2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——能源化學(xué)與能源轉(zhuǎn)化技術(shù)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括號內(nèi)。多選、錯選、漏選均不得分。）1.下列物質(zhì)中，屬于一次能源的是（）；屬于可再生能源的是（）；屬于化石能源的是（）。A.煤炭B.太陽能C.風(fēng)能D.石油E.氫氣F.天然氣2.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式為ΔU=Q+W，其中ΔU代表（），Q代表（），W代表（）。A.系統(tǒng)的內(nèi)能變化B.系統(tǒng)對外做的功C.系統(tǒng)吸收的熱量D.系統(tǒng)的總能量E.環(huán)境對系統(tǒng)做的功F.系統(tǒng)焓的變化3.原電池中，發(fā)生還原反應(yīng)的電極是（），該電極稱為（）極；發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是（），該電極稱為（）極。A.正極B.負極C.陽極D.陰極4.對于一個自發(fā)進行的反應(yīng)，其吉布斯自由能變（ΔG）的特點是（）。A.ΔG<0B.ΔG>0C.ΔG=0D.ΔG與反應(yīng)方向無關(guān)5.燃料電池的基本工作原理是（）。A.化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能B.熱能直接轉(zhuǎn)化為電能C.化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能D.電能通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能6.下列哪種儲能方式主要利用電化學(xué)反應(yīng)儲存能量？（）A.抽水蓄能B.鋰離子電池C.風(fēng)力發(fā)電D.燃料電池儲能7.光伏電池實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心材料通常是（）。A.導(dǎo)電聚合物B.半導(dǎo)體材料C.金屬導(dǎo)體D.透光樹脂8.在電催化反應(yīng)中，催化劑的作用通常包括（）。A.降低反應(yīng)的活化能B.改變反應(yīng)的平衡常數(shù)C.改變反應(yīng)路徑D.提高反應(yīng)速率9.生物燃料的主要來源是（）。A.地球深處的化石沉積物B.植物或動物生物質(zhì)C.空氣中的二氧化碳D.核反應(yīng)產(chǎn)生的能量10.納米材料在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的主要優(yōu)勢在于（）。A.表面效應(yīng)顯著B.體積效應(yīng)顯著C.穩(wěn)定性高D.易于大規(guī)模生產(chǎn)二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.能源轉(zhuǎn)換過程中，能量的形式會發(fā)生變化，但總量保持不變，這體現(xiàn)了________定律。2.在一個可逆電池中，通過電池完成1摩爾反應(yīng)時，理論上所能得到的最大電功等于該反應(yīng)的________的負值。3.氫燃料電池的負極反應(yīng)通常是氫氣失去電子被氧化，其反應(yīng)式可以簡化表示為：H?→2H?+2e?。4.光伏電池中，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵元件是________。5.電解水制氫氣是一個典型的電化學(xué)過程，其陽極反應(yīng)是水分子失去電子被氧化。6.碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)是減少大氣中二氧化碳濃度的潛在途徑，其中“利用”可以指將捕獲的CO?轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品或燃料。7.催化劑能夠改變反應(yīng)速率，但________反應(yīng)的平衡常數(shù)。8.風(fēng)能和太陽能屬于可再生能源，它們的主要缺點是________性和________性。9.納米尺度下，材料的物理和化學(xué)性質(zhì)可能會發(fā)生顯著變化，例如比表面積增大，這稱為________效應(yīng)。10.熱力學(xué)第二定律指出，孤立系統(tǒng)的熵總是趨向于________。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述，并說明兩者本質(zhì)是否相同。2.與傳統(tǒng)化石燃料相比，氫能作為一種能源載體，具有哪些主要優(yōu)勢？3.簡要說明燃料電池和普通化學(xué)電池（如干電池）在能量轉(zhuǎn)換方式和系統(tǒng)構(gòu)成上的主要區(qū)別。4.