2025年高中化學(xué)知識(shí)競賽“化學(xué)能源”利用方案設(shè)計(jì)大賽試題（一）一、選擇題（每題3分，共30分）我國提出“碳達(dá)峰”“碳中和”雙碳目標(biāo)，下列能源開發(fā)利用措施中，不利于降低碳排放強(qiáng)度的是（）A.推廣光催化CO?還原制甲醇技術(shù)B.開發(fā)鈣鈦礦太陽能電池與儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)用裝置C.采用煤液化技術(shù)將原煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料D.建設(shè)基于金屬有機(jī)框架（MOFs）材料的氫燃料儲(chǔ)存站某新型鋰硫電池的工作原理為：S?+16Li=8Li?S，下列關(guān)于該電池的說法正確的是（）A.放電時(shí)Li?向負(fù)極移動(dòng)B.充電時(shí)硫元素被還原C.正極材料可選用多硫化物吸附性碳納米管D.該電池比能量（單位質(zhì)量釋放的能量）低于鉛酸電池生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化過程中涉及多種化學(xué)反應(yīng)，下列轉(zhuǎn)化路徑不涉及氧化還原反應(yīng)的是（）A.玉米秸稈→纖維素→葡萄糖→乙醇（發(fā)酵法）B.藻類→油脂→生物柴油（酯交換反應(yīng)）C.木質(zhì)素→苯甲醇（催化加氫）D.稻殼→活性炭→超級(jí)電容器電極材料氫能作為清潔能源，其儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。下列儲(chǔ)氫方法中，儲(chǔ)氫密度（單位體積儲(chǔ)氫量）最高的是（）A.高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫（35MPa）B.低溫液態(tài)儲(chǔ)氫（-253℃）C.金屬氫化物儲(chǔ)氫（如LaNi?H?）D.化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫（如NaBH?水解）某燃料電池以熔融K?CO?為電解質(zhì)，以CH?和O?為反應(yīng)物，下列說法正確的是（）A.負(fù)極反應(yīng)式為：CH?+4CO?2?-8e?=5CO?+2H?OB.正極反應(yīng)式為：O?+2H?O+4e?=4OH?C.電池工作時(shí)，CO?2?向正極移動(dòng)D.理論上每消耗1molCH?，轉(zhuǎn)移4mol電子下列關(guān)于能源轉(zhuǎn)化效率的說法，錯(cuò)誤的是（）A.晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為15%-22%B.堿性氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)80%以上C.傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的熱機(jī)效率通常低于40%D.鉛酸電池的充放電循環(huán)效率接近100%我國科學(xué)家開發(fā)的“液態(tài)陽光”技術(shù)，通過光伏電解水制氫，再與CO?反應(yīng)合成甲醇（CH?OH），下列說法正確的是（）A.該過程中CO?發(fā)生氧化反應(yīng)B.電解水時(shí)，陽極產(chǎn)生H?的體積是陰極的2倍（同溫同壓）C.合成甲醇的原子利用率為100%D.該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)CO?的資源化利用下列關(guān)于新型儲(chǔ)能材料的說法，不正確的是（）A.釩液流電池通過釩離子價(jià)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)充放電，循環(huán)壽命長B.鈉離子電池的電解質(zhì)可選用六氟磷酸鈉（NaPF?）的碳酸酯溶液C.超級(jí)電容器通過雙電層效應(yīng)儲(chǔ)存電能，充放電速度快D.飛輪儲(chǔ)能通過化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存能量，適用于短時(shí)間大功率放電某研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種“海水電池”，以海水為電解質(zhì)，鋁為負(fù)極，鉑網(wǎng)為正極，空氣中的氧氣為氧化劑，下列說法正確的是（）A.負(fù)極反應(yīng)式為：Al-3e?=Al3?B.正極反應(yīng)式為：O?+2H?O+4e?=4OH?C.電池工作時(shí)，海水的pH值逐漸減小D.該電池可用于海洋監(jiān)測設(shè)備的長效供電下列關(guān)于核能與化學(xué)能的比較，錯(cuò)誤的是（）A.核裂變反應(yīng)釋放的能量遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)（以質(zhì)量虧損計(jì)算）B.核反應(yīng)的產(chǎn)物通常具有放射性，而化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物一般無放射性C.核燃料的能量密度（單位質(zhì)量釋放的能量）是化石燃料的數(shù)百萬倍D.核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)均遵循質(zhì)量守恒定律二、填空題（每空2分，共40分）完成下列化學(xué)能源轉(zhuǎn)化過程中的化學(xué)反應(yīng)方程式：（1）甲烷水蒸氣重整制氫：CH?