2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)能量轉(zhuǎn)換原理及技術(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.下列過程屬于化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是（）。A.燃料燃燒B.電池放電C.太陽能光熱轉(zhuǎn)換D.電解水2.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，自發(fā)進行的能量轉(zhuǎn)換過程必然伴隨著（）。A.系統(tǒng)焓變ΔH減小B.系統(tǒng)熵變ΔS增加C.環(huán)境熵變ΔSsurr增加D.系統(tǒng)吉布斯自由能變ΔG小于零3.燃料電池相比于普通化學(xué)電池的主要優(yōu)點包括（）。A.能量轉(zhuǎn)換效率高B.可以使用多種燃料C.通常需要外接電源啟動D.產(chǎn)物清潔（如氫燃料電池產(chǎn)生水）4.影響太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率的主要因素有（）。A.太陽能電池材料的帶隙寬度B.吸收層的太陽光吸收率C.熱傳遞過程中的熱量損失D.環(huán)境溫度5.電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是（）。A.金屬原子失去電子被氧化B.金屬表面生成氧化物薄膜C.電極電勢降低的過程D.負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)6.熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)利用的物理效應(yīng)主要是（）。A.塞貝克效應(yīng)B.焦耳-倫茨定律C.法拉第電解定律D.光電效應(yīng)7.在資源化學(xué)領(lǐng)域，化學(xué)能高效轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于（）。A.開發(fā)高能量密度的儲能材料B.提高能量轉(zhuǎn)換裝置的效率C.保障關(guān)鍵資源的可持續(xù)供應(yīng)D.減少能量轉(zhuǎn)換過程中的環(huán)境污染8.下列屬于電化學(xué)儲能技術(shù)的是（）。A.蓄電池B.飛輪儲能C.鋰離子電池D.相變儲能材料9.提高燃料電池能量轉(zhuǎn)換效率的途徑可能包括（）。A.降低電池內(nèi)阻B.提高反應(yīng)物濃度C.優(yōu)化催化劑性能D.增加電池工作溫度（在適宜范圍內(nèi)）10.光合作用過程中，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能主要發(fā)生在（）。A.葉綠體類囊體膜B.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)C.線粒體內(nèi)膜D.葉綠體基質(zhì)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上。）1.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式為________，它表明能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。2.能夠自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)，并將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為________。3.衡量反應(yīng)進行方向和限度的重要物理量是________，其值小于零，反應(yīng)能自發(fā)進行。4.燃料電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為________極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為________極。5.影響電池電動勢大小的主要因素包括電極材料的性質(zhì)、________和________。6.在資源化學(xué)開發(fā)利用中，高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)對于實現(xiàn)________和________具有重要意義。7.熱電偶是一種能夠?qū)_______直接轉(zhuǎn)換成________的器件。三、簡答題（每小題5分，共15分。請簡要回答下列問題。）1.簡述熱力學(xué)第二定律在能量轉(zhuǎn)換過程中的意義。2.比較燃料電池和普通干電池在能量轉(zhuǎn)換原理和效率方面的主要區(qū)別。3.簡要說明提高太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率的主要技術(shù)途徑。四、計算題（每小題10分，共20分。請列出必要的計算過程和結(jié)果。）1.有一可逆電池，其正極反應(yīng)為Cu2?+2e?=Cu，負(fù)極反應(yīng)為Zn=Zn2?+2e?。已知在25℃下，該電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢E°(Cu2?/Cu,Zn/Zn2?)=1.10V。計算該電池的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變ΔG°（已知F=96485C/mol，R=8.314J/(mol·K)）。2.某太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%，接收到太陽光的功率密度為1000W/m2。若該電池的面積為其轉(zhuǎn)換效率。計算該太陽能電池每平方米每秒能產(chǎn)生的電功率是多少？五、論述題（10分。請結(jié)合資源化學(xué)的專業(yè)背景，論述化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能技術(shù)在可持續(xù)發(fā)展中的重要作用及面臨的挑戰(zhàn)。）試卷答案一、選擇題1.B2.B,C,D3.A,B,D4.B,C5.A,C6.A7.A,B,C,D8.A,C9.A,B,C10.A二、填空題1.ΔU=Q+W2.電池3.吉布斯自由能(G)4.負(fù)；正5.離子濃度(或活度)；溫度6.資源節(jié)約；環(huán)境保護7.熱能；電能三、簡答題1.解析思路：闡述第二定律的熵增原理在能量轉(zhuǎn)換過程中的體現(xiàn)。能量轉(zhuǎn)換過程總是伴隨著系統(tǒng)總熵（系統(tǒng)熵變+環(huán)境熵變）的增加。對于可逆能量轉(zhuǎn)換過程，系統(tǒng)總熵不變（ΔSsys+ΔSsurr=0），此時能量轉(zhuǎn)換效率最高（如卡諾效率）。對于不可逆過程，系統(tǒng)總熵增加（ΔSsys+ΔSsurr>0），能量會以熱能等形式耗散，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低于可逆過程。簡答題需抓住核心：能量轉(zhuǎn)換的方向性、不可逆性、效率限制及熵增原理的應(yīng)用。2.解析思路：對比兩類電池的工作原理和效率。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)換路徑短，理論上能量轉(zhuǎn)換效率高（可達60-80%）。普通干電池（如鋅錳干電池）是化學(xué)能通過自發(fā)的氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)換過程涉及多步反應(yīng)，且存在電解質(zhì)電阻、副反應(yīng)等能量損失，能量轉(zhuǎn)換效率相對較低（通常30-50%）。簡答題需突出燃料電池的直接轉(zhuǎn)換、高效率特點。3.解析思路：列舉提高光熱轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)措施。主要從源頭（吸收）和過程（傳遞）兩方面考慮。增加吸收層對太陽光譜的吸收范圍和吸收率；提高熱傳遞效率，減少熱量向周圍環(huán)境散失（如優(yōu)化反射涂層、改進熱傳導(dǎo)設(shè)計）；降低熱損失（如使用高反射材料、優(yōu)化集熱器結(jié)構(gòu)）。簡答題需圍繞吸收、傳遞、損失三個環(huán)節(jié)提出具體措施。四、計算題1.解析思路：利用標(biāo)準(zhǔn)電動勢與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變的關(guān)系式ΔG°=-nFE°。首先確定反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n（根據(jù)電極反應(yīng)式可知n=2），然后代入E°=1.10V，F(xiàn)=96485C/mol，計算ΔG°。注意單位統(tǒng)一。解：ΔG°=-nFE°=-(2mol×96485C/mol×1.10V)=-212267J=-212.27kJ2.解析思路：光電轉(zhuǎn)換效率定義為產(chǎn)生的電能與接收到的光能之比。題目給出效率為15%，接收到的功率密度為1000W/m2（即單位面積每秒接收到的光能為1000焦耳）。根據(jù)效率公式，計算單位面積每秒產(chǎn)生的電能，即為所求的電功率。注意效率單位換算（百分比換算成小數(shù)）。解：電功率=光功率密度×光電轉(zhuǎn)換效率=1000W/m2×15%=1000W/m2×0.15=15