专题19 热量与热值
一．填空题（共12小题）
1．（2018•泰安）标准大气压下，质量为0.5kg、温度为70℃的水放出4.2×104J的热量，水的温度降低了 20 ℃[c水=4.2×103J/（kg•℃）]。
【分析】知道水的质量、放出的热量、比热容，利用Q放=cm△t求水温度降低值。
【解答】解：
由Q放=c水m△t可得，水降低的温度：
△t=20℃。
故答案为：20。
2．（2018•福建）合理分类和利用垃圾可以变凌为宝。在一定条件下，1吨垃圾能”榨”出170kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为6.8×109 J，燃烧时燃料油的化学能转化为 内 能。
【分析】（1）利用Q放=mq求燃料油完全燃烧释放出的热量；
（2）燃料在燃烧时，发生化学变化，把燃料的化学能转化为内能。
【解答】解：
（1）燃料油完全燃烧释放出的热量：
Q放=mq=170kg×4.0×107J/kg=6.8×109J；
（2）燃料油燃烧过程中，将燃料油的化学能转化为内能。
故答案为：6.8×109；内。
3．（2018•哈尔滨）如图是“研究水沸腾规律”的实验，试管中水的质量为0.2kg，这些水由20℃升高到70℃吸收的热量是 4.2×104 J；水沸腾过程中，温度计示数将 不变 。【c水=4.2×103J/（kg•℃）】
【分析】（1）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量；
（2）水沸腾时，吸收热量、温度不变。
【解答】解：
（1）水吸收的热量：
Q吸=c水m△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.2kg×（70℃﹣20℃）=4.2×104J；
（2）水沸腾过程中，吸收热量、温度不变，温度计示数将不变。
故答案为：4.2×104；不变。
4．（2018•怀化）汽车用水作为冷却剂，是因为水的 比热容 较大。汽车在行驶过程中消耗了2kg汽油，若汽油完全燃烧则放出的热量为 9.2×107 J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
【分析】（1）相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多。
（2）知道汽油的质量和热值，利用Q放=mq求汽油完全燃烧产生的热量。
【解答】解：
（1）因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，水能带走较多的热量，冷却效果好，所以用水做汽车发动机的冷却剂。
（2）2kg汽油完全燃烧产生的热量：
Q放=mq=2kg×4.6×l07J/kg=9.2×l07J。
故答案为：比热容；9.2×l07。
5．（2018•连云港）天然气热水器将40kg的水由22℃加热到42℃，水的内能增加了3.36×106 J，水的内能增加是通过 热传递 方式实现的，若天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收，需要消耗 0.1 kg的天然气。已知c水=4.2×103J/（kg•℃），q天然气=4×107J/kg。
【分析】（1知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温（在一个标准大气压下，水的沸点为100℃），利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量；
（2）改变物体内能的方法：做功和热传递；
（3）利用η求天然气完全燃烧放出的热量，再利用Q放=mq求需要天然气的质量。
【解答】解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（42℃﹣22℃）=3.36×106J；
（2）水从火吸收热量，内能增加、温度升高，是利用热传递改变水的内能；
（3）由η得，天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=4×106J，
由Q放=mq得，需要天然气的质量：
m=0.1kg。
故答案为：3.36×106；热传递；0.1。
6．（2018•重庆）小薇在“探究水的沸腾”实验中，所用水的质量为0.5kg，初温为58℃，测出水沸腾时的温度为98℃，则当地大气压比一个标准大气压 低 （选填“高“或”低”），本实验中水加热至沸腾至少吸热 8.4×104 J．[已知c水=4.2×103J/（kg•℃）]
【分析】（1）气压和沸点的关系是，气压越高，沸点越高；气压越低，沸点越低；
（2）根据Q吸=cm△t求出吸收的热量。
【解答】解：（1）测出水沸腾时的温度小于 100℃，这是因为当时当地的大气压小于1个标准大气压造成的；
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（98℃﹣58℃）=8.4×104J。
故答案为：低；8.4×104。
7．（2018•淮安）质量为50kg的水温度从20℃升高到50℃吸收的热量是 6.3×106 J，这些热量如果完全由煤气燃烧来提供，至少需 0.15 kg的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值4.2×107J/kg）。
