Давайте разберем каждый из вопросов по порядку.

Сначала нужно узнать, сколько энергии выделится при сжигании 30 г каменного угля. Энергия, выделяемая при сжигании угля, обычно составляет около 25 МДж/кг. Поэтому, для 30 г (0.03 кг) угля:

• Энергия = 0.03 кг * 25 МДж/кг = 0.75 МДж = 750 000 Дж.

Теперь, чтобы найти, насколько поднимется температура воды, используем формулу:

• Q = mcΔT,

где Q - количество теплоты (в нашем случае 750 000 Дж),m - масса воды (4 кг),c - удельная теплоемкость воды (около 4200 Дж/(кг·°С)),ΔT - изменение температуры.

Решаем уравнение на ΔT:

• ΔT = Q / (mc) = 750 000 Дж / (4 кг * 4200 Дж/(кг·°С)) = 44.64 °С.

Если начальная температура воды была 20 °С, то:

• Конечная температура = 20 °С + 44.64 °С = 64.64 °С.

У нас есть 4 кг воды при температуре 20 °С и ртуть такой же массы (4 кг),которая добавляется, и в итоге температура смеси становится 21 °С. Мы можем использовать закон сохранения энергии:

• m1 * c1 * (T_final - T_water) + m2 * c2 * (T_final - T_mercury) = 0.

где m - масса, c - удельная теплоемкость, T - температура. Удельная теплоемкость ртути примерно 380 Дж/(кг·°С).

Подставляем известные значения:

• 4 кг * 4200 Дж/(кг·°С) * (21 °С - 20 °С) + 4 кг * 380 Дж/(кг·°С) * (21 °С - T_mercury) = 0.

Решаем уравнение:

• 4 * 4200 * 1 + 4 * 380 * (21 - T_mercury) = 0,
• 16800 + 1520 * (21 - T_mercury) = 0.

Теперь решаем на T_mercury:

• 1520 * (21 - T_mercury) = -16800,
• 21 - T_mercury = -16800 / 1520,
• T_mercury = 21 + 11.05 ≈ 32.05 °С.

Объем воды 5 л соответствует 5 кг (так как плотность воды 1 кг/л). Для нагрева воды на 80 °С (100 °С - 20 °С) используем ту же формулу:

• Q = mcΔT = 5 кг * 4200 Дж/(кг·°С) * 80 °С = 1 680 000 Дж.

Теперь, зная, что только 25% выделяемой энергии идет на нагрев, нам нужно найти полную энергию, которую нужно выделить:

• Q_total = Q / 0.25 = 1 680 000 Дж / 0.25 = 6 720 000 Дж.

Теперь, используя ту же энергию сжигания угля (25 МДж/кг),найдем массу угля:

• m = Q_total / (25 * 10^6) = 6 720 000 Дж / (25 * 10^6) = 0.2688 кг = 268.8 г.

Используем закон сохранения энергии:

• m1 * c * (T1 - T_final) = m2 * c * (T_final - T2),

где m1 - масса горячей воды (2 кг),T1 - температура горячей воды (80 °С),T_final - конечная температура (60 °С),m2 - масса холодной воды, T2 - температура холодной воды (10 °С).

Упрощаем уравнение, так как c сокращается:

• 2 * (80 - 60) = m2 * (60 - 10),
• 2 * 20 = m2 * 50,
• m2 = 0.8 кг.

Так как 1 кг воды = 1 л, то нам нужно добавить 0.8 л холодной воды.

Таким образом, ответы на вопросы:

• Температура воды после сжигания угля: 64.64 °С.
• Начальная температура ртути: примерно 32.05 °С.
• Масса древесного угля для нагрева: 268.8 г.
• Необходимое количество холодной воды: 0.8 л.