2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——核能技術(shù)與能源化學(xué)的結(jié)合考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于核能技術(shù)的直接應(yīng)用領(lǐng)域？(A)發(fā)電(B)航空航天推進(jìn)(C)醫(yī)療成像(D)大規(guī)模海水淡化2.在核裂變反應(yīng)中，中子轟擊重核（如鈾-235）后，通常會(huì)分裂成兩個(gè)較輕的核，同時(shí)釋放出：(A)光子(B)質(zhì)子(C)中子（及能量）(D)電子3.核能通過什么主要形式轉(zhuǎn)化為電能？(A)直接光化學(xué)效應(yīng)(B)熱電轉(zhuǎn)換(C)核化學(xué)電池(D)磁流體發(fā)電4.核燃料循環(huán)的主要目的是什么？(A)提高核反應(yīng)堆的功率密度(B)回收利用裂變產(chǎn)生的能量(C)增加核反應(yīng)堆的安全系數(shù)(D)減少核反應(yīng)堆的運(yùn)行成本5.以下哪種材料常被用作核反應(yīng)堆的慢化劑？(A)鈾棒(B)重水（D?O）(C)鋁合金(D)石墨6.在能源化學(xué)領(lǐng)域，核能技術(shù)可以直接或間接驅(qū)動(dòng)哪些化學(xué)過程？(A)電化學(xué)儲(chǔ)能(B)光催化水分解(C)核能熱化學(xué)循環(huán)制氫(D)磁催化二氧化碳轉(zhuǎn)化7.與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電相比，核能發(fā)電的主要優(yōu)勢之一是：(A)運(yùn)行成本極低(B)對(duì)環(huán)境有顯著的溫室氣體排放(C)燃料資源相對(duì)豐富且分布廣泛(D)發(fā)電效率接近100%8.核聚變反應(yīng)主要釋放哪種形式的能量？(A)磁場能(B)重核結(jié)合能(C)輕核結(jié)合能(D)電場能9.放射性同位素在能源化學(xué)相關(guān)的檢測中可以用于：(A)作為反應(yīng)的催化劑(B)標(biāo)記反應(yīng)物或產(chǎn)物以進(jìn)行追蹤(C)直接提供反應(yīng)所需熱量(D)作為主要的反應(yīng)熱源10.核能技術(shù)與能源化學(xué)結(jié)合面臨的主要挑戰(zhàn)之一是：(A)核燃料供應(yīng)的絕對(duì)枯竭(B)核能利用過程中難以避免的環(huán)境污染(C)如何高效、安全地將核能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)化學(xué)過程的可用形式(D)缺乏足夠的技術(shù)人才進(jìn)行研發(fā)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上）1.核能的利用形式主要包括__________和__________。2.核反應(yīng)堆中，用于吸收中子、控制反應(yīng)速率的關(guān)鍵部件是__________。3.從核反應(yīng)堆中提取熱量的工質(zhì)，例如水、熔鹽或氣體，被稱為__________。4.在核能驅(qū)動(dòng)的熱化學(xué)制氫循環(huán)中，利用核能產(chǎn)生的高溫通常用于將水轉(zhuǎn)化為__________。5.核能與其他可再生能源（如太陽能）結(jié)合用于驅(qū)動(dòng)化學(xué)過程時(shí)，一個(gè)重要的優(yōu)勢是核能具有__________的特點(diǎn)。6.放射性同位素衰變過程中釋放的__________或__________可用于化學(xué)分析或標(biāo)記。7.核聚變能的利用面臨的主要科學(xué)難題是實(shí)現(xiàn)__________和__________。8.能源化學(xué)視角下的核能利用，關(guān)注如何將核能（如熱能、電能）轉(zhuǎn)化為更易于利用的__________或__________。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡潔明了的定義）1.慢化劑2.核燃料循環(huán)3.熱電轉(zhuǎn)換4.放射性同位素示蹤技術(shù)5.熱化學(xué)循環(huán)四、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡要回答下列問題）1.簡述核裂變與核聚變?cè)诜磻?yīng)產(chǎn)物和能量釋放方面的主要區(qū)別。2.解釋為何在核能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)過程中，熱電轉(zhuǎn)換可能是一種有吸引力的技術(shù)路徑。3.列舉至少三種核能技術(shù)與能源化學(xué)結(jié)合的具體應(yīng)用實(shí)例。