2025年大四（氫能科學(xué)與工程）氫能制備技術(shù)期末試題

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，請(qǐng)將正確答案填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.以下哪種制氫方法不屬于化石燃料制氫？（）A.天然氣重整制氫B.煤制氫C.水電解制氫D.石油煉制制氫2.天然氣蒸汽重整制氫過程中，主要發(fā)生的反應(yīng)是（）A.CH?+H?O→CO+3H?B.CO+H?O→CO?+H?C.以上兩個(gè)反應(yīng)都有D.以上都不對(duì)3.煤制氫過程中，煤氣化的主要目的是（）A.將煤轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料B.提高煤的含氫量C.去除煤中的雜質(zhì)D.以上都是4.水電解制氫的效率主要取決于（）A.電極材料B.電解液濃度C.電流密度D.以上都是5.以下哪種催化劑常用于天然氣蒸汽重整制氫？（）A.鐵系催化劑B.鎳系催化劑C.鉑系催化劑D.銅系催化劑6.太陽(yáng)能光解水制氫的關(guān)鍵技術(shù)是（）A.高效光催化劑的開發(fā)B.太陽(yáng)能收集系統(tǒng)C.氫氣分離與儲(chǔ)存技術(shù)D.以上都是7.生物質(zhì)制氫的優(yōu)點(diǎn)不包括（）A.可再生B.低污染C.成本低D.資源豐富8.甲醇裂解制氫的反應(yīng)方程式為（）A.CH?OH→CO+2H?B.2CH?OH→CO?+2H?C.CH?OH→C+2H?+H?OD.以上都不對(duì)9.工業(yè)上大規(guī)模制氫主要采用（）A.水電解制氫B.化石燃料制氫C.生物質(zhì)制氫D.太陽(yáng)能光解水制氫10.以下哪種制氫方法的氫氣純度最高？（）A.水電解制氫B.天然氣重整制氫C.煤制氫D.甲醇裂解制氫第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共20分）（總共5空，每空分，請(qǐng)將答案填在橫線上）1.氫能制備技術(shù)主要包括化石燃料制氫、______、太陽(yáng)能光解水制氫、生物質(zhì)制氫等。2.天然氣蒸汽重整制氫的主要原料是______。3.水電解制氫的電極反應(yīng)中，陽(yáng)極發(fā)生______反應(yīng)。4.太陽(yáng)能光解水制氫常用的光催化劑有______等。5.生物質(zhì)制氫可通過______、氣化等方式實(shí)現(xiàn)。三、簡(jiǎn)答題（共20分）（總共4題，每題5分）1.簡(jiǎn)述天然氣蒸汽重整制氫的工藝流程。2.說明水電解制氫的原理。3.太陽(yáng)能光解水制氫面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？4.生物質(zhì)制氫有哪些優(yōu)點(diǎn)？四、材料分析題（共15分）閱讀以下材料：近年來，隨著對(duì)氫能的重視和需求增加，氫能制備技術(shù)得到了快速發(fā)展。某研究團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)一種新型的太陽(yáng)能光解水制氫系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了一種新型的光催化劑，能夠在可見光下高效地催化水分解產(chǎn)生氫氣。通過一系列實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)該光催化劑的活性和穩(wěn)定性都優(yōu)于傳統(tǒng)的光催化劑。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，還面臨著一些問題，如光催化劑的負(fù)載量、反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱效率等。請(qǐng)回答以下問題：1.新型太陽(yáng)能光解水制氫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是什么？（5分）2.該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中面臨哪些挑戰(zhàn)？（5分）3.針對(duì)這些挑戰(zhàn)，你認(rèn)為可以采取哪些改進(jìn)措施？（5分）五、論述題（共15分）論述氫能制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)未來能源結(jié)構(gòu)的影響。答案：一、選擇題1.C2.C3.D4.D5.B6.D7.C8.A9.B10.A二、填空題1.水電解制氫2.天然氣3.氧化4.TiO?（答案不唯一）5.發(fā)酵三、簡(jiǎn)答題1.天然氣蒸汽重整制氫工藝流程：首先天然氣與水蒸氣混合進(jìn)入重整爐，在高溫和催化劑作用下發(fā)生重整反應(yīng)生成合成氣（主要成分是CO和H?）；然后合成氣進(jìn)入變換爐，使CO與水蒸氣進(jìn)一步反應(yīng)生成更多氫氣和CO?；接著通過凈化裝置去除CO?、硫化物等雜質(zhì)，得到較為純凈的氫氣。2.水電解制氫原理：在電解槽中，水在直流電作用下發(fā)生分解反應(yīng)。陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，水失去電子生成氧氣和氫離子；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子得到電子生成氫氣。3.太陽(yáng)能光解水制氫面臨的主要挑戰(zhàn)：光催化劑的效率和穩(wěn)定性有待提高，以實(shí)現(xiàn)高效、持久的光催化反應(yīng)；反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱效率較低，影響氫氣的產(chǎn)生速率和產(chǎn)量；太陽(yáng)能的間歇性和不穩(wěn)定性，需要解決儲(chǔ)能等問題，確保穩(wěn)定的制氫過程。4.生物質(zhì)制氫優(yōu)點(diǎn)：生物質(zhì)資源豐富且可再生，來源廣泛；制氫過程相對(duì)低污染，對(duì)環(huán)境友好；可實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)利用，有助于減少碳排放。四、材料分析題1.新型太陽(yáng)能光解水制氫系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于采用新型光催化劑，能在可見光下高效催化水分解產(chǎn)生氫氣，且光催化劑的活性和穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)光催化劑。2.實(shí)際應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)有：光催化劑負(fù)載量問題，可能影響催化效率；反應(yīng)體系傳質(zhì)和傳熱效率低，不利于氫氣產(chǎn)生速率和產(chǎn)量。3.改進(jìn)措施：優(yōu)化光催化劑負(fù)載方式和量，提高催化效果；改進(jìn)反應(yīng)體系結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)傳質(zhì)和傳熱效率，比如采用更高效的反應(yīng)器設(shè)計(jì)等。五、論述題氫能制備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：多種制氫技術(shù)相互融合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高制氫效率和降低成本；更加注重可再生能源制氫，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等與水電解制氫結(jié)合，減少對(duì)化石燃料依賴；制氫技術(shù)朝著規(guī)?；?、高效