一模-實驗化工(廣州、佛山、汕頭)和電化學技術在新能源中的利用

（2010年廣州一模第30題）.某研究小組測定菠菜中草酸及草酸鹽含量(以C2O42-計)，實驗步驟如下:①將菠菜樣品預處理后,熱水浸泡,過濾得到含有草酸及草酸鹽的溶液。②調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，滴加足量CaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀；加人足量醋酸，使CaCO3溶解；過濾得到CaC2O4固體。③用稀HCl溶解CaC2O4，并加水配制成100mL溶液。每次準確移取取25.00mL該溶液,用0.0100mol·L-1KMnO4標準溶液滴定,平均消耗標準溶液VmL?；卮鹣铝袉栴}:(1)步驟①中“樣品預處理”的方法是。(A.灼燒成灰B.研磨成汁)(2)步驟②中“調(diào)節(jié)溶液的酸堿性”至。(A.弱堿性B.弱酸性C.中性)驗證CaCl2溶液已“足量”的操作和現(xiàn)象是：(3)步驟③中用到的玻璃儀器除燒杯、錐形瓶、膠頭滴管、玻璃棒外,還有。(4)經(jīng)計算，該菠菜樣品中C2O42-的總物質(zhì)的量為，若樣品的質(zhì)量為mg，則菠菜中草酸及草酸鹽(以C2O42-計)的質(zhì)量分數(shù)為，（已知：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，C2O42-的的摩爾質(zhì)量為88g·mol-1)【答案】（1）B（若填出具體處理方法，可得分）（2）A（或C）。（只要填了B就不得分）靜置，待上層溶液澄清后滴入CaCl2溶液，不出現(xiàn)渾濁。（3）酸式滴定管、100mL容量瓶（多填“移液管”不扣分）（4）V×10-4mol；（2010年廣州一模第31題）二甲醚(CH3OCH3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用。工業(yè)上以C0和H2為原料生產(chǎn)CH30CH3的新工藝主要發(fā)生三個反應:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-91KJ·mol-1②2CH30H(g)CH30CH3(g)+H20(g)△H2=-24KJ·mol-1③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=-41KJ·mol-1回答下列問題:(1)新工藝的總反應為:3CO(g)+3H2O(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H該反應△H=，平衡常數(shù)表達式K=(2)增大壓強，CH30CH3的產(chǎn)率(填“增大”、“減小”或“不變”)。(3)原工藝中反應①和反應②分別在不同的反應器中進行，無反應③發(fā)生。新工藝中反應③的發(fā)生提高了CH30CH3的產(chǎn)率,原因是。(4)為了尋找合適的反應溫度，研究者進行了一系列試驗,每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變，試驗結果如圖12。CO轉化率隨溫度變化的規(guī)律是，其原因是。【答案】（1）①－247kJ.mol－1②（2）增大（3）反應③消耗了反應②中的產(chǎn)物H2O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動，從而提高CH3OCH3的產(chǎn)率。（4）溫度低于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而減小。在較低溫時，各反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，各反應體系均已達到平衡，CO的轉化率主要受反應限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減小。（2010年廣州一模第32題）新型凈水劑高鐵酸鉀(K2FeO4)為暗紫色固體,可溶于水,在中性或酸性溶液中逐漸分解,在堿性溶液中穩(wěn)定。工業(yè)上制備K2FeO4的常用方法有兩種。方法Ⅰ:次氯酸鹽氧化法。工藝流程如圖13。(1)完成“氧化”過程中反應的化學方程式：其中氧化劑是(填化學式)。(2)“轉化”過程中發(fā)生反應的化學方程式為(3)上述工藝得到的高鐵酸鉀常含有雜質(zhì)，可用重結晶法提純，操作是：將粗產(chǎn)品用溶解，然后方法Ⅱ:電解法。以鐵為陽極電解氫氧化鈉溶液,然后在陽極液中加人KOH。(4)電解時陽極發(fā)生反應生成FeO42-,該電極反應方程式為【答案】（1）2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2ONaClO（2）Na2FeO4+2KOH＝K2FeO4+2NaOH（3）稀KOH溶液，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結晶。（4）Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O30．（16分）某同學想通過下圖裝置（夾持裝置已略去）實驗，探究SO2與Na2O2反應的產(chǎn)物。Ⅰ．裝置B的作用。裝置D的作用。Ⅱ．如何檢驗反應中是否有O2生成。Ⅲ．對C中固體產(chǎn)物提出如下假設：假設1：只有Na2SO3假設2：只有Na2SO4假設3：。（1）假設2的反應方程式為。（2）若Na2O2反應完全，為確定C中固體產(chǎn)物的成分，甲設計如下實驗：C中的固體配成溶液C中的固體配成溶液加Ba(NO3)2溶液沉淀不溶解白色沉淀加足量稀HNO3得出結論：產(chǎn)物是Na2SO4。該方案是否合理（填“是”或“否”），理由是。