14. 小明和家人一起到郊外春游,他们携带了一个质量为1 kg的合金锅、一台图示的便携式丁烷气炉(内置一瓶燃气,参数如下表所列)。小明查到便携式燃气炉的热效率为30%,丁烷气体的燃烧效率为90%,野炊地水的沸点为96°C,测出当地水的温度为26°C。已知水的比热容为$4.2×10^3J/(kg·°C),$锅的比热容为$0.8×10^3J/(kg·°C)。$
|品名|便携式丁烷气炉|质量|1.88 kg(不含气瓶)|
|型号|WZL—168—A|尺寸|343×284×113 mm|
|用途|野外用|点火方式|电子点火|
|使用燃气|液化丁烷气|燃气消耗量|150 g/h(最大火力时)|
|气瓶规格(尺寸/容量)| | | |
|总质量|净质量|主要成分|热值|
|354 g|250 g|丁烷|$9×10^7J/kg$|
(1)完全燃烧0.1 kg的丁烷气体可以放出多少焦耳热量？
(2)多少焦耳的热量才能使合金锅内2 kg的水温度升高50°C？
(3)如果燃气炉以最大火力工作,一瓶燃气最多持续燃烧1.4 h,能把多少千克的水烧开？(保留一位小数)
(1)解：$Q_{放}=mq=0.1\ \text{kg}×9×10^{7}\ \text{J/kg}=9×10^{6}\ \text{J} $
答：完全燃烧$0.1 kg$的丁烷气体可以放出$9×10^{6}\ \text{J}$热量。$ $
(2)解：$Q_{\text{水}}=c_{\text{水}}m_{\text{水}}\Delta t=4.2×10^{3}J/(kg·℃)×2\ \text{kg}×50\ \text{°C}=4.2×10^{5}\ \text{J} $
答：需要$4.2×10^{5}\ \text{J}$的热量。$ $
(3)解：燃气消耗质量$m_{\text{气}}=150\ \text{g/h}×1.4\ \text{h}=210\ \text{g}=0.21\ \text{kg} $
总热量$Q_{\text{总}}=m_{\text{气}}q=0.21\ \text{kg}×9×10^{7}\ \text{J/kg}=1.89×10^{7}\ \text{J} $
有效热量$Q_{\text{有}}=Q_{\text{总}}×90\%×30\%=1.89×10^{7}\ \text{J}×0.27=5.103×10^{6}\ \text{J} $
锅吸收热量$Q_{\text{锅}}=c_{\text{锅}}m_{\text{锅}}\Delta t'=0.8×10^{3}J/(kg·℃)×1\ \text{kg}×70\ \text{°C}=5.6×10^{4}\ \text{J} $
水吸收热量$Q_{\text{水}}'=Q_{\text{有}}-Q_{\text{锅}}=5.103×10^{6}\ \text{J}-5.6×10^{4}\ \text{J}=5.047×10^{6}\ \text{J} $
水的质量$m_{\text{水}}'=\frac{Q_{\text{水}}'}{c_{\text{水}}\Delta t'}=\frac{5.047×10^{6}\ \text{J}}{4.2×10^{3}J/(kg·℃)×70\ \text{°C}}\approx17.3\ \text{kg} $
答：能把约$17.3\ \text{kg}$的水烧开。
