2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種儲(chǔ)能方式主要利用電化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存能量？A.重力勢(shì)能儲(chǔ)能B.彈性勢(shì)能儲(chǔ)能C.電化學(xué)儲(chǔ)能D.熱能儲(chǔ)能2.在鋰離子電池中，將鋰離子從負(fù)極嵌入到正極，外電路中會(huì)發(fā)生：A.電子流入負(fù)極B.電子流出負(fù)極C.鋰離子流入負(fù)極D.鋰離子流出正極3.磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料相比鈷酸鋰（LiCoO2）的主要優(yōu)點(diǎn)之一是：A.理論容量更高B.初始庫(kù)侖效率更高C.充放電電壓平臺(tái)更穩(wěn)定D.制備成本更低4.超級(jí)電容器相比鋰離子電池，其主要優(yōu)勢(shì)在于：A.能量密度高B.功率密度高C.循環(huán)壽命長(zhǎng)D.自放電率低5.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中，用于傳導(dǎo)質(zhì)子（H+）的關(guān)鍵材料是：A.氧化鋯陶瓷B.陽(yáng)極催化劑C.陰極催化劑D.質(zhì)子交換膜6.電解水制氫氣過(guò)程中，陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)是：A.2H++2e-→H2B.4OH-→O2+2H2O+4e-C.2H2O→O2+4H++4e-D.2H2→4H++4e-7.太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的核心物理過(guò)程是：A.電解質(zhì)傳導(dǎo)B.電極反應(yīng)C.光生伏特效應(yīng)D.催化劑分解8.下列哪種物質(zhì)常被用作鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)？A.四氯化碳B.六甲基二硅氧烷C.碘乙烷D.二甲基甲酰胺9.影響燃料電池性能的關(guān)鍵因素之一是催化劑的：A.價(jià)格B.穩(wěn)定性C.導(dǎo)電性D.以上都是10.固態(tài)氧化物燃料電池（SOFC）的工作溫度通常在：A.100-200°CB.500-800°CC.1000-1200°CD.2000-2500°C二、填空題1.電化學(xué)阻抗譜（EIS）是一種常用的電池性能______方法，可以用來(lái)分析電池的內(nèi)阻和不同頻段的阻抗特征。2.鋰離子電池的充電過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將電能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____能的過(guò)程。3.染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）的核心部分是______和光敏染料。4.為了提高鋰離子電池的安全性，可以采用______負(fù)極材料來(lái)降低鋰枝晶的生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)。5.氫燃料電池的副反應(yīng)之一是氫氣和氧氣反應(yīng)生成______。6.在電化學(xué)電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱(chēng)為_(kāi)_____極。7.超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)制主要分為_(kāi)_____儲(chǔ)能和法拉第儲(chǔ)能兩種。8.氫能的儲(chǔ)存方法包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和______儲(chǔ)氫等。9.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有______能帶隙，使其適用于吸收太陽(yáng)光譜中的大部分能量。10.應(yīng)用化學(xué)在開(kāi)發(fā)高效、安全、廉價(jià)的儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)化技術(shù)方面發(fā)揮著______作用。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述鋰離子電池的工作原理，并說(shuō)明其充放電過(guò)程中正負(fù)極發(fā)生的變化。2.與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池有哪些潛在的優(yōu)勢(shì)？3.簡(jiǎn)要說(shuō)明燃料電池的基本工作原理及其主要組成部分。四、計(jì)算題某鋰離子電池，其標(biāo)稱(chēng)電壓為3.7V，正極材料理論容量為170mAh/g，負(fù)極材料理論容量為380mAh/g。假設(shè)電池在充放電過(guò)程中，正負(fù)極材料的利用率均為100%，且放電時(shí)電池的電壓平臺(tái)保持恒定為3.7V?，F(xiàn)有一塊質(zhì)量為200g的該電池，求其完全放電時(shí)釋放的理論容量是多少？放電過(guò)程中，理論上轉(zhuǎn)移的電子摩爾數(shù)是多少？（鋰原子量為6.94g/mol）五、論述題當(dāng)前，鋰離子電池在成本、資源稀缺性和安全性方面面臨哪些挑戰(zhàn)？請(qǐng)結(jié)合應(yīng)用化學(xué)的視角，探討幾種可能的改進(jìn)方向或新型電池體系的發(fā)展前景。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.D6.C7.C8.B9.D10.B二、填空題1.電化學(xué)性能分析2.化學(xué)3.碳化硅（或半導(dǎo)體基底）4.硅基（或富鋰材料等）5.水6.負(fù)7.雙電層8.固態(tài)化學(xué)（或金屬氫化物）9.約1.34eV10.核心支撐三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：鋰離子電池通過(guò)鋰離子在正負(fù)極材料之間的可逆脫嵌來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量。充電時(shí)，外部電源驅(qū)動(dòng)鋰離子從正極脫嵌，通過(guò)電解質(zhì)和隔膜遷移到負(fù)極，并在負(fù)極嵌入形成鋰金屬或合金；同時(shí)，電子通過(guò)外電路從負(fù)極流向正極，使正極得到電子。放電時(shí)，上述過(guò)程逆向進(jìn)行，鋰離子從負(fù)極脫嵌，通過(guò)電解質(zhì)遷移到正極嵌入，同時(shí)電子通過(guò)外電路從正極流向負(fù)極，產(chǎn)生電能。2.解析思路：固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)，潛在優(yōu)勢(shì)包括：1）安全性更高，不易燃易爆；2）能量密度可能更高，固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率提升空間大；3）循環(huán)壽命可能更長(zhǎng)，固態(tài)界面更穩(wěn)定；4）安全性允許更高工作電壓。3.解析思路：燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其基本工作原理是利用燃料（通常是氫氣）與氧化劑（通常是氧氣）在催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。主要組成部分包括：1）陽(yáng)極：燃料供給并發(fā)生氧化反應(yīng)的電極；2）陰極：氧化劑供給并發(fā)生還原反應(yīng)的電極；3）電解質(zhì)：傳導(dǎo)反應(yīng)生成離子的材料，分隔陽(yáng)極和陰極；4）催化劑：加速電化學(xué)反應(yīng)，通常位于電極中。四、計(jì)算題解析思路：計(jì)算理論容量需考慮電池中活性物質(zhì)的質(zhì)量和其理論容量。由于正極材料容量低于負(fù)極，電池的整體容量由正極決定。計(jì)算轉(zhuǎn)移電子摩爾數(shù)需根據(jù)電池容量和法拉第常數(shù)（96485C/mol）進(jìn)行。公式：轉(zhuǎn)移電子摩爾數(shù)=放電容量(Ah)×1000(mA/htoA)/F(C/mol)。解：電池容量=正極材料質(zhì)量×正極理論容量=200g×170mAh/g=34000mAh=34Ah。轉(zhuǎn)移電子摩爾數(shù)=34Ah×1000mA/Ah/96485C/mol≈0.353mol。五、論述題解析思路：首先識(shí)別當(dāng)前鋰離子電池面臨的成本（鋰資源、鈷等貴金屬）、資源稀缺性（鋰、鈷儲(chǔ)量有限）和安全性（熱失控、燃燒）等主要挑戰(zhàn)。然后，從應(yīng)用化學(xué)角度出發(fā)，提出改進(jìn)方向：1）開(kāi)發(fā)低成本、高容量、無(wú)鈷或低鈷正負(fù)極