【分析】（1）知道水的质量、水的比热容、水温度初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm（t﹣t0）求出水吸收的热量；
（2）由题意可知，煤气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸，再根据Q放=mq求出燃烧煤气的质量。
【解答】解：
（1）水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）
=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣20℃）
=6.3×106J；
（2）由题意可知，煤气完全燃烧放出的热量：
Q放=Q吸=6.3×106J，
由Q放=mq可得完全燃烧煤气的质量：
m′=0.15kg。
故答案为：6.3×106；0.15。
8．（2018•邵阳）蓄水量为1吨的太阳能热水器现在装满了30℃的水，经过光照后升高了20℃，则水吸收的热量是 8.2×107 J．[c水=4.2×103J/（kg•℃）]
【分析】已知水的质量、水的比热容、水温度的变化，直接利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量。
【解答】解：
吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×1000kg×20℃=8.2×107J。
故答案为：8.2×107。
9．（2018•绵阳）2018年5月8日，全球首条智能轨道快运系统在湖南株洲试开通。该智能轨道快运列车使用新能源的快充钛酸锂电池，电池容量为170kW•h，满载时电耗为4kW•h/km，最高运行速度为70km/h。该电池充满电储存的能量与质量是 13.3 kg的汽油完全燃烧放出的热量相同；若列车满载匀速行驶电动机驱动列车的效率为75%，则列车匀速行驶过程中受到的平均阻力大小是 1.08×104 N．（汽油的热值是4.6×107J/kg）
【分析】（1）根据W=Q=mq求出燃料的质量；
（2）已知电动机的效率和总功，可计算出所做的有用功；知道满载时电耗和电池总容量，可计算出列车行驶的路程；列车做匀速行驶，平均阻力f与牵引力相等，根据公式W=Fs可求平均阻力大小。
【解答】解：（1）电池储存的电能即汽油完全燃烧放出的热量为：Q=W=170kW•h=170×3.6×106J=6.12×108J，
故汽油的质量为：m≈13.3kg；
（2）列车满载匀速行驶电动机所做的有用功：W有用=75%W=75%×6.12×108J=4.59×108J，
可行驶的路程：s=42.5km，
由f=F牵引力，W=Fs可知，
列车匀速行驶过程中受到的平均阻力大小为：f=F牵引力=1.08×104N。
故答案为：13.3；1.08×104。
10．（2018•济宁）将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中（如图所示），通过 热传递 方式改变牛奶的内能，图中乙是250g牛奶与热水的温度随时间变化的图象，则牛奶在加热过程中吸收的热量为 2.1×104 J．[c牛奶=4.2×103J/（kg•℃）]
【分析】（1）改变内能的方法：一是做功，二是热传递，物体放出热量、内能减少、温度降低；
（2）知道牛奶的质量、比热容，求出温度升高值，利用吸热公式Q吸=cm△t求牛奶吸收的热量。
【解答】解：
给牛奶加热的过程中，牛奶吸收热量、内能增加，是通过热传递方式改变了牛奶的内能；
由图乙可知，牛奶升高的温度：△t=40℃﹣20℃=20℃，
则牛奶吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.25kg×20℃=2.1×104J。
故答案为：热传递；2.1×104。
11．（2018•宿迁）在烧杯中装入500g、温度为10℃的水，用酒精灯给水加热、直至水温上升到60℃，水的内能增加了 1.05×105 J；水吸收的热量 小于 （选填“小于”、“等于”或“大于”）酒精燃烧放出的热量（c水=4.2×103J/（kg•℃）
【分析】（1）水吸收多少热量，也就增加多少内能。根据题目提供的相关数据，可以利用热烈的计算公式Q吸=c水m水（t﹣t0）直接求解。
（2）在热传递过程中，要考虑各种方面的散热因素，周围的物体可能就会吸收一部分热量，这要根据实际情况具体判断分析。
【解答】解：已知m水=500g=0.5kg
Q吸=c水m水（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（60℃﹣10℃）=1.05×105J，
由于支架、烧杯等均吸收热量，还有部分热量要散失到空气里，所以真正被水吸收的热量小于酒精燃烧放出的热量。
故答案为：1.05×105；小于。
12．（2018•遂宁）我国于2017年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰”，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，在相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍。如果“可燃冰”热值是天然气的10倍，设天燃气热值为4.2×107J/kg，完全燃烧0.5kg“可燃冰”放出的热量为 2.1×108 J；若在不考虑热量损失的情况下，这些热量能使800kg、45℃的水刚好达到沸点，则此时水的沸点是 107.5 ℃，水面上方的气压 大于 1标准大气压。（选填“大于”、“小于”或“等于“）（c水=4.2×103J/（kg•℃））
