2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——?dú)淠茉丛诮煌ㄟ\(yùn)輸中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在答題紙上。）1.下列哪種氫的制取方法屬于“綠氫”范疇？A.電解水B.天然氣重整C.煤焦油氣化D.甲烷裂解2.氫燃料電池中，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的核心裝置是？A.電池管理系統(tǒng)B.儲(chǔ)氫罐C.電堆（Stack）D.質(zhì)子交換膜3.適用于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的常用材料是？A.鎂系合金B(yǎng).金屬有機(jī)框架（MOFs）C.碳納米管D.鈦合金4.氫燃料電池汽車相比同級(jí)別純電動(dòng)汽車，其主要優(yōu)勢(shì)之一是？A.初始購置成本更低B.能量密度更高（按質(zhì)量計(jì)）C.充電速度更快D.對(duì)電網(wǎng)沖擊更小5.在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中，電解質(zhì)膜的主要功能是？A.傳導(dǎo)電子B.儲(chǔ)存氫氣C.傳導(dǎo)質(zhì)子（H+）D.催化電化學(xué)反應(yīng)6.氫燃料電池的“鉑催化劑”主要作用是？A.儲(chǔ)存氫氣B.催化氫氣分解C.傳導(dǎo)質(zhì)子和電子D.加速質(zhì)子通過電解質(zhì)膜7.適用于長距離、大運(yùn)力船舶的氫能應(yīng)用形式，目前研究較多的是？A.氫內(nèi)燃機(jī)B.氫燃料電池混合動(dòng)力C.氫燃料電池獨(dú)立驅(qū)動(dòng)D.氫燃燒加熱推進(jìn)8.氫氣在常溫常壓下的主要存在形式是？A.液態(tài)氫B.固態(tài)氫C.氣態(tài)氫D.溶解態(tài)氫9.氫燃料電池汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，不包括以下哪個(gè)部分？A.燃料電池電堆B.電動(dòng)機(jī)C.高壓儲(chǔ)氫罐D(zhuǎn).內(nèi)燃機(jī)10.目前制約氫燃料電池汽車商業(yè)化推廣的主要因素之一是？A.加氫站建設(shè)成本高、密度低B.燃料電池壽命短C.氫氣制取成本高、能耗大D.汽車安全性問題二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在答題紙上。）1.氫燃料電池的工作過程中，氧化劑通常是________，還原劑是________。2.按氫氣的形態(tài)分類，液氫的沸點(diǎn)是約________K。3.氫燃料電池系統(tǒng)中，水管理系統(tǒng)的作用是________和________。4.氫能的“碳中性”或“零排放”特性主要指其在________階段的碳排放。5.在氫燃料電池汽車中，用于回收制動(dòng)能量的是________系統(tǒng)。6.天然氣重整制氫過程中，主要副產(chǎn)物是________。7.堿性燃料電池（AFC）常用的電解質(zhì)是________。8.氫能在航空領(lǐng)域應(yīng)用面臨的巨大挑戰(zhàn)是____________。9.氫燃料電池的效率通常指____________與____________的比值。10.“氫經(jīng)濟(jì)”是指以____________為主要能源載體的經(jīng)濟(jì)體系。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)將答案填在答題紙上。）1.燃料電池電堆2.儲(chǔ)氫材料3.氫能密度4.全生命周期評(píng)價(jià)（LCA）5.氫燃料電池汽車（FCEV）四、簡答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)將答案填在答題紙上。）1.簡述電解水制氫的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。2.比較質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和堿性燃料電池（AFC）在材料和工作環(huán)境方面的主要差異。3.氫燃料電池汽車在運(yùn)行過程中，主要需要解決哪些水管理問題？4.簡述氫燃料電池在船舶領(lǐng)域應(yīng)用相比傳統(tǒng)燃油或純電動(dòng)船舶的主要優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。五、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)將答案填在答題紙上。）1.論述發(fā)展氫燃料電池汽車對(duì)實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸領(lǐng)域“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的意義及面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合能源化學(xué)專業(yè)知識(shí)，分析氫燃料電池電堆中，提高能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素及可能的改進(jìn)方向。3.探討氫能在未來航空運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，并提出可能的解決方案或研究方向。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.B4.B5.C6.D7.C8.C9.D10.A二、填空題1.氧氣（或空氣中的氧氣）；氫氣2.20.73.除水；加水4.發(fā)電（或制氫）5.能量回收（或制動(dòng)能量回收）6.二氧化碳7.氫氧化鉀溶液（或KOH溶液）8.氫氣的能量密度低、儲(chǔ)運(yùn)成本高、加氫設(shè)施缺乏9.理論能量輸出；所消耗氫氣的化學(xué)能10.氫氣三、名詞解釋1.