2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學(xué)在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用前景考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。多選、錯選、漏選均不得分。）1.下列材料中，可用于制備高效太陽能電池的是（）。A.單晶硅B.多晶硅C.非晶硅D.染料敏化半導(dǎo)體E.鈣鈦礦2.燃料電池相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機，具有的優(yōu)點包括（）。A.能量轉(zhuǎn)化效率高B.環(huán)境友好，無污染排放C.運行噪音低D.可以使用多種燃料E.對環(huán)境溫度變化敏感3.鋰離子電池中，常用的正極材料包括（）。A.磷酸鐵鋰B.三元材料C.鈦酸鋰D.錳酸鋰E.碳酸鋰4.下列能源轉(zhuǎn)化技術(shù)中，屬于化學(xué)儲能技術(shù)的是（）。A.抽水蓄能B.壓縮空氣儲能C.鋰離子電池儲能D.液流電池儲能E.太陽能光伏發(fā)電5.影響太陽能電池效率的主要因素包括（）。A.光照強度B.材料的帶隙寬度C.電極的接觸面積D.串聯(lián)電阻E.溫度二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.太陽能電池的工作原理是利用光伏效應(yīng)，將______能轉(zhuǎn)化為______能。2.燃料電池的陽極反應(yīng)通常是燃料的______過程，陰極反應(yīng)通常是氧化劑的______過程。3.儲能技術(shù)的核心在于實現(xiàn)能量的______和______。4.染料敏化太陽能電池的核心組件包括染料敏化劑、______、導(dǎo)電基底和______。5.鈣鈦礦太陽能電池具有______能帶隙、______載流子遷移率和______的制備成本等優(yōu)點。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述光生伏特效應(yīng)的基本過程。2.簡述質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理。3.簡述鋰離子電池充放電過程中的電極反應(yīng)。4.簡述生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的主要途徑。四、論述題（每小題10分，共30分。請就下列問題展開論述。）1.論述提高太陽能電池效率的途徑。2.論述燃料電池技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向。3.論述發(fā)展儲能技術(shù)對構(gòu)建清潔能源體系的重要性。五、計算題（每小題10分，共20分。請列出計算過程，并給出最終結(jié)果。）1.某太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%，接收到的太陽輻射功率為1000W/m2。假設(shè)電池的面積為0.1m2，求該電池的最大輸出功率。2.某質(zhì)子交換膜燃料電池在標(biāo)準(zhǔn)條件下工作，電池的電壓為0.7V，電流密度為100A/m2。假設(shè)電池的活化過電勢為0.1V，濃差過電勢為0.05V，求電池的歐姆過電勢。六、實驗題（每小題10分，共20分。請回答下列問題。）1.設(shè)計一個簡單的實驗方案，用于測試某種染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。2.簡述制備一種鋰離子電池正極材料（如磷酸鐵鋰）的實驗步驟，并說明每一步驟的目的。---試卷答案一、選擇題1.ABDE2.ABCD3.ABD4.CD5.ABCDE二、填空題1.太陽；電2.氧化；還原3.儲存；釋放4.半導(dǎo)體；對電極5.窄；高；低三、簡答題1.光生伏特效應(yīng)的基本過程包括：光子照射半導(dǎo)體材料，產(chǎn)生電子-空穴對；在內(nèi)建電場的作用下，電子和空穴分離并分別向相反方向移動；形成光電流。2.質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理是：燃料（通常是氫氣）在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成質(zhì)子和電子；質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極；電子通過外部電路到達陰極；在陰極，質(zhì)子和電子與氧化劑（通常是氧氣）發(fā)生還原反應(yīng)，生成水。3.鋰離子電池充放電過程中的電極反應(yīng)：*充電（放電）：正極：LiCoO?→Li???CoO?+xLi?+xe?；負(fù)極：Li?Ti?O??+xLi?+xe?→Li??xTi?O??*放電（充電）：正極：Li???CoO?+xLi?+xe?→LiCoO?；負(fù)極：Li??xTi?O??→Li?Ti?O??+xLi?+xe?4.生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的主要途徑包括：直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化（如氣化、液化）、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化（如厭氧消化）。四、論述題1.提高太陽能電池效率的途徑：*提高光吸收能力：使用寬光譜響應(yīng)的光吸收材料，增加電極的厚度或采用多層結(jié)構(gòu)。*降低內(nèi)阻：優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，減小串聯(lián)電阻和.shunt電阻。*提高載流子收集效率：優(yōu)化電極與半導(dǎo)體的接觸，減少表面復(fù)合。*提高填充因子：優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，減少光損失和電損失。*使用高質(zhì)量的材料：減少缺陷和雜質(zhì)，提高材料的純度和晶體質(zhì)量。2.燃料電池技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向：*挑戰(zhàn)：成本較高、耐久性不足、催化劑的長期穩(wěn)定性、燃料的儲存和運輸、低溫啟動性能。*發(fā)展方向：開發(fā)低成本、高性能的催化劑和膜材料；提高燃料電池的耐久性和長期穩(wěn)定性；開發(fā)高效、安全的燃料儲存和運輸技術(shù)；優(yōu)化燃料電池的系統(tǒng)設(shè)計，降低成本；開發(fā)適用于不同應(yīng)用場景的燃料電池技術(shù)。3.發(fā)展儲能技術(shù)對構(gòu)建清潔能源體系的重要性：*平衡可再生能源的間歇性和波動性：儲能技術(shù)可以儲存可再生能源產(chǎn)生的能量，并在需要時釋放，從而提高可再生能源的利用效率。*提高電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性：儲能技術(shù)可以提供備用電源，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。*降低電力系統(tǒng)的峰值負(fù)荷：儲能技術(shù)可以在用電高峰期提供電力，從而降低電力系統(tǒng)的峰值負(fù)荷，減少對發(fā)電機組的需求。*促進可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用：儲能技術(shù)可以解決可再生能源的間歇性和波動性問題，從而促進可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，推動清潔能源體系的建設(shè)。五、計算題1.計算過程：*輸入功率P=1000W/m2×0.1m2=100W*光電轉(zhuǎn)換效率η=15%=0.15*最大輸出功率P_max=η×P=0.15×100W=15W*最終結(jié)果：該電池的最大輸出功率為15W。2.計算過程：*電池總電壓V=0.7V*活化過電勢η_a=0.1V*濃差過電勢η_c=0.05V*歐姆過電勢η_o=V-η_a-η_c=0.7V-0.1V-0.05V=0.55V*最終結(jié)果：電池的歐姆過電勢為0.55V。六、實驗題1.實驗方案：*準(zhǔn)備實驗器材：太陽能電池、光源（模擬太陽光）、電流表、電壓表、光功率計、導(dǎo)線等。*測量開路電壓：將太陽能電池置于光源下，用導(dǎo)線連接電流表和電壓表，測量太陽能電池的開路電壓Voc。*測量短路電流：將電壓表短接，用電流表測量太陽能電池的短路電流Isc。*測量不同光照強度下的伏安特性曲線：改變光源與太陽能電池的距離，測量不同光照強度下太陽能電池的伏安特性曲線（I-V曲線）。*計算光電轉(zhuǎn)換效率：根據(jù)測得的伏安特性曲線和光功率計測得的光照強度，計算太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率η=(P_max/P_in)×100%，其中P_max為太陽能電池的最大輸出功率，P_in為輸入到太陽能電池的光功率。2.實驗步驟及目的：*將鋰源、前驅(qū)體溶液、溶劑和添加劑按一定比例混合，攪拌均勻。目的：制備均勻的漿料。*將漿料涂覆到集流體