【分析】（1）利用Q放=mq求出1kg天然气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求0.5kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量；
（2）由题知，Q吸=Q放，根据Q吸=cm水（t﹣t0）可求出水的末温；液体的沸点与大气压有关，气压越小沸点越低；气压越大，沸点越高。
【解答】解：
（1）1kg天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=mq天然气=1kg×4.2×l07J/kg=4.2×l07J，
0.5kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′=Q放×5=4.2×l07J×5=2.1×l08J；
（2）由题知，Q吸=Q放′=2.1×l08J，
根据Q吸=cm水（t﹣t0）可知水达到沸点时的温度为：
t=107.5℃
因为1标准大气压下水的沸点为100℃，液体的沸点随着表面气压的增大而升高，随气压减小而降低，所以此时水面上方的气压大于1标准大气压。
故答案为：2.1×108；107.5；大于。
二．计算题（共6小题）
13．（2018•衡阳）2017年6月10日，作为中国大陆核电的发源地﹣﹣秦山核电基地安全运行100堆年（一座核反应堆运行一年为一堆年）。从被誉为“国之光荣”的秦山核电站1991年12月15日投入运行开始，秦山核电基地一直保持安全稳定运行，目前每分钟的安全发电量相当于少消耗烟煤13.0t，减排二氧化碳约40.6t，二氧化硫约0.2t，氮氧化物约0.8t。秦山核电基地目前共有9台运行机组，年发电量约500亿千瓦时，是目前我国核电机组数量最多、堆型品种最丰富、装机容量最大的核电基地。[下列（1）（2）题答案用科学计数法表示]
（1）13.0t烟煤如果完全燃烧，放出的热量为多少J．（烟煤的热值为2.9×107J/kg）。
（2）假设13.0t烟煤在煤炉中完全燃烧，放出的热量部分被水吸收，可以使4×105kg的水从20℃升高到100℃，求水吸收的热量为多少J．[c水=4.2×103J/（kg•℃）]
（3）求煤炉加热水的热效率。[第（3）题结果保留两位有效数字]
【分析】（1）应用热值公式Q=mq可以求出煤气完全燃烧释放的热量；
（2）根据吸热公式Q=cm△t就可算出水吸收的热量；
（3）由效率公式可以求出煤气灶烧水的效率。
【解答】解：
（1）13.0t烟煤如果完全燃烧，放出的热量：
Q放=mq=13.0×103kg×2.9×107J/kg=3.77×1011J；
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm水△t=4.2×103J/（kg•℃）×4×105kg×（100℃﹣20℃）=1.344×1011J；
（3）煤炉烧水的效率：
η≈36%。
答：（1）13.0t烟煤如果完全燃烧3.77×1011J；
（2）水吸收的热量为1.344×1011J；
（3）煤炉加热水的热效率为36%。
14．（2018•苏州）为了减少环境污染，部分农村地区改用液化气烧菜做饭。某钢瓶装有液化气10kg，已知液化气的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）求：
（1）这瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若（1）中放出的热量有40%被初温为20℃的水吸收，在标准大气压下可将多少质量的水烧开？
【分析】（1）利用Q放=mq求整瓶液化气完全燃烧放出的热量；
（2）由题知，Q吸=40%×Q放，知道水的温度变化、水的比热容，再利用Q吸=cm△t求水的质量。
【解答】解：
（1）10kg液化气完全燃烧释放热量：
Q放=m气q=10kg×4.2×107J/kg=4.2×108J；
（2）由题知，Q吸=40%×Q放=40%×4.2×108J=1.68×108J，
1标准大气压小水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，
由Q吸=cm△t得水的质量：
m水=500kg。
答：（1）这瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是4.2×108J；
（2）若（1）中放出的热量有40%被初温为20℃的水吸收，在标准大气压下可将500kg质量的水烧开。
15．（2018•聊城）在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有20℃、质量为100g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假如完全燃烧酒精3g。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）此过程中酒精灯烧水的热效率。
