Question

沼气是一种可燃气体，它是有机物在隔绝空气和一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，经过沼气细菌的作用而产生的，它的主要成分是甲烷和二氧化碳．甲烷是无色无臭的气体，燃烧后的主要生成物是二氧化碳和水．沼气的热值2.8×10⁷J/m³，农村家用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料．
（1）如果沼气燃烧的热量有60%被水吸收，则在通常情况下将质量为5kg，初温为20℃的水烧开需要多少沼气？
（2）沼气有时也可以作为动力燃料，开动柴油机或汽油机用于抽水、发电等用途，效果十分显著．试分析沼气作燃料开动汽油机的能量转化．

Answer 1

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；
由题知Q_吸=Q_放×60%，求出沼气燃烧的热量，根据公式Q_放=Vq求出需要燃烧沼气的体积．
（2）和内燃机工作时的能量转化相同，据此分析回答．

解答：解：
（1）把5kg的水从20℃加热到100℃所吸收的热量：
Q_吸=cm△t
=4.2×10³J/（kg?℃）×5kg×（100℃-20℃）
=1.68×10⁶J；
由题知，Q_吸=Q_放×60%，
∴燃烧沼气提供放出的热量：
Q_放=

Q吸

60%

=

1.68×106J

60%

=2.8×10⁶J，
∵Q_放=Vq，
∴需要完全燃烧沼气的体积：
V=

Q放

q

=

2.8×106J

2.8×107J/kg

=0.1m³．
（2）使用沼气作燃料开动汽油机，先是沼气燃烧，把沼气的化学能转化为内能，再通过燃气膨胀做功将内能转化为机械能．
答：（1）水烧开需要0.1m³沼气；
（2）沼气作燃料开动汽油机的能量转化为：化学能→内能→机械能．

点评：本题考查学生对吸热公式Q_吸=cm△t和Q_放=Vq的掌握和运用以及对内燃机工作中能量转化情况的了解，虽知识点多，但都属于基础，难度不大．