+H?O$\xrightleftharpoons[\Delta]{催化劑}$________+3H?（2）鉛酸電池放電反應(yīng)：Pb+PbO?+2H?SO?=________+2H?O（3）光合作用總反應(yīng)：6CO?+6H?O$\xrightarrow[光照]{葉綠體}$________+6O?鋰離子電池的正極材料常用LiCoO?，充電時(shí)Li?從LiCoO?中脫嵌并嵌入石墨負(fù)極，寫出充電時(shí)的陽極反應(yīng)式：________。生物質(zhì)熱解技術(shù)中，木屑在隔絕空氣條件下加熱至500℃可生成________（列舉3種產(chǎn)物）等能源物質(zhì)。氫能燃料電池中，若以C?H?OH為燃料，KOH為電解質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)式為：C?H?OH+16OH?-12e?=2CO?2?+________。某太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)使用熔融鹽（主要成分為NaNO?-KNO?）作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，其工作溫度可達(dá)565℃，該溫度下鹽類處于________（填“固態(tài)”“液態(tài)”或“氣態(tài)”），儲(chǔ)熱原理是利用________（填“化學(xué)能”或“熱能”）的儲(chǔ)存。煤的氣化反應(yīng)為：C(s)+H?O(g)=CO(g)+H?(g)ΔH=+131.3kJ/mol，該反應(yīng)屬于________（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)，工業(yè)上可通過________（填“升高溫度”或“降低溫度”）提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。金屬鋰在空氣中燃燒的化學(xué)方程式為：4Li+O?=2Li?O，若有2.7gLi完全燃燒，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________mol，生成Li?O的質(zhì)量為________g。某新型液流電池以V3?/V2?和VO??/VO2?為redox對(duì)，寫出放電時(shí)的總反應(yīng)方程式：________。三、簡答題（每題10分，共30分）簡述“碳捕捉與封存（CCS）”技術(shù)的化學(xué)原理，并分析該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)中的局限性。比較鋰離子電池與氫燃料電池在電動(dòng)汽車應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)（至少各列舉3點(diǎn)）。設(shè)計(jì)一個(gè)基于“光伏-儲(chǔ)能-電解水制氫”的校園能源系統(tǒng)方案，要求說明：（1）核心設(shè)備組成；（2）能量轉(zhuǎn)化路徑；（3）至少2項(xiàng)提高系統(tǒng)效率的優(yōu)化措施。四、綜合應(yīng)用題（20分）某偏遠(yuǎn)海島缺乏電網(wǎng)供電，需設(shè)計(jì)一套獨(dú)立能源系統(tǒng)，滿足50戶家庭的日常用電需求（平均每戶日耗電量5kWh）?？晒┻x擇的能源技術(shù)包括：太陽能光伏（效率18%，單位面積功率150W/m2）、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（單機(jī)功率1kW，風(fēng)速≥3m/s時(shí)運(yùn)行）、鉛酸蓄電池（容量100Ah，標(biāo)稱電壓12V，循環(huán)壽命500次）、柴油發(fā)電機(jī)（效率30%，耗油量0.3L/kWh）。該海島年均日照時(shí)數(shù)2000小時(shí)，年均有效風(fēng)速時(shí)數(shù)1500小時(shí)。（1）計(jì)算該海島家庭日總耗電量：________kWh（2分）（2）若優(yōu)先采用太陽能光伏供電，需安裝的光伏板面積至少為________m2（保留整數(shù)，2分）（3）為保證連續(xù)陰雨天氣供電，需配套蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。若要求蓄電池儲(chǔ)存3天的應(yīng)急電量，且蓄電池放電深度為80%，至少需串聯(lián)________節(jié)12V鉛酸蓄電池（2分）（4）分析該系統(tǒng)中柴油發(fā)電機(jī)的作用及使用時(shí)的環(huán)境影響（8分）（5）提出2項(xiàng)改進(jìn)該能源系統(tǒng)的建議，并說明化學(xué)原理（6分）五、方案設(shè)計(jì)題（40分）以“校園食堂廚余垃圾資源化利用”為主題，設(shè)計(jì)一套化學(xué)能源轉(zhuǎn)化方案，要求包含以下內(nèi)容：（1）明確方案目標(biāo)（如產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷、發(fā)電等），并說明選擇該目標(biāo)的理由（8分）（2）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化流程，標(biāo)注關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)及設(shè)備（12分）（3）分析方案的經(jīng)濟(jì)效益（如原料成本