一模-实验化工(广州、佛山、汕头)和电化学技术在新能源中的利用

（2010年广州一模第30题）.某研究小组测定菠菜中草酸及草酸盐含量(以C2O42-计)，实验步骤如下:①将菠菜样品预处理后,热水浸泡,过滤得到含有草酸及草酸盐的溶液。②调节溶液的酸碱性，滴加足量CaCl2溶液，产生白色沉淀；加人足量醋酸，使CaCO3溶解；过滤得到CaC2O4固体。③用稀HCl溶解CaC2O4，并加水配制成100mL溶液。每次准确移取取25.00mL该溶液,用0.0100mol·L-1KMnO4标准溶液滴定,平均消耗标准溶液VmL。回答下列问题:(1)步骤①中“样品预处理”的方法是。(A.灼烧成灰B.研磨成汁)(2)步骤②中“调节溶液的酸碱性”至。(A.弱碱性B.弱酸性C.中性)验证CaCl2溶液已“足量”的操作和现象是：(3)步骤③中用到的玻璃仪器除烧杯、锥形瓶、胶头滴管、玻璃棒外,还有。(4)经计算，该菠菜样品中C2O42-的总物质的量为，若样品的质量为mg，则菠菜中草酸及草酸盐(以C2O42-计)的质量分数为，（已知：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，C2O42-的的摩尔质量为88g·mol-1)【答案】（1）B（若填出具体处理方法，可得分）（2）A（或C）。（只要填了B就不得分）静置，待上层溶液澄清后滴入CaCl2溶液，不出现浑浊。（3）酸式滴定管、100mL容量瓶（多填“移液管”不扣分）（4）V×10-4mol；（2010年广州一模第31题）二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用。工业上以C0和H2为原料生产CH30CH3的新工艺主要发生三个反应: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回答下列问题:(1)新工艺的总反应为:3CO(g)+3H2O(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H该反应△H=，平衡常数表达式K=(2)增大压强，CH30CH3的产率(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)原工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生。新工艺中反应③的发生提高了CH30CH3的产率,原因是。(4)为了寻找合适的反应温度，研究者进行了一系列试验,每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变，试验结果如图12。CO转化率随温度变化的规律是，其原因是。【答案】（1）①－247kJ.mol－1②（2）增大（3）反应③消耗了反应②中的产物H2O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高CH3OCH3的产率。（4）温度低于240℃时，CO的转化率随着温度的升高而增大；温度高于240℃时，CO的转化率随着温度的升高而减小。在较低温时，各反应体系均未达到平衡，CO的转化率主要受反应速率影响，随着温度的升高反应速率增大，CO的转化率也增大；在较高温时，各反应体系均已达到平衡，CO的转化率主要受反应限度影响，随着温度的升高平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小。（2010年广州一模第32题）新型净水剂高铁酸钾(K2FeO4)为暗紫色固体,可溶于水,在中性或酸性溶液中逐渐分解,在碱性溶液中稳定。工业上制备K2FeO4的常用方法有两种。方法Ⅰ:次氯酸盐氧化法。工艺流程如图13。(1)完成“氧化”过程中反应的化学方程式：其中氧化剂是(填化学式)。(2)“转化”过程中发生反应的化学方程式为(3)上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质，可用重结晶法提纯，操作是：将粗产品用溶解，然后方法Ⅱ:电解法。以铁为阳极电解氢氧化钠溶液,然后在阳极液中加人KOH。(4)电解时阳极发生反应生成FeO42-,该电极反应方程式为【答案】（1）2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2ONaClO（2）Na2FeO4+2KOH＝K2FeO4+2NaOH（3）稀KOH溶液，然后加入饱和KOH溶液，冷却结晶。（4）Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O30．（16分）某同学想通过下图装置（夹持装置已略去）实验，探究SO2与Na2O2反应的产物。Ⅰ．装置B的作用。装置D的作用。Ⅱ．如何检验反应中是否有O2生成。Ⅲ．对C中固体产物提出如下假设：假设1：只有Na2SO3假设2：只有Na2SO4假设3：。（1）假设2的反应方程式为。（2）若Na2O2反应完全，为确定C中固体产物的成分，甲设计如下实验：C中的固体配成溶液C中的固体配成溶液加Ba(NO3)2溶液沉淀不溶解白色沉淀加足量稀HNO3得出结论：产物是Na2SO4。该方案是否合理（填“是”或“否”），理由是。