電催化在提高能量轉(zhuǎn)化效率方面具有重要作用，請列舉至少兩個電催化研究的重點方向。四、計算題（每小題8分，共16分。請列出計算步驟并給出數(shù)值結(jié)果。）1.已知在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（298K,1atm），反應(yīng)2H?(g)+O?(g)→2H?O(l)的焓變ΔH°=-571.6kJ/mol。計算該反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的吉布斯自由能變ΔG°。（假設(shè)ΔS°(H?O(l))=66.7J/(mol·K)，ΔS°(H?(g))=130.6J/(mol·K)，ΔS°(O?(g))=205.0J/(mol·K)，R=8.314J/(mol·K)）2.某原電池的電動勢E=1.10V，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下放電，轉(zhuǎn)移了2Faraday的電荷。計算該反應(yīng)過程中釋放的化學(xué)能是多少焦耳？（1Faraday=96485C）五、論述題（12分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入闡述下列問題。）當(dāng)前，全球能源轉(zhuǎn)型面臨諸多挑戰(zhàn)，如化石能源依賴、環(huán)境污染、氣候變化等。請結(jié)合燃料電池技術(shù)、太陽能利用技術(shù)或電化學(xué)儲能技術(shù)中的任何一個或多個方面，論述其在推動能源可持續(xù)發(fā)展中的作用、面臨的主要科學(xué)問題和技術(shù)瓶頸，以及未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.AB;BC;ADF2.AC;C;B3.AD;BC4.A5.C6.B7.B8.AC9.B10.A二、填空題1.熱力學(xué)第一2.電池反應(yīng)的吉布斯自由能3.氧化4.光伏電池（或太陽能電池）5.2H?O-4e?→O?↑+4H?（或簡寫為H?O-2e?→1/2O?↑+2H?）6.化學(xué)品或燃料7.不改變8.間歇；不確定性9.表面10.增大三、簡答題1.解析思路：分別闡述克勞修斯表述（熱量不能自動從低溫物體傳到高溫物體）和開爾文表述（不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響），并指出兩者都描述了自然界中自發(fā)過程的方向性，本質(zhì)是相同的，即自發(fā)過程總是朝著熵增加的方向進行。2.解析思路：從來源（可再生、零排放）、能量密度、應(yīng)用靈活性、環(huán)境影響等方面對比氫能與化石燃料的優(yōu)勢，例如來源廣泛、清潔無污染、能量密度高、應(yīng)用場景多樣等。3.解析思路：對比兩者能量轉(zhuǎn)換方式（燃料電池是電化學(xué)反應(yīng)，普通電池是化學(xué)短路反應(yīng)；燃料電池連續(xù)供能，普通電池一次性放電）、系統(tǒng)構(gòu)成（燃料電池需要燃料和氧化劑供給系統(tǒng)、電解質(zhì)、電極等，普通電池包含正負極、電解質(zhì)、外殼）。4.解析思路：列舉電催化研究的關(guān)鍵領(lǐng)域，如提高燃料電池中氧氣還原反應(yīng)（ORR）和氫氣氧化反應(yīng)（HER）的效率與選擇性、開發(fā)高效且穩(wěn)定的CO?還原催化劑、設(shè)計用于水分解制氫的催化劑等。四、計算題1.解析思路：首先根據(jù)ΔG°=ΔH°-TΔS°計算。需要先計算反應(yīng)的總熵變ΔS°=Σn*S°(產(chǎn)物)-Σm*S°(反應(yīng)物)。注意單位換算（J轉(zhuǎn)換為kJ，K轉(zhuǎn)換為J/K）。代入ΔH°,ΔS°(H?O(l)),ΔS°(H?(g)),ΔS°(O?(g))和T=298K，R=8.314J/(mol·K)進行計算。計算過程：ΔS°=[2*66.7-(2*130.6+1*205.0)]J/(mol·K)=-161.2J/(mol·K)=-0.1612kJ/(mol·K)ΔG°=-571.6kJ/mol-(298K*-0.1612kJ/(mol·K))=-571.6kJ/mol+47.9kJ/mol=-523.7kJ/mol結(jié)果：ΔG°=-523.7kJ/mol2.解析思路：根據(jù)法拉第電解定律，電能W=nFΕ，其中n是轉(zhuǎn)移的摩爾數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，Ε是電動勢。先根據(jù)電荷量Q=nF計算轉(zhuǎn)移的摩爾數(shù)n=Q/F。將n,F,Ε代入公式計算W。計算過程：n=2F/96485C/mol=0.02075molW=0.02075mol*96485C/mol*1.10V=2220.7J結(jié)果：釋放的化學(xué)能約為2220.7J(或2.22kJ)五、論述題解析思路：選擇一個或多個技術(shù)方向（如燃料電池、太陽能、儲能）。首先闡述該技術(shù)在替代化石能源、減少