1[2026山西大同调研,中]醇基燃料以其低污染、好提取、可循环利用等优点,成为一种新的燃料研究方向,但目前醇基燃料的热值仍待提高。满满一油箱热值为$4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$的汽油和同体积的醇基燃料完全燃烧,释放的热量之比$Q_{\mathrm{汽油}}:Q_{\mathrm{醇基}}=5:3$。已知该汽油与醇基燃料的密度之比为$5:6$,则醇基燃料的热值为()

A.$1.8×10^7\ \mathrm{J/kg}$
B.$2.1×10^7\ \mathrm{J/kg}$
C.$2.3×10^7\ \mathrm{J/kg}$
D.$2.8×10^7\ \mathrm{J/kg}$

C 【解析】由题知,完全燃烧的汽油的体积与醇基燃料的体积相同,密度之比为$\frac{\rho_{\mathrm{汽油}}}{\rho_{\mathrm{醇基}}}=\frac{5}{6}$,释放热量之比为$\frac{Q_{\mathrm{汽油}}}{Q_{\mathrm{醇基}}}=\frac{5}{3}$,由$\rho=\frac{m}{V}$可得二者的质量之比为$\frac{m_{\mathrm{汽油}}}{m_{\mathrm{醇基}}}=\frac{\rho_{\mathrm{汽油}}V}{\rho_{\mathrm{醇基}}V}=\frac{5}{6}$,由$q=\frac{Q}{m}$可得二者的热值之比为$q_{\mathrm{汽油}}:q_{\mathrm{醇基}}=\frac{Q_{\mathrm{汽油}}}{m_{\mathrm{汽油}}}:\frac{Q_{\mathrm{醇基}}}{m_{\mathrm{醇基}}}=\frac{Q_{\mathrm{汽油}}}{Q_{\mathrm{醇基}}}×\frac{m_{\mathrm{醇基}}}{m_{\mathrm{汽油}}}=\frac{5}{3}×\frac{6}{5}=2:1$,醇基燃料的热值为$q_{\mathrm{醇基}}=\frac{q_{\mathrm{汽油}}}{2}=\frac{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}{2}=2.3×10^7\ \mathrm{J/kg}$。故选C。

2[2026江苏苏州调研,中]如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流向图,若某次行驶过程中完全燃烧了0.1 kg汽油,汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg,则下列说法正确的是 ()


A.该汽油机的效率为35%
B.行驶过程中该汽油机输出的有用功为$1.38×10^5$ J
C.减少废气带走的热量可以提高热机效率
D.随着技术的进步,汽油机的效率能达到100%

C 【解析】由图知有用功占比$\eta=1-33\%-30\%-7\%=30\%$,即汽油机的效率为30%,故A错误;汽油的热值为$4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$,则完全燃烧0.1 kg汽油放出的热量为$Q_{放}=mq=0.1\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.6×10^6\ \mathrm{J}$,行驶过程中该汽油机输出的有用功为$W=Q_{放}×\eta=4.6×10^6\ \mathrm{J}×30\%=1.38×10^6\ \mathrm{J}$,故B错误;若减少废气带走的热量,则可以提高热机效率,故C正确;汽油机在使用过程中存在能量损失,因此效率不可能达到100%,故D错误。故选C。

3[2025湖北武汉期中,中]汽油的热值为$4.6× 10^7\ \mathrm{J/kg}$,这个数值究竟有多大?我们可以通过一个具体例子来认识汽油热值的大小:一个46 kg的中学生,从大厦的1楼步行至第11楼(走了10层楼高),每层楼高为3 m,如果汽油完全燃烧放出的热量和该中学生克服重力做的功相等,就可以算出所需汽油的质量$m_0$。g取10 N/kg,下列相关说法正确的是 ()

A.该中学生克服重力做了$1.38× 10^3\ \mathrm{J}$的功
B.汽油的热值与汽油燃烧的情况有关
C.汽油的热值为$4.6× 10^7\ \mathrm{J/kg}$,表示1 kg汽油燃烧放出的热量为$4.6× 10^7\ \mathrm{J}$
D.通过计算可知$m_0$为0.3 g

D 【解析】中学生的重力$G=mg=46\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=460\ \mathrm{N}$,克服重力做功$W=Gh=460\ \mathrm{N}×10×3\ \mathrm{m}=1.38×10^4\ \mathrm{J}$,故A错误;汽油的热值是汽油的一种特性,与汽油的燃烧情况无关,故B错误;汽油的热值为$4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$,表示1 kg汽油完全燃烧放出的热量为$4.6×10^7\ \mathrm{J}$,故C错误;由题知,汽油完全燃烧放出的热量和该中学生克服重力做的功相等,则汽油完全燃烧放出的热量$Q_{放}=W=1.38×10^4\ \mathrm{J}$,由$Q_{放}=m_0q$得所需汽油的质量$m_0=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.38×10^4\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.3×10^{-3}\ \mathrm{kg}=0.3\ \mathrm{g}$,故D正确。故选D。