（3）科学研究表明：1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量。水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5g，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。
【分析】（1）知道水的质量、水的比热容和水的温度变化，根据Q吸=cm（t﹣t0）求出水吸收的热量；
（2）知道酒精的热值和质量，根据Q放=mq求出酒精完全燃烧释放的热量；水吸收的热量和酒精完全燃烧放出热量的比值即为烧水的效率；
（3）根据1g100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量求出5g的水完全汽化成同温度水蒸气所需要吸收的热量。
【解答】解：（1）一个标准大气压下水的沸点为100℃，即需将水加热至100℃，
水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（100℃﹣20℃）=3.36×104J；
（2）3g酒精完全燃烧释放的热量：
Q放=mq=3×10﹣3kg×3.0×107J/kg=9×104J；
酒精灯烧水的热效率：
η≈37.3%；
（3）1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量，则5g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量：
Q=5g×2.26×103J/g=1.13×104J。
答：（1）水吸收的热量是3.36×104J；
（2）酒精灯烧水的热效率是37.3%；
（3）5g，100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量是1.13×104J。
16．（2018•上海）质量为1千克的牛奶，加热后温度升高了20℃，求牛奶吸收的热量。[c牛奶=2.5×103焦/（千克•℃）]
【分析】知道牛奶的质量、牛奶的比热容、牛奶升高的温度值，利用吸热公式Q吸=cm△t求牛奶吸收的热量。
【解答】解：
牛奶吸收的热量：
Q吸=cm△t=2.5×103J/（kg•℃）×1kg×20℃=5×104J。
答：牛奶吸收的热量为5×104J。
17．（2018•桂林）若家用天然气的热值为4.2×107J/kg 水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。
（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是多少？
（2）若某新型天然气灶烧水的效率为40%，完全燃烧0.04m3天然气可使室温下5kg的水温度升高多少？
【分析】（1）知道天然气的热值和体积，利用Q放=Vq求天然气完全燃烧放出的热量；
（2）知道天然气完全燃烧放出的热量只有40%被水吸收，即Q吸=Q放×40%，求出水吸收的热量，再根据吸热公式求水升高的温度值。
【解答】解：
（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量：
Q放=Vq=0.04m3×4.2×107J/m3=1.68×106J；
（2）由题知，水吸收的热量：
Q吸=Q放×40%=1.68×106J×50%=6.72×105J，
由Q吸=cm△t可得水升高的温度：
△t=32℃。
故答案为：（1）完全燃烧0.04m3天然气放出1.68×106J的热量；
（2）完全燃烧0.04m3天然气可使常温下5kg的水温度升高32℃。
18．（2018•广安）用天然气灶给水加热，在1标准大气压下，把体积为10L，温度为15℃的水加热到沸腾，求：
（1）水吸收了多少热量？[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）]
（2）若不计热量损失，需要燃烧多少m3的天然气？（q天燃气=4.2×107J/m3）
【分析】（1）已知水的体积求出水的质量，知道一标准大气压下水沸腾时的温度为100℃，利用公式Q=cm（t﹣t0）可以得到水吸收的热量；
（2）已知热量和天然气的热值，利用公式Q放=Vq得出需要燃烧天然气的体积。
【解答】解：
（1）由ρ得，10L水的质量：
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×10×10﹣3m3=10kg，
水吸收的热量：
Q吸=c水m水（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（100℃﹣15℃）=3.57×106J；
（2）不计热量损失，则Q放=Q吸，
由Q放=Vq可得，需要燃烧天然气的体积：
V天然气=0.085m3。
答：（1）水至少需要吸收的热量为3.57×106J；
（2）若不计热量损失，需要燃烧0.085m3的天然气。
三．解答题（共2小题）
19．（2018•广东）阅读下列短文，回答问题，
“天舟一号”与“天宫二号”成功对接
