Question

據(jù)《泰州晚報(bào)》報(bào)道，泰州市區(qū)十大重點(diǎn)工程之一--生活垃圾衛(wèi)生填埋場已通過嚴(yán)格經(jīng)過處理分成三種物質(zhì)．一種是固體垃圾，固體垃圾經(jīng)填埋、碾壓、消毒、覆蓋后，恢復(fù)植被，可供郊游、觀光；一種是生活垃圾滲瀝液，經(jīng)多重防滲處理，將滲瀝垃圾液收集起來，用高壓泵和壓力管道輸送到污水處理廠；一種是垃圾氣體，收集起來用于發(fā)電．
（1）已知垃圾氣體的主要成分為甲烷（CH₄），如果任由這些氣體排入大氣中，將會造成的危害是

加重溫室效應(yīng)

．將它收集起來可用于火力發(fā)電，寫出甲烷燃燒的化學(xué)方程式

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O

．如果平均每千克生活垃圾經(jīng)特殊處理后能產(chǎn)生0.07m³垃圾氣體，那么理論上1kg生活垃圾可以發(fā)電多少度？如果居民用這些電來燒水，又可以使多少千克的水從25℃升高到100℃？（垃圾氣體的執(zhí)槽為8.1×107 J/m³）
（2）高壓泵將生活垃圾滲瀝液壓送到污水處理廠，壓力管道橫截面積一定，污水流量為180m³h，若高壓泵所產(chǎn)生的對滲瀝液的壓強(qiáng)為3×10⁵a，高壓泵所用電動(dòng)機(jī)的功率為20kW，求此過程中高壓泵的效率．

Answer 1

分析：（1）將甲烷（CH₄）排入大氣中，將會加重溫室效應(yīng)；甲烷燃燒將產(chǎn)生二氧化碳和水，據(jù)此寫出化學(xué)方程式；
由題知，1kg生活垃圾產(chǎn)生0.07m³垃圾氣體（CH₄），利用Q=Vq求完全燃燒后產(chǎn)生的熱量，若燃料完全燃燒放出的熱量全轉(zhuǎn)化為電能，可求發(fā)電度數(shù)；
根據(jù)Q_放=Q_吸=cm△t求水的質(zhì)量；
（2）設(shè)管道的橫截面積為S，則管道某一橫截面積上的壓力F=p₀S，如果污水在1h內(nèi)流過的體積為V，則污水流動(dòng)的距離L=

V

S

，可求壓力在1h內(nèi)對污水所做的功（有用能量）；而1h內(nèi)電動(dòng)機(jī)所做的總功為W_總=Pt（總能量），利用效率公式求高壓泵的效率．

解答：解：
（1）如果任由甲烷（CH₄）氣體排入大氣中，將會造成的危害是加重溫室效應(yīng)；
甲烷燃燒的化學(xué)方程式：
CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O；
1kg生活垃圾產(chǎn)生0.07m³垃圾氣體完全燃燒后產(chǎn)生的熱量：
Q_放=Vq=0.07m³×8.1×10⁷J/m³=5.67×10⁶J，
理論上可發(fā)電（全轉(zhuǎn)化為電能）：
W=Q=5.67×10⁶×

1

3.6×106

kW?h=1.575kW?h（度），
∵Q_吸=cm△t=5.67×10⁶J，
∴水的質(zhì)量：
m=

Q

c△t

=

5.67×106J

4.2×103J/(kg?℃)×(100℃-25℃)

=1.5kg；
（2）設(shè)管道的橫截面積為S，則管道某一橫截面積上的壓力F=p₀S，如果污水在1h內(nèi)流過的體積為V，則污水流動(dòng)的距離L=

V

S

，
壓力在1h內(nèi)對污水所做的功：
W=FL=p₀S×

V

S

=p₀V，
而1h內(nèi)電動(dòng)機(jī)所做的總功為W_總=Pt，
所以高壓泵的效率：
η=

W

W總

×100%=

p0V

Pt

×100%=

3×105Pa×180m3

20×103W×3600s

×100%=75%．
答：（1）加重溫室效應(yīng)；CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O；理論上1kg生活垃圾可以發(fā)電1.575度；如果居民用這些電來燒水，又可以使1.5千克的水從25℃升高到100℃；
（2）此過程中高壓泵的效率為75%．

點(diǎn)評：本題為力、熱、電的綜合計(jì)算題，通過生活垃圾處理考查了學(xué)生對壓強(qiáng)公式、燃料完全燃燒放熱公式、吸熱公式、電功率公式、效率公式的掌握和運(yùn)用，真正體現(xiàn)了學(xué)以致用，有意義！