4.簡述核燃料循環(huán)中“后處理”階段的主要目的和過程。五、論述題（10分。請(qǐng)就下列問題展開論述）結(jié)合核能的特性和能源化學(xué)的需求，論述核能技術(shù)在未來可持續(xù)能源體系（特別是化學(xué)能源的制備與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域）中可能扮演的角色和潛在價(jià)值，并分析其面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(C)3.(B)4.(B)5.(B)6.(C)7.(C)8.(B)9.(B)10.(C)二、填空題1.核發(fā)電，核供熱（或其他合理答案）2.控制棒3.一回路4.氫氣（或其他合理中間產(chǎn)物，如水蒸氣）5.穩(wěn)定（或連續(xù)、可預(yù)測）6.射線，伽馬射線7.穩(wěn)定點(diǎn)火，能量約束8.熱能，電能（或其他相關(guān)能量形式如化學(xué)能）三、名詞解釋1.慢化劑：在核反應(yīng)堆中，用于將高速中子減速至熱中子能級(jí)，以增加中子被燃料吸收的概率的物質(zhì)。2.核燃料循環(huán)：涉及核燃料（如鈾、钚）從開采、富集、制備成核燃料元件，到在反應(yīng)堆中使用、后處理（分離鈾和钚與其他核廢料）、再處理（回收可裂變材料）、最終處置的整個(gè)過程。3.熱電轉(zhuǎn)換：利用塞貝克效應(yīng)，將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。4.放射性同位素示蹤技術(shù)：利用放射性同位素作為示蹤劑，標(biāo)記反應(yīng)物或產(chǎn)物，通過探測其放射性來研究化學(xué)反應(yīng)過程、機(jī)理或物質(zhì)遷移的technique。5.熱化學(xué)循環(huán)：利用核能或其他熱源產(chǎn)生高溫，通過一系列化學(xué)循環(huán)（通常涉及相變和可逆化學(xué)反應(yīng)），將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（如氫能）的process。四、簡答題1.解析思路：區(qū)分核裂變和核聚變的基本反應(yīng)方程式和產(chǎn)物。裂變是重核分裂成較輕核，釋放中子；聚變是輕核結(jié)合成較重核，釋放能量和中子（或質(zhì)子等）。能量釋放上，聚變單位質(zhì)量釋放的能量遠(yuǎn)大于裂變。*答案要點(diǎn)：核裂變是重核（如U-235）分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的輕核，同時(shí)釋放2-3個(gè)中子及巨大能量。核聚變是兩個(gè)輕核（如H-2）結(jié)合成一個(gè)較重的核（如He-4），同時(shí)釋放巨大能量和中子（或其他粒子）。主要區(qū)別在于反應(yīng)的反應(yīng)物（重核vs輕核）、產(chǎn)物（中等質(zhì)量核vs較重核）及單位質(zhì)量釋放的能量（聚變遠(yuǎn)大于裂變）。2.解析思路：分析核能（特別是熱能）如何通過熱電轉(zhuǎn)換直接產(chǎn)生電能，避免了傳統(tǒng)熱機(jī)效率限制和中間能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，以及核能的穩(wěn)定特性帶來的優(yōu)勢。*答案要點(diǎn)：核能（尤其是反應(yīng)堆排出的熱量）可以通過熱電轉(zhuǎn)換直接、無運(yùn)動(dòng)部件地產(chǎn)生電能，繞過了傳統(tǒng)熱機(jī)效率瓶頸。核能供應(yīng)穩(wěn)定、連續(xù)，可以提供持續(xù)的熱源，有利于驅(qū)動(dòng)需要穩(wěn)定條件的化學(xué)過程。熱電材料本身結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、維護(hù)方便，適用于一些特殊環(huán)境。雖然效率可能不高，但在特定場景下具有獨(dú)特優(yōu)勢。3.解析思路：聯(lián)系核能提供的熱能或電能與能源化學(xué)的各種過程。熱能可驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)循環(huán)制氫、CO2轉(zhuǎn)化等；電能可直接驅(qū)動(dòng)電解水制氫、電催化反應(yīng)等；核熱可提供反應(yīng)所需高溫。*答案要點(diǎn)：*核能熱化學(xué)循環(huán)制氫：利用核反應(yīng)堆提供的高溫?zé)嵩?，通過熱化學(xué)循環(huán)（如SOEC、IHI循環(huán)）高效制取氫氣。*核電驅(qū)動(dòng)電解水制氫：利用核電站產(chǎn)生的電力，通過水電解技術(shù)制備高純度氫氣。