4[2025江苏泰州调研,中]中国首次火星探测任务“天问一号”探测器的成功发射,是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图是某火箭发射时的场景,目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料,液态氧作为助燃剂,液态氢的热值为$1.4×10^8$ J/kg。
(1)某火箭发射时携带$6×10^4$ kg液态氢燃料,这些燃料完全燃烧放出的热量是多少焦?
(2)若(1)中放出的热量只有20%被水吸收,能将$5×10^6$ kg、初温为$10℃$的水加热至多少摄氏度?[$c_{水}=4.2×10^3$ J/(kg·℃),已知当地大气压为1标准大气压]
(3)氢能源汽车的发动机工作时氢燃料在汽缸中燃烧,某次测试中,一辆氢能源汽车以70 kW的功率匀速行驶20 min,消耗了1.5 kg氢燃料,求该发动机的效率。

刷素养 走向重高

4.【解】(1)这些燃料完全燃烧放出的热量$Q_{放}=m_{\mathrm{氢}}q_{\mathrm{氢}}=6×10^4\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^{12}\ \mathrm{J}$。
(2)水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=\eta Q_{放}=20\%×8.4×10^{12}\ \mathrm{J}=1.68×10^{12}\ \mathrm{J}$,水升高的温度$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}}=\frac{1.68×10^{12}\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×5×10^6\ \mathrm{kg}}=80\ \mathrm{℃}$,水的末温$t_1=t_0+\Delta t=10\ \mathrm{℃}+80\ \mathrm{℃}=90\ \mathrm{℃}＜100\ \mathrm{℃}$,所以水被加热至$90\ \mathrm{℃}$。
(3)该发动机做的有用功$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×20×60\ \mathrm{s}=8.4×10^7\ \mathrm{J}$,1.5 kg氢燃料完全燃烧放出的热量$Q'_{放}=m'_{\mathrm{氢}}q_{\mathrm{氢}}=1.5\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=2.1×10^8\ \mathrm{J}$,该发动机的效率$\eta'=\frac{W}{Q'_{放}}×100\%=\frac{8.4×10^7\ \mathrm{J}}{2.1×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=40\%$。

5 核心素养 科学思维 [2026江苏南京模拟,偏难]如图甲、乙所示,相同烧杯装有质量相等的水,分别用a、b两种燃料对烧杯进行加热,燃料完全燃烧的质量分别为$m_a$、$m_b$,且$m_a:m_b=2:1$。此过程中,甲、乙两图烧杯中水的温度与加热时间的关系如图丙所示,若同一杯水单位时间内吸收的热量相同,不计热量损失和水质量的变化,则下列说法正确的是 ()


A.甲、乙两图烧杯中的水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量之比为$3:5$
B.整个过程中,燃料a、b完全燃烧放出的热量之比为$5:3$
C.甲、乙两图烧杯中的水在相同时间内吸收热量之比为$10:9$
D.燃料a、b的热值之比为$5:9$

D 【解析】由题意和图像可知,甲、乙两图烧杯中水的质量相等,水的初温相同、其末温也相同,则两杯水升高的温度相同,且两杯水的比热容相同,所以根据$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$可知,甲、乙两图烧杯中的水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量相等,即吸收的热量之比为1:1,故A错误。设每杯水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量为$Q$,由图像和题意可知,甲、乙两图烧杯中的水从开始加热到刚沸腾时,甲图中用时3 min,乙图中用时5 min,且同一杯水单位时间内吸收的热量相同,则甲中的水每分钟吸热为$\frac{1}{3}Q$,乙中的水每分钟吸热为$\frac{1}{5}Q$,由此可知,甲、乙中的水在相同时间内吸收热量之比为$\frac{1}{3}Q:\frac{1}{5}Q=5:3$,故C错误。由图像可知,整个过程中,甲中的水被加热4 min,乙中的水被加热6 min,则整个过程中,两杯水吸收热量之比为$Q_{\mathrm{甲吸总}}:Q_{\mathrm{乙吸总}}=\frac{\frac{1}{3}Q×4}{\frac{1}{5}Q×6}=10:9$,不计热量损失和水质量的变化,则燃料完全燃烧放出的热量等于水吸收的热量,所以整个过程中,燃料a、b完全燃烧放出的热量之比$Q_{\mathrm{放}a}:Q_{\mathrm{放}b}=10:9$,故B错误。由B项分析可知,整个过程中,燃料a、b完全燃烧放出的热量之比为10:9,已知$m_a:m_b=2:1$,则燃料a、b的热值之比$q_a:q_b=\frac{Q_{\mathrm{放}a}}{m_a}:\frac{Q_{\mathrm{放}b}}{m_b}=\frac{Q_{\mathrm{放}a}}{Q_{\mathrm{放}b}}×\frac{m_b}{m_a}=\frac{10}{9}×\frac{1}{2}=5:9$,故D正确。故选D。