2025年大学氢能科学与工程（氢能利用）试题及答案.doc

2025年大学氢能科学与工程（氢能利用）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
每题只有一个正确答案，请将正确答案填在题后的括号内。(总共8题，每题5分)
1. 以下关于氢能的特点，说法错误的是（ ）
A. 能量密度高
B. 清洁无污染
C. 储存和运输方便
D. 可再生
2. 制取氢气的方法有多种，其中通过水煤气变换反应制氢的化学方程式是（ ）
A. C + H₂O = CO + H₂
B. CO + H₂O = CO₂ + H₂
C. CH₄ + H₂O = CO + 3H₂
D. 2H₂O = 2H₂ + O₂
3. 下列哪种催化剂常用于水电解制氢（ ）
A. 铁催化剂
B. 铂催化剂
C. 镍催化剂
D. 二氧化锰催化剂
4. 氢气作为燃料电池的燃料，其电极反应中，在阳极发生的是（ ）
A. 氢气得电子反应
B. 氢气失电子反应
C. 氧气得电子反应
D. 氧气失电子反应
5. 储氢材料中，金属有机框架材料（MOFs）储氢的原理主要是（ ）
A. 物理吸附
B. 化学吸附
C. 离子交换
D. 包络作用
6. 以下哪种氢气储存方式适合大规模、长周期储存（ ）
A. 高压气态储氢
B. 低温液态储氢
C. 固态储氢
D. 有机液体储氢
7. 氢能在交通运输领域应用时，氢燃料电池汽车的能量转化效率一般在（ ）
A. 30% - 40%
B. 40% - 50%
C. 50% - 60%
D. 60% - 70%
8. 从氢能产业链来看，以下属于氢能应用环节的是（ ）
A. 氢气制取
B. 氢气储存
C. 燃料电池发电
D. 氢气运输

第II卷（非选择题，共60分）
9. 简答题：简述氢能作为未来能源的优势以及面临哪些挑战。(10分)
10. 计算题：在一定条件下，利用太阳能光解水制氢，若要制取10kg氢气，理论上需要多少千克的水？(15分)
11. 论述题：阐述氢燃料电池的工作原理，并说明其在不同领域应用的前景。(15分)
12. 材料分析题：阅读材料：目前，氢能在全球范围内的发展迅速，但在成本、基础设施建设等方面仍面临诸多问题。例如，氢气制取成本较高，主要原因在于制氢技术的能耗较大以及原材料价格等因素。在氢气储存方面，高压气态储氢存在安全隐患，低温液态储氢成本高昂，固态储氢技术尚不完善。氢气运输也面临管道铺设成本高、运输过程中损耗等问题。请结合材料分析氢能发展面临的主要问题，并提出相应的解决措施。(10分)
13. 设计题：设计一个基于氢能利用的分布式能源系统，说明该系统的组成部分、工作流程以及优势。(20分)

答案：
1. C
2. B
3. C
4. B
5. A
6. C
7. B
8. C
9. 优势：能量密度高；清洁无污染，燃烧产物仅为水；可再生，可由水制取。挑战：制取成本高；储存和运输困难；基础设施不完善。
10. 设需要水的质量为x。根据化学方程式2H₂O = 2H₂ + O₂，可得18×2/x = 2×2/10kg，解得x = 90kg。
11. 工作原理：氢燃料电池以氢气和氧气为燃料，通过电极催化剂的作用，氢气在阳极失去电子变成氢离子，氢离子通过电解质传递到阴极与氧气结合生成水，同时产生电流。应用前景：在交通运输领域可实现零排放，提高能源利用效率；在分布式发电领域可提供稳定的电力；在储能领域可作为高效的储能方式。
12. 问题：制取成本高，储存有安全隐患且成本高、技术不完善，运输成本高和有损耗。措施：研发高效低成本制氢技术；改进储存技术，如发展新型固态储氢材料；建设氢气管道网络，优化运输方式。
13. 组成部分：包括太阳能光伏板制氢装置、储氢设备、燃料电池发电装置。工作流程：太阳能光伏板将太阳能转化为电能用于电解水制氢，氢气储存起来，在需要时通过燃料电池发电。优势：实现能源的自给自足，减少对传统能源的依赖，提高能源利用效率，降低环境污染。