燃料燃烧过程中能的转化

燃料燃烧是一种化学变化，在燃烧的过程中，燃料的化学能转化为内能。

热值

  1. 定义：某种燃料完全燃烧时化学能转化为内能的量(放出的热量)与其质量的比。
  2. 定义式：
  3. 燃料燃烧放出热量的计算：
  4. 热值的单位：J/kg或者J/m3
  5. 燃料热值的理解：
    • 热值是燃料的一种特性，其大小与物质的种类有关。
    • “完全燃烧”指的是，把燃料储存的化学能全部转化为内能。
    • 热值是燃料本身的一种特性，它的大小只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系。热值实际上反映的是燃料储存化学能的多少。
  6. 以煤油为例说明热值的物理意义，煤油的热值是4.6×107J/kg表示的物理意义是：1kg煤油完全燃烧放出的热量是4.6×107J。

燃料及其热值

锅炉的效率

  1. 锅炉效率：锅炉有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
  2. 锅炉效率定义式：
  3. 我们以锅炉加热水为例，说明炉子的效率，如下锅炉能流图所示，水吸收的热量是锅炉有效利用的热量。

    锅炉的效率为：或者
    注：炉子有效利用的热量与炉子的任务有关，用炉子炼铁，铁吸收的热量就是炉子有效利用的热量；用炉子加热水，水吸收的热量就是炉子有效利用的热量。
  4. 提高锅炉效率的途径：
    • 让燃料尽可能地充分燃烧，例如将煤炭研磨成粉状，吹入炉内燃烧。
    • 减少热量的散失，如加大受热面积。

热机的效率

  1. 热机的效率：用来做有用功的那部分能量（即转化成有用的机械能）与燃料燃烧放出的能量之比。
  2. 锅炉效率定义式：
  3. 我们以汽车发动机的能量分配图，说明热机的效率

    热机的效率为：或者
  4. 提高热机效率的途径：
    • 使燃料充分燃烧。
    • 保持良好润滑，减小机械摩擦。
    • 采用先进技术，改变机械结构。
    • 减少各种热量损失。

环境保护

  1. 大气污染的主要来源？
    • 煤炭、石油等燃料燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和烟尘。
  2. 对于环境保护，我们可以做那些具体有效的工作？
    • 改进燃烧设备，，消除烟尘。
    • 提高燃料的综合利用率，采取集中供热。
    • 充分开发利用污染少和无污染的能源，如太阳能、风能等。

概念自查

(Y10060101) 燃料的种类很多，有固体燃料、液体燃料和_________燃料；燃料在燃烧的过程中，_________能转化为_________能。
(Y10060102)相同质量的不同燃料，燃烧时化学能转化为内能的量是_________的。某种燃料__________时_______转化为________的量（放出的热量）叫这种燃料的热值。
(Y10060103)热值的单位是_______，有些气体燃料的热值单位也用________。
(Y10060104)不同的燃料，热值_________；热值表中_________的热值最大；火箭的燃料用液态氢，是因为氢的___________大。
(Y10060105)热值的符号是q,热值的计算公式是_______;氢气的热值是q氢=1.4×108J/kg，表示的物理含义是________________________________。
(Y10060106)炉子有效利用的热量与__________________________________之比，叫炉子的效率;炉子效率的计算公式是η=____________。
(Y10060107)提高燃料的______________，是节约能源、保护环境的重要措施。例如，将煤转化为__________再进行燃烧，既可以提高燃料的____________，又可以减少燃烧时产生的______、_______等有害气体对大气的污染。
(Y10060108)酒精的热值是q酒精=3.0×107J/kg,完全燃烧14克酒精放出的热量是________________。
(Y10060109)燃料热值的大小由燃料本身的性质决定，与燃料的质量、体积、放出的热量、是否完全燃烧等因素都_________；有一箱木炭，它的质量为10Kg,热值为3.4×107 J∕Kg，若用掉一半，剩下的木炭的热值为 ______________。