（3）設計實驗驗證假設3：取少量C中固體產(chǎn)物于試管中，加入適量的蒸餾水溶解，，則假設3成立。30．（16分）Ⅰ．B：干燥SO2氣體，防止較多的水蒸氣與Na2O2反應……（2分）D：防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入C裝置與Na2O2反應；同時吸收過量的SO2，以免污染空氣?！?分）Ⅱ．用帶用余燼的木條靠近干燥管口a，觀察其是否燃燒。…（2分）Ⅲ．有Na2SO3和Na2SO4……（1分）（1）Na2O2+SO2=Na2SO4……（2分）（2）否………（1分）HNO3有氧化性，據(jù)此不能確定產(chǎn)物是Na2SO3還是Na2SO4或二者兼有?！?分）（3）先加入過量的稀鹽酸，產(chǎn)生剌激性氣味氣體，再加入適量的BaCl2溶液，又產(chǎn)生白色沉淀。（或先加入過量BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀；再加入過量的稀鹽酸，白色沉淀部分溶解，并產(chǎn)生剌激性氣味氣體。）……（試劑的選擇和實驗現(xiàn)象各2分共4分）31．（16分）某實驗室對煤矸石的綜合利用課題展開如下探究：【資料檢索】①煤矸石主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3。②(1≤n≤5，m≤10)?！咎骄克悸贰坑妹喉肥癁樵希捎娩X鹽水解絮凝法，可制得?！咎骄繉嶒灐俊窘涣饔懻摗浚?）用濃鹽酸配20%的鹽酸所需的玻璃儀器有：_____________________________。（2）加20%的鹽酸酸浸，有關的離子方程式為_____________________。（3）殘渣2的主要成分是，設計實驗證明你的結論（填“操作”、“現(xiàn)象”）：。（4）從澄清的PAC稀溶液獲得聚合氯化鋁固體，該實驗操作是 ，得到PAC粗產(chǎn)品中可能含有雜質(zhì)離子是 。（5）從不引入雜質(zhì)去考慮，調(diào)節(jié)溶液的pH可改為_________（填序號）。A．NaOHB．Al C．氨水 D．Al2O331．（16分）（1）量筒、燒杯、玻璃棒…………………（各1分共3分）（2）Al2O3+6H+＝2Al3++3H2OFe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O………………（各2分共4分）（3）Fe(OH)3…………（2分）取少量殘渣2于小試管中，加入稀鹽酸使其完全溶解，再加入KSCN溶液，溶液呈（血）紅色。………（2分）（4）蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶………………（2分答蒸發(fā)結晶也給分）Ca2+……………（1分）（5）BD…（1個1分2分，有錯得0分）30．(16分)鉻是人體必需元素，如含量不足會影響糖類和脂類的代謝，過高則會引起急性中毒。有關含鉻化合物的相互轉化關系如下回答下列問題：（1）上述反應中需用氧化劑的是（填編號）。（2）工業(yè)上處理含Cr2O72-的廢水時，一般將劇毒的Cr2O72-轉化為Cr3+,以碳為陰極，鐵作陽極，電解處理含NaCl、Cr2O72-的酸性廢水。寫出電極反應和溶液中進行的反應的離子方程式:陽極陰極溶液中（3）反應⑤是可逆反應，在Na2CrO4溶液中加入稀硫酸，溶液由黃色逐漸變成橙色，寫出該反應的離子方程式。（4）已知Ag2CrO4和AgCl的Ksp分別為9.0×10－12、1.56×10－10，向含有相同濃度的Na2CrO4和NaCl的混合溶液中逐滴加入硝酸銀溶液，首先生成的沉淀是。（5）要將Fe3+溶液中的雜質(zhì)離子Cr3+除去，可加入過量NaOH溶液，過濾后再用酸溶解。寫出有關的離子方程式。30．(16分)（1）④、⑧（2分）（2）陽極：Fe-2e-==Fe2+(1分)；陰極：2H++2e==H2↑(1分)溶液中：6Fe2++Cr2O72-+14H+==6Fe3++2Cr3++7H2O（2分）（3）2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O（2分）（4）AgCl（2分）（5）Cr3++4OH-==CrO2-+2H2O(2分)Fe3++3OH-==Fe(OH)3↓(2分)Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O(2分)32．（16分）某溶液中可能含有SO32-、SO42-、HCO3-三種離子中的兩種或三種。為探究其組成，小明取出兩份相同的樣品溶液于試管中，向一份中加入過量的鹽酸，產(chǎn)生無色氣泡；向另一份中滴加過量的氯化鋇溶液，產(chǎn)生白色沉淀。請設計合理實驗，做進一步的探究，對小明的實驗給出結論。僅限選擇的儀器、用品和試劑：燒杯、試管、玻璃棒、膠頭滴管、量筒、集氣瓶、鐵架臺、漏斗、濾紙、酒精燈、帶單孔膠塞的導管；lmol/L硫酸；2mol/L鹽酸；2mol/L硝酸、；lmol/L氯化鋇、澄清石灰水、品紅溶液、蒸餾水。完成下列探究過程：（1）提出假設：假設l：溶液中存在SO32-、SO42-假設2：；假設3：；假設4：溶液中存在SO32-、SO42-、HCO3-（2）基于假設4,設計出實驗方案，將實驗操作、預期的實驗現(xiàn)象和結論填在下表中。[提示]I、在答題卡上按照下表的方式作答，注意前后內(nèi)容的對應。Ⅱ、注意文字簡潔，超出答題卡空間視為無效。III、可不填滿，也可增加步驟。步驟編號實驗操作預期現(xiàn)象和結論①②③④………………32．（16分）（1）假設2：溶液中存在SO32-和HCO3-（2分）假設3：溶液中存在HCO3-和SO42-（2和3順序不限）(2分）（2）（12分）（按表中注明的答題要點給分）步驟編號實驗操作預期現(xiàn)象和結論①用膠頭滴管取少量溶液加入試管A中，再用滴管取過量的lmol/L氯化鋇溶液并滴入其中，充分反應后，靜置，然后過濾，將沉淀和濾液分別裝入另外的兩個試管B、C中（4分）產(chǎn)生白色沉淀，說明原溶液中含有SO42-或SO32-或兩者都有（2分）②往裝有沉淀的試管B中加入過量的2mol/L鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入品紅溶液（2分）沉淀部分溶解,并產(chǎn)生氣體.品紅褪色，說明原溶液中一定含有SO42-和SO32-（2分）③往裝有濾液的試管C中加入2mol/L鹽酸；或加入澄清石灰水（1分）出現(xiàn)無色氣泡。或澄清溶液變渾濁，說明原溶液中含有HCO3-（1分）其它方案合理給分

