t垃圾完全燃烧，所产生热量的70%用来加热水，能使多少kg的水从20℃升高到45℃？【垃圾的平均热值为q＝5×106J/kg，水的比热容为c＝4.2×103J/（kg•℃）】
（2）4台发电机组同时工作，若平均每天工作15h，发电站每天可发电多少度？
（3）该发电站垃圾焚烧发电效率为多少？
11．生活垃圾处理已告别了单一的填埋方式，逐步走向以焚烧发电为主的资源化利用道路。我县已建成占地面积46666平方米的生活垃圾焚烧发电站，总规模为日处理生活垃圾800吨，配套18000kW纯凝式发电机组。求：
（1）日处理垃圾800吨完全燃烧可产生多少热量？（垃圾的平均热值约为5×106J/kg）
（2）如果将这些垃圾完全燃烧后产生热量的84%用来加热水，在标准大气压下可将多少千克20℃的水烧开？
（3）若平均每天工作15小时，发电站每天可发电多少度？
12．生活垃圾处理已告别了单一的填埋方式，逐步走向以焚烧发电为主的资源化利用道路。我县已建成占地面积46666平方米的生活垃圾焚烧发电站，总规模为日处理生活垃圾800吨，配套18000kW纯凝式发电机组。求：
（1）日处理垃圾800吨完全燃烧可产生多少热量？（垃圾的平均热值约为5×106J/kg）
（2）如果将这些垃圾完全燃烧后产生热量的84%用来加热水，在标准大气压下可将多少千克20℃的水烧开？
（3）若平均每天工作15小时，发电站每天可发电多少度？
13．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⋅℃)]
14．东台市热电厂在发电过程中，产生1kW·h电能需要消耗0.35kg的煤．问：
（1）0.35kg的燃煤在完全燃烧过程中释放多少热量？（煤的热值是q="3" × 107J／kg）
（2）这些热量可以使多少水从20℃升高到70℃？（不计热损失）
（3）盐城市热电厂发电效率是多少？
15．如图所示是一些城市道路两边安装的一种“风光互补路灯”。它头顶小风扇，肩扛太阳能电池板。它不需要挖路面埋管铺设输电线路，当无风有光时，可以通过太阳能电池板发电，有风无光时通过风力发电机发电，二者也可同时发电，日夜为蓄电池充电。与传统的路灯相比，1台“风光互补路灯”1年大约可以节省电能4.2×109J，减少碳粉尘排放300kg，已知，q煤炭=3×107J/kg。问：
（1）若此路灯每年的发电量用燃烧煤炭来提供，一台这样的路灯每年可节约煤炭多少kg？
（2）若每年节约的能量有15%被水吸收，可将多少kg的水由20℃加热到70℃？
参考答案：
1．（1）3.15×109J；（2）1.386×109J；（3）44%
【详解】解：（1）已知1m3可燃冰分解后，可释放出约150m3天然气，则1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量
Q放=Vq天然气=150m3×2.1×l07J/m3=3.15×109J
（2）水吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×6×103kg×(75℃-20℃)=1.386×109J
（3）可燃冰燃烧效率
答：（1）1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是3.15×109J；
（2）某单位将6t，初温为20℃的水加热升温75℃，水吸热1.386×109J；
（3）可燃冰燃烧效率为44%。
2．（1）；（2）100℃
【详解】解：（1）由题意可得，可燃冰的热值
0.2m3可燃冰完全燃烧放出的热量
（2）由得水吸收的热量
由可得水的温度变化量
水的末温
因为在1标准大气压下水的沸点是100℃，所以水只能加热到100℃。
答：（1）体积为的可燃冰完全燃烧放出的热量为；
（2）上述热量的被水吸收，可以使160千克20℃的水加热到100℃。
3．（1）；（2）；（3）22.5℃
【详解】解：（1）由题意可知，可燃冰的热值
0.01m3可燃冰完全燃烧放出的热量
（2）可燃冰完全燃烧放出热量的90%被水吸收，则被水吸收的热量
（3）水的质量为100kg，则水升高的温度
答：（1）体积为0.0lm3的可燃冰完全燃烧放出的热量为；
（2）若这些热量的90%被水吸收，则水吸收的热量是；
（3）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是22.5℃。
4．（1）2.8×109J；（2）1×104kg
【详解】解：（1）2m3可燃冰完全燃烧放出的热量
Q放=V天然气q=2m3×1.4×109J/m3=2.8×109J
（2）水吸收的热量
Q吸=η×Q放=60%×2.8×109J=1.68×109J
1个标准大气压下水的沸点是100℃，水的质量
答：（1）放出2.8×109J热量；
（2）若这些热量的60%被水吸收，能把1×104千克的水从60℃加热到沸腾（在1个标准大气压下）。
5．（1）3.36×106J；（2）80%；（3）1×10-3m3
【详解】解：（1）水吸收的热量
Q吸=c水m水（t2-t1）=4.2×103J/（kg·℃）×40kg×（45-25）℃=3.36×106J
（2）燃烧0.12m3天然气放出的热量
Q放=V天然气q天然气=0.12m3×3.5×107J/m3=4.2×106J
燃气热水器烧水时的效率
（3）需要燃烧可燃冰的体积
答：（1）水吸收了3.36×106J热量；
（2）燃气热水器烧水时的效率是80%；
（3）若换用该可燃冰作燃料，加热相同情况的水要燃烧1×10-3m3的可燃冰。