*核能驅(qū)動(dòng)高溫化學(xué)反應(yīng)：為需要高溫條件的化學(xué)反應(yīng)（如某些催化過程、CO2高溫分解等）提供穩(wěn)定的熱源。*核輻射化學(xué)：利用放射性同位素產(chǎn)生的輻射（如伽馬射線、中子束）引發(fā)或影響化學(xué)過程，用于材料改性、輻照合成、示蹤分析等。4.解析思路：核燃料循環(huán)的后處理階段是在核電站發(fā)電之后，目的是從高放核廢料（乏燃料）中分離出有價(jià)值的可裂變材料（鈾、钚）和其他長壽命放射性核素，以實(shí)現(xiàn)資源的回收利用和減少長壽命核廢料的體積與放射性。*答案要點(diǎn)：后處理的主要目的是從乏燃料中分離出未反應(yīng)的鈾（U）、钚（Pu）以及可重復(fù)使用的其他次級(jí)核燃料，將其制成新的核燃料元件返回反應(yīng)堆使用，或者將其與其他長壽命放射性核素（如長壽命次錒系元素）分離，形成相對(duì)較少的、成分單一的最終高放核廢料，以便后續(xù)進(jìn)行安全處置。這個(gè)過程通常涉及復(fù)雜的化學(xué)分離技術(shù)，如萃取法。五、論述題解析思路：*引言：點(diǎn)明核能作為清潔、高效能源的重要性，以及能源化學(xué)在能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存中的關(guān)鍵作用，引出兩者結(jié)合的必要性。*核能角色與價(jià)值：*穩(wěn)定基荷電力：核能發(fā)電具有高效率、低排放、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，可作為太陽能、風(fēng)能等間歇性能源的穩(wěn)定基荷電力來源，保障能源供應(yīng)的連續(xù)性。*驅(qū)動(dòng)化學(xué)過程：核能（特別是熱能）可直接驅(qū)動(dòng)大規(guī)模、高效率的熱化學(xué)循環(huán)制氫、CO2轉(zhuǎn)化制燃料等過程，彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電波動(dòng)性帶來的問題。核能提供的穩(wěn)定高溫環(huán)境有利于某些催化反應(yīng)和材料科學(xué)的發(fā)展。*先進(jìn)能源技術(shù)：核聚變能具有近乎無限的燃料資源、極高的能量密度和極低的放射性風(fēng)險(xiǎn)潛力，是未來能源的終極解決方案之一，其發(fā)展將深刻影響能源化學(xué)領(lǐng)域。*儲(chǔ)能與氫能：核能可用于電解水制氫，結(jié)合儲(chǔ)氫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長周期的能量儲(chǔ)存和輸送。核能也可用于驅(qū)動(dòng)其他化學(xué)儲(chǔ)能介質(zhì)（如固態(tài)電解質(zhì)電池）。*挑戰(zhàn)分析：*核安全與核廢料處置：核電站的安全運(yùn)行、核事故預(yù)防和核廢料的長期安全處置仍是重大挑戰(zhàn)，需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和管理完善。*經(jīng)濟(jì)成本：核電站的建設(shè)成本高、建設(shè)周期長，經(jīng)濟(jì)性有待提高。*公眾接受度：核能的社會(huì)接受度受到核安全、核廢料、核擴(kuò)散等問題的困擾。*技術(shù)瓶頸：核聚變發(fā)電的技術(shù)瓶頸（如點(diǎn)火、約束、材料等）尚未完全突破。核能高效、靈活地與多種化學(xué)過程結(jié)合的技術(shù)路徑仍需探索。*跨學(xué)科融合難度：核能與能源化學(xué)的深度結(jié)合需要多學(xué)科知識(shí)的融合，對(duì)人才要求高，相關(guān)研究體系尚不完善。*結(jié)論：總結(jié)核能在未來能源化學(xué)中的戰(zhàn)略地位，強(qiáng)調(diào)克服挑戰(zhàn)、加強(qiáng)研發(fā)和跨界合作的重要性。答案要點(diǎn)：核能技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，在未來可持續(xù)能源體系中，特別是在化學(xué)能源的制備與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，可以扮演關(guān)鍵角色并具有巨大潛力。首先，核能發(fā)電穩(wěn)定、高效、低碳，可作為可再生能源的穩(wěn)定補(bǔ)充，保障能源供應(yīng)，并為大規(guī)模制氫、CO2轉(zhuǎn)化等化學(xué)過程提供連續(xù)可靠的能源支持。其次，利用核能（特別是熱能）驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)循環(huán)制氫、高溫催化