電化學技術在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進社會經(jīng)濟的發(fā)展而不停地進行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經(jīng)濟發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來看,能源問題已成為社會經(jīng)濟發(fā)展中一個具有戰(zhàn)略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要標志,能源問題對社會經(jīng)濟發(fā)展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規(guī)能源和新能源兩大類.常規(guī)能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì)能,核能,風能,地熱能,海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質(zhì)能,風能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎,是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲量不多.據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲量和使用量統(tǒng)計,世界上煤,石油和天然氣的儲采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴峻,據(jù)2002年統(tǒng)計,中國煤,石油和天然氣的儲采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時間能使用化石能源.隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長,對能源的需求也持續(xù)攀升.我國一次能源消費總量從1978年的5.3億噸標準煤,上升到2002年的14.3億噸.據(jù)估計,我國在2004,2020和2050年的石油消費量達3,4.5和6億噸,其中進口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進口量相當于目前美國的石油進口量,這不但會制約我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,而且對國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴重環(huán)境污染和氣候異常化石燃料造成嚴重環(huán)境污染和氣候異?；剂系氖褂靡鸬沫h(huán)境污染,排放的CO2會造成溫室效應,使全球氣候變暖.有關機構已向聯(lián)合國發(fā)出警告,如再不對CO2的排放采取嚴厲措施,在10年內(nèi),世界的氣候將產(chǎn)生不可逆轉的變化.我國的環(huán)境污染問題更是日趨嚴重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計到2025年,將位居第一.在本世紀初聯(lián)合國關于環(huán)境污染的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)在世界上十個環(huán)境污染最嚴重的城市中,七個在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟南和石家莊.4.21世紀世界能源發(fā)展趨勢世紀世界能源發(fā)展趨勢(1)節(jié)能技術將備受重視節(jié)能技術將備受重視節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費.目前節(jié)能技術水平已是一個國家能源利用情況的綜合性指標,也是一個國家總體科學技術水平的重要標志.許多研究報告指出,依靠節(jié)能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發(fā)達國家的5-10倍,因此更應重視節(jié)能技術,我國應該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革據(jù)預測,20世紀形成的以化石燃料為主的世界能源系統(tǒng)將在21世紀轉換成以可再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在20世紀末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員會(WEC)和國際應用分析系統(tǒng)研究所的研究報告認為,在20世紀上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀下半葉,太陽能,生物質(zhì)能,風能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲量較少,而煤炭儲量相對較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀上半葉受到重視.