6．(1)；(2)1060℃；(3)50%
【详解】(1)水吸收的热量为
(2)由题意知
由得火炉的温度为
(3)可燃冰完全燃烧放出的热量为
可燃冰烧水时的热效率为
答：(1)水吸收的热量为；
(2)炉子的温度为1060℃；
(3)若水吸收的热量是完全燃烧2kg可燃冰获得的，则可燃冰烧水时的热效率为50%。
7．（1）1.68×108J；（2）33.3%；（3）0.0075m3。
【详解】（1）水吸收的热量
Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（100℃﹣20℃）＝1.68×107J
（2）天然气完全燃烧放出的热量
Q放＝Vq天然气＝1.2m3×4.2×107J/m3＝5.04×107J
燃气锅炉烧水时的效率
η＝×100%＝ ×100%≈33.3%
（3）可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，则可燃冰的热值
q可燃冰＝160q天然气＝160×4.2×107J/m3＝6.72×109J/m3
若换用可燃冰燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积
V可燃冰＝ ＝ ＝0.0075m3
答：（1）水吸收的热量1.68×107J；（2）燃气锅炉烧水时的效率33.3%；（3）若换用可燃冰，应使用0.0075m3可燃冰。
8．（1）；（2）
【详解】解：（1）这些垃圾完全燃烧可产生的热量
（2）燃烧垃圾放出的热量被水吸收，水吸收的热量
在一标准大气压下，水沸腾的温度为100℃，据得，水的质量
答：（1）这些垃圾完全燃烧可产生的热量是4×1012J；
（2）在一标准大气压下可将kg、初温为20℃的水烧开。
9．（1）；（2）18kg；（3）15.75h
【详解】解：（1）垃圾气体完全燃烧后产生的热量

（2）已知水吸收的热量等于燃烧垃圾放出的热量
由可得水的质量
（3）由可得，用来发电的热量，即燃烧垃圾发出的电能
灯泡工作的时间为
答：（1）这的垃圾气体完全燃烧后产生的热量是；
（2）若将这些热量全部用来烧水，可使18kg的水从25℃升高到100℃；
（3）可供50W的灯泡工作15.75小时。
10．（1）1×108kg；（2）9×105度；（3）21.6%
【详解】解：（1）垃圾质量
垃圾完全燃烧放出的热量
由可得，热水吸收的热量
由可得，被加热的水的质量
（2）1台发电机一天可发电
4台发电机一天可发电
（3）这些生活垃圾发出的电能
发电站垃圾焚烧发电效率
答：（1）能使1×108kg的水从20℃升高到45℃；
（2）发电站每天可发电9×105度；
（3）该发电站垃圾焚烧发电效率为21.6%。
11．（1）4×1012J；（2）1×107kg；（3）2.7×105度
【详解】解：（1）生活垃圾完全燃烧放出的热量为
Q放=mq=800×103kg×5×106J/kg=4×1012J
（2）将这些垃圾完全燃烧后产生热量的84%用来加热水，则水吸收的热量
标准气压下水的沸点是100℃，根据Q=cmΔt可知，加热水的质量为
（3）发电站每天可发电为
答：（1）日处理垃圾800吨完全燃烧产生4×1012J的热量；
（2）如果将这些垃圾完全燃烧后产生热量的80%用来加热水，能使1×107kg的20℃的水煮沸；
（3）发电站每天可发电为2.7×105度。
12．（1）4×1012J；（2）1×107kg；（3）2.7×105度
【详解】解：（1）生活垃圾完全燃烧放出的热量为
Q放=mq=800×103kg×5×106J/kg=4×1012J
（2）将这些垃圾完全燃烧后产生热量的84%用来加热水，则水吸收的热量
标准气压下水的沸点是100℃，根据Q=cmΔt可知，加热水的质量为
（3）发电站每天可发电为
答：（1）日处理垃圾800吨完全燃烧产生4×1012J的热量；
（2）如果将这些垃圾完全燃烧后产生热量的80%用来加热水，能使1×107kg的20℃的水煮沸；
（3）发电站每天可发电为2.7×105度。
13．（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=2.52×109J
1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。
14．（1）1.05×107J（2）50kg（3）34.3%
【分析】（1）知道燃煤的质量和热值，利用燃料完全燃烧放热公式求0.35kg的燃煤在完全燃烧过程中释放多少热量；
（2）不计热损失，Q吸=Q放，知道水温度升高值和水的比热容，利用吸热公式求水的质量；
（3）0.35kg的燃煤在完全燃烧过程中释放的热量为总能量，1kW•h电能为有用能量，利用效率公式求发电效率．
【详解】（1）Q放=qm=3×107J/kg×0.35kg=1.05×107J；
（2）由题知，Q吸=Q放，∵Q吸=cm△t，∴m===50kg；
（3）η==≈34.3%．
答：（1）0.35kg的燃煤在完全燃烧过程中释放1.05×107J的热量；
（2）这些热量可以使50kg水从20℃升高到70℃；
（3）盐城市热电厂发电效率是34.3%．
15．（1）140kg；（2）3000kg
【详解】解：（1）由题知，煤炭放出的热量
由可得以一盏这样的路灯每年可节约煤炭的质量
（2）由题知，水吸收的热量
由得水的质量
答：（1）一盏这样的路灯每年可节约煤炭140kg；
（2）可将3000kg的水由20℃加热到70℃。