燃料電池電堆：由多個(gè)單電池串聯(lián)組成，是燃料電池車輛中實(shí)現(xiàn)氫氣化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的核心裝置。2.儲(chǔ)氫材料：指能夠可逆地吸收、容納和釋放氫氣的材料，用于氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。3.氫能密度：指單位質(zhì)量或單位體積的氫氣所儲(chǔ)存的能量，通常用于比較不同能源的儲(chǔ)能能力。4.全生命周期評(píng)價(jià)（LCA）：一種評(píng)估產(chǎn)品或服務(wù)從原材料獲取、生產(chǎn)、使用到廢棄處理整個(gè)生命周期中與環(huán)境相關(guān)影響的方法。5.氫燃料電池汽車（FCEV）：以氫氣為燃料，通過燃料電池產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的汽車。四、簡答題1.原理：利用電能通過電解水裝置，在陽極分解水產(chǎn)生氧氣并釋放質(zhì)子（H+），質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與陰極通入的氫氣（H2）發(fā)生反應(yīng)生成水，同時(shí)釋放電子。電子通過外部電路流向陰極，形成電流。優(yōu)點(diǎn)：原料（水）來源豐富、清潔、無碳排放（若使用綠電）、反應(yīng)條件溫和。缺點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低（通常為60-70%）、初始成本高（電解槽設(shè)備）、能耗大（若使用化石燃料電力）。2.PEMFC：使用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，工作溫度約60-80°C，需要純氫氣，對(duì)水管理要求高，功率密度高，啟動(dòng)快。AFC：使用堿性水溶液（如KOH）作為電解質(zhì)，工作溫度約80-90°C，可以使用含少量CO2的氫氣，功率密度相對(duì)較低，對(duì)雜質(zhì)敏感，成本相對(duì)較低。3.主要問題包括：防止水在電池內(nèi)部積聚過多導(dǎo)致反應(yīng)面積堵塞；防止水流失過快導(dǎo)致膜干燥，增加電阻和電池極化；維持電池內(nèi)部合適的濕度平衡。4.優(yōu)勢(shì)：零排放（僅產(chǎn)生水），減少對(duì)化石燃料的依賴；續(xù)航里程長；加氫速度快；噪聲低。挑戰(zhàn)：氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)成本高；加氫基礎(chǔ)設(shè)施不完善；燃料電池系統(tǒng)壽命和可靠性；材料成本和耐久性。五、論述題1.意義：氫燃料電池汽車使用氫氣作為清潔能源，其發(fā)電過程不產(chǎn)生直接排放的溫室氣體和污染物，有助于降低交通領(lǐng)域的碳排放，是實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)路徑之一，有助于推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)碳中和承諾。挑戰(zhàn)：氫氣生產(chǎn)成本高、能耗大（尤其依賴化石燃料制氫）；儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)難度大、成本高；加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)緩慢、覆蓋不足；燃料電池系統(tǒng)壽命、可靠性和成本有待提高；氫氣來源的“碳足跡”問題等。2.關(guān)鍵因素及改進(jìn)方向：*催化劑：開發(fā)低成本、高活性、高穩(wěn)定性、耐毒化的非鉑或低鉑催化劑。*電解質(zhì)膜：提高質(zhì)子傳導(dǎo)速率，降低電阻；提高膜的選擇性，減少氣體滲透；開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)提高溫度和安全性。*單電池設(shè)計(jì)：優(yōu)化流場設(shè)計(jì)，提高氣體利用率；改進(jìn)氣體分布和管理，減少濃差極化。*結(jié)構(gòu)材料：開發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、抗老化的結(jié)構(gòu)材料，降低系統(tǒng)重量和成本。*電堆管理：優(yōu)化水熱管理，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和壽命；開發(fā)智能控制系統(tǒng)，優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)。3.技術(shù)瓶頸：*能量密度低：氫氣的質(zhì)量能量密度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)航空燃料，導(dǎo)致需要巨大的儲(chǔ)氫系統(tǒng)，增加飛機(jī)重量和體積。*儲(chǔ)氫技術(shù)挑戰(zhàn)：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫密度低、重量大；液氫溫度極低、需要昂貴絕熱材料；固態(tài)儲(chǔ)氫材料尚未成熟。*系統(tǒng)效率與功率密度：燃料電池發(fā)電效率相對(duì)較低，且功率密度難以滿足航空高功率需求。*成本高昂：氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、燃料電池系統(tǒng)及加氫設(shè)施成本都非常高。*加氫時(shí)間與基礎(chǔ)設(shè)施：航空氫氣加注時(shí)間遠(yuǎn)長于傳統(tǒng)飛機(jī)加油時(shí)間，地面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)困難。*安全性：氫氣易燃易爆，需要嚴(yán)格的安全控制和規(guī)范?？赡艿慕鉀Q方案/研究方向：*開發(fā)更高能量密度的儲(chǔ)氫材料和技術(shù)（如液態(tài)氫的低