主要發(fā)展的技術是潔凈煤技術,煤液化和汽化技術.(4)新化石能源的開發(fā)將得到強化新化石能源的開發(fā)將得到強化近年來發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發(fā)已經(jīng)受到特別的關注.據(jù)估計,世界甲烷水合物的儲量可能超過石油,天然氣和煤炭儲量的總和.因此,甲烷水合物作為儲量巨大的未開發(fā)能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進一步得到重視核能的利用將進一步得到重視據(jù)國際原子能機構統(tǒng)計,在20世紀末,全世界運行的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個國家,近年來,由于擔心核電站運轉的安全性,核廢料對環(huán)境的影響和核技術擴散對世界安全性的影響,核能的發(fā)展在發(fā)達國家已有下降趨勢,但在亞洲地區(qū)仍有強勁的增加趨勢,我國準備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關心的技術,因為在海水中大約有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術在21世紀能得到應用,在21世紀末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴重的環(huán)境污染和氣候異常,人們對新能源的開發(fā)越來越重視.其中水力能,地熱能,海洋能和風能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關注.二.生物質(zhì)能的利用1.生物質(zhì)能的優(yōu)點.(1)生物質(zhì)來源豐富地球上每年生長的生物質(zhì)總量約14001800億噸,相當于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質(zhì)能也極為豐富,可作為能源開發(fā)的生物質(zhì)能總量可達4.5億噸標準煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此,生物質(zhì)能的高效,規(guī)?；每捎行Ь徑馐澜缒茉垂┬杳?(2)生物質(zhì)能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術成熟,但效率低.(b)生物轉化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取醇類.生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術基本成熟,但生產(chǎn)成本較高.生物質(zhì)制沼氣技術相當成熟.2002年全國已建1300多萬個沼氣池.(c)光熱轉化.通過氣化,裂解,光催化等技術,獲得氣,液體燃料來發(fā)電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng)甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優(yōu)點.(3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少由于生物質(zhì)利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環(huán)境吸收的,所以生物質(zhì)能的利用過程不排放額外的CO2,而對環(huán)境污染少.生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可利用生物質(zhì)熱解汽化技術處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃氣,實現(xiàn)垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質(zhì)能利用的問題2.生物質(zhì)能利用的問題生物質(zhì)能利用的缺點主要是生物質(zhì)分布廣,大面積收集成本高,經(jīng)濟的收集半徑在50公里以內(nèi),只適合建立小型,分散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉換系統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效率就不能獲得好的經(jīng)濟效益,這是生物質(zhì)能至今未能實現(xiàn)規(guī)?；瘧玫年P鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)模化利用是迫切需要解決的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優(yōu)點太陽能的優(yōu)點(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內(nèi)部不停地進行熱核反應,釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時,相當于74萬噸標準煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發(fā)太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發(fā)電等.