课后练习

【例】（编号：T100601） 通过查表可知汽油的热值为4.6×107J/kg，它表示的物理意义是___________________________．完全燃烧0.5kg的汽油可产生_________J的热量。
【例】（编号：T100612）体积为0.28 m3、热值为3.6×107J/m3的煤气完全燃烧放出的热量为________J；若这些热量的50%被温度为20℃、质量为30 kg的水吸收，则水的末温是________℃。[水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)]
【例】（编号：T100613）在比较不同燃料热值的实验中，小明利用与图示完全相同的两套实验装置，分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙，点燃后对质量都为100 g和初温都为20℃的水加热。燃烧相同时间后，用甲加热后的水温度为30℃，另一杯水温度为24℃。此过程水的内能________(选填“增大”或“减小”)，用甲加热的水吸收的热量为________J。此时________(选填“能”或“不能”)说明甲的热值较大。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
【例】（编号：T100602） 下列关于热值的说法正确的是（　　）
A.燃料燃烧时，用的燃料越多，获得的热值越大
B.燃料燃烧时，放出的热量越多，这种燃料的热值越大
C.相同质量的不同燃料完全燃烧，放出热量较多的燃料，热值较大
D.不同的燃料完全燃烧，放出相同热量时，所用质量越少的燃料，热值较大
【例】（编号：T100610）据中央电视台新闻联播报道，2016年7月，我国将发射全球首颗量子通信卫星。发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢，这是利用了氢燃料的(　　)
A.热值大
B.比热容大
C.密度大       
D.以上说法都不正确
【例】（编号：T100609）下列说法正确的是(　　)
A.内燃机是利用电能做功的机械
B.内燃机在做功冲程把内能转化为机械能
C.内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能
D.随着技术的进步，内燃机的效率达到100%
【例】（编号：T100611）如图是某内燃机能量流向图，该内燃机的热机效率是(　　)
A.25%　　　
B.40%　　　
C.75%
D.35%
【例】（编号：T100604） 2013年1月以来，全国中东部地区陷入严重的雾霾和污染天气中，如图所示。中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警。德州市环保局也提出要进一步改善城市空气质量，创造更加适宜的人居环境．以下措施与改善空气质量无关的是（　　）
A.加大煤改电、煤改气力度，推广使用清洁能源
B.加大老旧机动车更新力度，提高尾气排放标椎
C.减少学生户外运动时间，避免呼吸道疾病
D.限制节日爆竹燃放，减少有害气体排放
【例】（编号：T100603） 用燃气灶烧水，燃烧0.5kg的煤气，使50kg水 的 温度从20℃升高到70℃．已知水的比热容为4200J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg．求：
（1）0.5kg煤气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）燃气灶烧水的效率．
【例】（编号：T100605） 某校每天要将1000kg温度为20摄氏度的水烧开供师生饮用。若烧开水的炉子用干木柴做燃料，每天至少需要完全燃烧多少干木柴？(水的比热容为4.2×103 J/（kg•℃） ；干木柴的热值取1.2×107J/kg ；水的沸点为100℃）
【例】（编号：T100606）王大刚同学和家人在郊外野餐，用木炭烧水。铁锅内装有5 kg水，把水从18℃加热至98℃，已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。如果木炭的热值为3.4×107J/kg，它燃烧放出的热有10%被水吸收。
(1)求在这个过程中水吸收的热量。
(2)在这个过程中用掉多少木炭？
【例】（编号：T100607）用炉子烧水时，将10 kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了0.5 kg的焦炭，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，焦炭的热值是3.0×107J/kg，试求：
(1)水吸收的热量是多少？
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧放出的热量是多少？
(3)炉子烧水的效率是多少？
【例】（编号：T100608）某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给100 g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2 g酒精。已知：水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3×107J/kg。求：
(1)此过程中水吸收的热量。
(2)4.2 g酒精完全燃烧放出的热量。
(3)酒精灯烧水时的热效率。
【例】（编号：T100614）太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100 kg、初温为26℃的水，温度升高到46℃。求：
(1)热水器中的水吸收的热量Q吸。[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
(2)热水器在5小时的有效照射时间内接收到的太阳能E。
(3)热水器在5小时的有效照射时间内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少立方米的天然气放出的热量？(天然气的热值q=7×107J/m3)

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