我国自主研制的“天宫二号”空间实验室已于2016年9月15日发射成功“天宫二号”在距地面高度380km圆形轨道上绕地球匀速运行，绕地球一圈的运行时间是90分钟，“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日由长征七号火箭成功发射升空，并于2017年4月22日与“天宫二号”首次自动交会对接成功，如图1所示，为我国建立自己的空间站迈出了坚实的一步。
发射“天舟一号”货运飞船的长征七号火箭的燃料由液态煤油和液氢混合构成，火箭点火起飞时，火箭内的燃料燃烧从火箭体尾部喷射出火焰几乎直击发射平台。使得发射平台核心区的温度接近3000℃，足以融化绝大多数金属和非金属材料，长征七号火箭发射时与其它火箭不同的是发射平台旁的“喷水降温降噪系统”，其采取的是国际上先进的喷水降温方法，如图2所示，在发射中火箭飞到5m高以后，“喷水降温降噪系统”向箭体尾部火焰中心喷水20余秒，喷水量约为400t，一部分的水会汽化到大气中，大部分的水则通过导流槽流走，于是大流量喷水能够带走大量的热起到降温作用，防止了火箭发射台内部的仪器设备可能因高温受到影响。[圆周率π=3，c水=4.2×103J/（kg•℃）]
（1）设“喷水降温降噪系统”喷出400t水的初温为20℃，在喷水20秒内全部变成100℃的水，则水带走的热量为 1.344×1011 J。
（2）如图3所示，设地球半径为6370km，“天宫二号”空间实验室在圆形轨道上正常运行，圆形轨道的半径为 6750 km，圆形轨道的周长为 40500 km．“天舟一号”货运飞船成功发射及正常入轨后，与“天宫二号”空间实验室对接。对接时“天舟一号”的运行速度为 7.5 km/s。
（3）长征七号火箭所搭载的“天舟一号”货运飞船在上升过程中的机械能不断 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”），长征七号红箭燃料的 化学 能燃烧时转化为内能。
【分析】（1）根据Q=cm△t可求得水带走的热量；
（2）由图3可计算出圆形轨道的半径，由c=2πr计算其周长；由v计算对接时“天舟一号”的运行速度；
（3）分析货运飞船在上升过程中动能和重力势能的变化从而判断机械能的变化；燃料燃烧是化学变化，并释放大量的内能，由此知能量的转化情况。
【解答】解：
（1）400t水的初温为20℃，在喷水20秒内全部变成100℃的水，所以水带走的热量：
Q=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×4×105kg×（100℃﹣20℃）=1.344×1011J；
（2）“天宫二号”在距地面高度380km圆形轨道上绕地球匀速运行，由图3知，地球半径为6370km，
所以圆形轨道的半径r=380km+6370km=6750km，
圆形轨道的周长：c=2πr=2×3×6750km=40500km，
“天宫二号”绕地球一圈的运行时间是90分钟，对接时“天舟一号”与“天宫二号”速度相等，
所以“天舟一号”的运行速度：v=7.5km/s；
（3）长征七号火箭所搭载的“天舟一号”货运飞船在上升过程中速度不断变大，所以动能变大，高度变大，所以重力势能变大，所以机械能不断变大；
长征七号红箭燃料燃烧时发生化学变化，释放出内能，所以是燃料的化学能燃烧时转化为内能。
故答案为：（1）1.344×1011；（2）6750；40500；7.5；（3）变大；化学。
20．（2018•咸宁）用天然气烧水，水烧开后，壶盖不断向上跳动，此过程中能量转化与四冲程汽油机的 做功 冲程的能量转化相同；若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，在标准大气压下把5kg的水从20℃加热至沸腾，需完全燃烧 0.084 m3天然气。（c水=4.2×103J/（kg•℃），q天然气=4×107J/m3）
【分析】（1）在汽油机的四冲程中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，水烧开时壶盖会向上跳动，也是水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。
（2）在标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，利用Q吸=cm△t求水吸收的热量；知道效率，利用η=50%求天然气完全燃烧放出的热量，再利用Q放=Vq求天然气的体积。
【解答】解：
（1）水烧开以后，水蒸气膨胀对壶盖做功，把壶盖顶起来，将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。这与汽油机的做功冲程的能量转化相同，在汽油机的做功冲程中，是将燃气的内能转化为活塞的机械能；
（2）在标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，
水吸收的热量为：
Q吸=c水m水△t=4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（100℃﹣20℃）=1.68×106J。
由η=50%得天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=3.36×106J，
由Q放=Vq得天然气的体积：
V气=0.084m3。
故答案为：做功；0.084。
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