(b)太陽能發(fā)電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術從水或生物質(zhì)中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發(fā)展很快,據(jù)1997年的數(shù)據(jù),全球太陽能發(fā)電量已達800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已有300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng)不但可供應清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達25年.太陽能的熱利用發(fā)展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產(chǎn)值已達60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發(fā)太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉換效率,其次是降低成本,這對我國特別重要,目前我國生產(chǎn)太陽能電池的能力已達幾百兆瓦,但由于價格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術,如光催化和光電催化制氫技術還沒成熟,沒有達到實用化的階段,應該抓緊這方面的研究和發(fā)展.四.氫能的利用1.氫能的優(yōu)點氫能的優(yōu)點(1)氫是自然界儲量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規(guī)模生產(chǎn).(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發(fā)電,通過燃料電池發(fā)電等.2.對氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會.2003年在華盛頓召開15個國家和地區(qū)參加的"國際氫能經(jīng)濟合作伙伴"會議.冰島計劃用40年時間將冰島建成"氫社會".布什將投資120億美元來促進氫能源的發(fā)展.過去5年,工業(yè)化國家在氫能開發(fā)領域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進入氫能時代已成為近年來的熱門話題,21世紀將是氫能世紀.布什舉著使用氫燃料的照相機我國對發(fā)展氫能經(jīng)濟也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經(jīng)濟合作伙伴"會議.2004和2005舉辦了兩次關于氫能經(jīng)濟的中美雙邊會議.今年一月,中國科學院院士局召開了關于"石油替代能源"的研討會,主要討論石油資源可持續(xù)性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價格氫的制備,儲存和運輸中的價格問題,是影響走進氫能時代的很關鍵的問題.要降低其價格,必須形成氫的制備,儲存和運輸?shù)木W(wǎng)絡.(2)廉價清潔的制氫技術問題(2)廉價清潔的制氫技術問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價清潔的制氫技術是各國科學家共同關心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術成熟,但要造成環(huán)境污染.(b)電解水制氫:技術成熟,但耗能多,價格高.一般每生產(chǎn)1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉化率不到32%.(c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可儲存,碳循環(huán)等優(yōu)點,從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效率低.(d)生物制氫:國內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌株工作進展不快,制氫效率低.(e)風能制氫:用風能發(fā)電來電解水產(chǎn)生氫,技術上沒有問題,降低成本和風能發(fā)電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎研究階段,離商業(yè)化還有較遠的距離.(3)氫的儲運問題(3)氫的儲運問題氫的儲運技術主要解決儲運的安全性和成本,現(xiàn)在由于儲運技術不過關,因此浪費了許多氫.許多工業(yè)過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由于儲運技術的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標立方米以上.因此解決氫的儲運問題也是走進氫能時代的一個很關鍵的問題.目前氫的儲運還有很大問題.(a)高壓儲氫:儲氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲氫:很不方便,儲氫設備大,蒸發(fā)損失大.(c)吸附儲氫:這是目前的研究熱點,但儲氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲氫在3%,但儲放不可逆.熱門一時的納米碳管儲氫也已沒有了希望,最終的儲氫量也只有1%左右.(e)化合物儲氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴重,各國對燃料電池的研究十分重視.美國《時代周刊》把燃料電池列為21世紀十大高新科技之首,燃料電池已被認為是21世紀極具應用前景的一種新型能源系統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點,而且燃料電池的發(fā)展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經(jīng)真正商品化,因此,燃料電池何時才能商品化是一個與氫能利用密切相關的問題.4.