5.“羲和”逐日、“天问”登火、“嫦娥”探月、“天宫”揽胜……展示着我国航天事业取得的举世瞩目的成就。火箭使用液氢作为燃料，液氧作为助燃剂。氢气的热值为 $1.4× 10^{8}\ \mathrm{J/kg}$，$c_{\mathrm{水}}=4.2× 10^{3}\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
（1）某火箭发射时携带 60 t 液氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若上述氢气放出的热量有 10%被水吸收，则能将标准大气压下质量为 $2× 10^{6}\ \mathrm{kg}$、初温为 $10\ \mathrm{℃}$ 的水加热至多少摄氏度？
（3）一辆氢能源汽车在某次测试中，以 70 kW 的功率匀速行驶 30 min，发动机的效率是 45%，这一过程需要消耗多少氢燃料？

$5. (1) 8.4×10^12 J$
(2) 100 ℃
(3) 2 kg

【分析】
本题是关于热值、热量及热机效率的综合计算题，解题思路如下：
（1）求液氢完全燃烧放出的热量，需利用热值公式$Q_{放}=mq$，注意将液氢质量单位从吨换算为千克，再代入数值计算；
（2）水吸收的热量为氢气放热的10%，即$Q_{吸}=\eta Q_{放}$，再根据热量公式$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$计算温度变化量，结合标准大气压下水的沸点为100℃，确定水的末温；
（3）先根据功率公式$W=Pt$计算发动机做的有用功，再利用热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}'}$算出所需氢燃料完全燃烧放出的总热量，最后通过$Q_{放}'=m'q$求出消耗的氢燃料质量。
【解析】
（1）液氢质量换算：$m=60\ \mathrm{t}=60×10^3\ \mathrm{kg}=6×10^4\ \mathrm{kg}$，
液氢完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=mq=6×10^4\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^{12}\ \mathrm{J}$；
（2）水吸收的热量：$Q_{吸}=10\%×Q_{放}=0.1×8.4×10^{12}\ \mathrm{J}=8.4×10^{11}\ \mathrm{J}$，
由$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$得，水升高的温度：$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\frac{8.4×10^{11}\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2×10^6\ \mathrm{kg}}=100\ \mathrm{℃}$，
标准大气压下水的沸点为100℃，因此水的末温为100℃；
（3）发动机做的有用功：$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×30×60\ \mathrm{s}=1.26×10^8\ \mathrm{J}$，
由$\eta=\frac{W}{Q_{放}'}$得，所需氢燃料完全燃烧放出的热量：$Q_{放}'=\frac{W}{\eta}=\frac{1.26×10^8\ \mathrm{J}}{45\%}=2.8×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗氢燃料的质量：$m'=\frac{Q_{放}'}{q}=\frac{2.8×10^8\ \mathrm{J}}{1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}}=2\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1) $8.4×10^{12}\ \mathrm{J}$；(2) $100\ \mathrm{℃}$；(3) $2\ \mathrm{kg}$
【知识点】
热值计算、热量计算、热机效率
【点评】
本题结合航天与氢能源的实际场景，考查热值、热量、热机效率的综合应用，需注意单位换算及标准大气压下水的沸点限制，是基础综合题，难度适中。
【难度系数】
0.6