反對氫能的意見4.反對氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達15%.泄漏的氫會在大氣形成水霧,它會象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現(xiàn)在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會產(chǎn)生很大的不安全性,手機等的火花就會使泄漏的氫發(fā)生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地熱和水電站產(chǎn)生的.(5)氫的清潔生產(chǎn)要用風能和太陽能.據(jù)估計,如用風能發(fā)電制氫,當風能發(fā)電量達到美國6%的用電量,風能發(fā)電機要占的面積要有半個加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費大于氫燃料的研究經(jīng)費.美國推行"健康婚姻"的預算就有150億美元.美國用于伊拉克戰(zhàn)爭的經(jīng)費每月390億美元.(7)氫燃料電池價格昂貴.目前內(nèi)燃機成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優(yōu)點.(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉換系統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉化產(chǎn)生的氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進氫能的利用.(3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制,小型燃料電池同樣能夠實現(xiàn)高效發(fā)電,適合于生物質(zhì)分散性的特點.2.燃料電池定義燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接以電化學反應的方式將燃料的化學能轉變成電能的裝置,只要連續(xù)供應燃料,燃料電池就能連續(xù)發(fā)電.3.原理陽極反應:H2=2H++2e陰極反應:1/2O2+2H++2e=H2O總的反應:H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動力源優(yōu)點:比能量和比功率高缺點:對CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車動力源優(yōu)點:穩(wěn)定性好,已有商品生產(chǎn)缺點:用貴金屬作催化劑,價格高.(3)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車和潛艇等的動力源優(yōu)點:比能量和比功率高,壽命長,應用范圍廣缺點:對CO敏感,價格高,800美元/千瓦,而內(nèi)燃機50美元/千瓦.氫源問題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含硫酸的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:可移動的小型電子儀器設備動力源優(yōu)點:比能量高,體積小問題:Pt對甲醇氧化電催化效率低,易被甲醇氧化中間產(chǎn)物毒化,甲醇會透過質(zhì)子交換膜.(5)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)陽極:催化劑:Ni,燃料:氫陰極:催化劑:NiO,氧化劑:氧電解液:熔融碳酸鹽(NaCO3-LiCO3)工作溫度:600oC用途:發(fā)電站優(yōu)點:反應溫度高,不需貴金屬催化劑.可用含CO的燃料氣.壽命長.能量轉換率高,可達80%.問題:高溫下,電解液會腐蝕電極材料.壽命2萬小時,商業(yè)上要4萬小時.(6)固體氧化物燃料電池(SOFC)固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極:催化劑:NiZrO2,燃料:甲烷,氫陰極:催化劑:NaCrO4等,氧化劑:氧電解液:ZrO2,CeO2等工作溫度:900oC用途:發(fā)電站優(yōu)點:不需貴金屬催化劑.壽命長.可用各種燃料氣.抗中毒能力強.能量轉換率最高,可達80%以上.問題:高溫下,密封困難,放大困難.價格高.5.PEMFC發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀(1)世界各國對世界各國對PEMFC的重視世界各國對的重視近十年來,近十年來,PEMFC技術的研究開發(fā)受到技術的研究開發(fā)受到許多國家的政府和跨國大公司的極大重視,許多國家的政府和跨國大公司的極大重視,已出現(xiàn)許多PEMFC電動車樣車.電動車樣車.已出現(xiàn)許多電動車樣車我國計劃,年奧運會期間,我國計劃,到2008年奧運會期間,將有我年奧運會期間國生產(chǎn)的燃料電池電動車會小批量,國生產(chǎn)的燃料電池電動車會小批量,示范性地行駛在街頭.性地行駛在街頭.年世博會期間,輛燃料電池公交到2010年世博會期間,20輛燃料電池公交年世博會期間輛燃料電池出租車,車,300輛燃料電池出租車,1000輛電動輛燃料電池出租車輛電動汽車以及一批燃料電池場地車和郵政車都將投入運行,屆時,上海將建成5座加氫將投入運行,屆時,上海將建成座加氫站來滿足這些車輛對氫燃料的需求對氫燃料的需求.站來滿足這些車輛對氫燃料的需求.(2