（3）设计实验验证假设3：取少量C中固体产物于试管中，加入适量的蒸馏水溶解，，则假设3成立。30．（16分）Ⅰ．B：干燥SO2气体，防止较多的水蒸气与Na2O2反应……（2分）D：防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入C装置与Na2O2反应；同时吸收过量的SO2，以免污染空气。…………………（2分）Ⅱ．用带用余烬的木条靠近干燥管口a，观察其是否燃烧。…（2分）Ⅲ．有Na2SO3和Na2SO4……（1分）（1）Na2O2+SO2=Na2SO4……（2分）（2）否………（1分）HNO3有氧化性，据此不能确定产物是Na2SO3还是Na2SO4或二者兼有。…（2分）（3）先加入过量的稀盐酸，产生剌激性气味气体，再加入适量的BaCl2溶液，又产生白色沉淀。（或先加入过量BaCl2溶液，产生白色沉淀；再加入过量的稀盐酸，白色沉淀部分溶解，并产生剌激性气味气体。）……（试剂的选择和实验现象各2分共4分）31．（16分）某实验室对煤矸石的综合利用课题展开如下探究：【资料检索】①煤矸石主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3。②(1≤n≤5，m≤10)。【探究思路】用煤矸石为原料，采用铝盐水解絮凝法，可制得。【探究实验】【交流讨论】（1）用浓盐酸配20%的盐酸所需的玻璃仪器有：_____________________________。（2）加20%的盐酸酸浸，有关的离子方程式为_____________________。（3）残渣2的主要成分是，设计实验证明你的结论（填“操作”、“现象”）：。（4）从澄清的PAC稀溶液获得聚合氯化铝固体，该实验操作是 ，得到PAC粗产品中可能含有杂质离子是 。（5）从不引入杂质去考虑，调节溶液的pH可改为_________（填序号）。A．NaOHB．Al C．氨水 D．Al2O331．（16分）（1）量筒、烧杯、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）取少量残渣2于小试管中，加入稀盐酸使其完全溶解，再加入KSCN溶液，溶液呈（血）红色。………（2分）（4）蒸发浓缩，冷却结晶………………（2分答蒸发结晶也给分）Ca2+……………（1分）（5）BD…（1个1分2分，有错得0分）30．(16分)铬是人体必需元素，如含量不足会影响糖类和脂类的代谢，过高则会引起急性中毒。有关含铬化合物的相互转化关系如下回答下列问题：（1）上述反应中需用氧化剂的是（填编号）。（2）工业上处理含Cr2O72-的废水时，一般将剧毒的Cr2O72-转化为Cr3+,以碳为阴极，铁作阳极，电解处理含NaCl、Cr2O72-的酸性废水。写出电极反应和溶液中进行的反应的离子方程式:阳极阴极溶液中（3）反应⑤是可逆反应，在Na2CrO4溶液中加入稀硫酸，溶液由黄色逐渐变成橙色，写出该反应的离子方程式。（4）已知Ag2CrO4和AgCl的Ksp分别为9.0×10－12、1.56×10－10，向含有相同浓度的Na2CrO4和NaCl的混合溶液中逐滴加入硝酸银溶液，首先生成的沉淀是。（5）要将Fe3+溶液中的杂质离子Cr3+除去，可加入过量NaOH溶液，过滤后再用酸溶解。写出有关的离子方程式。30．(16分)（1）④、⑧（2分）（2）阳极：Fe-2e-==Fe2+(1分)；阴极：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-、HCO3-三种离子中的两种或三种。为探究其组成，小明取出两份相同的样品溶液于试管中，向一份中加入过量的盐酸，产生无色气泡；向另一份中滴加过量的氯化钡溶液，产生白色沉淀。请设计合理实验，做进一步的探究，对小明的实验给出结论。仅限选择的仪器、用品和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、胶头滴管、量筒、集气瓶、铁架台、漏斗、滤纸、酒精灯、带单孔胶塞的导管；lmol/L硫酸；2mol/L盐酸；2mol/L硝酸、；lmol/L氯化钡、澄清石灰水、品红溶液、蒸馏水。完成下列探究过程：（1）提出假设：假设l：溶液中存在SO32-、SO42-假设2：；假设3：；假设4：溶液中存在SO32-、SO42-、HCO3-（2）基于假设4,设计出实验方案，将实验操作、预期的实验现象和结论填在下表中。[提示]I、在答题卡上按照下表的方式作答，注意前后内容的对应。Ⅱ、注意文字简洁，超出答题卡空间视为无效。III、可不填满，也可增加步骤。步骤编号实验操作预期现象和结论①②③④………………32．（16分）（1）假设2：溶液中存在SO32-和HCO3-（2分）假设3：溶液中存在HCO3-和SO42-（2和3顺序不限）(2分）（2）（12分）（按表中注明的答题要点给分）步骤编号实验操作预期现象和结论①用胶头滴管取少量溶液加入试管A中，再用滴管取过量的lmol/L氯化钡溶液并滴入其中，充分反应后，静置，然后过滤，将沉淀和滤液分别装入另外的两个试管B、C中（4分）产生白色沉淀，说明原溶液中含有SO42-或SO32-或两者都有（2分）②往装有沉淀的试管B中加入过量的2mol/L盐酸，将产生的气体通入品红溶液（2分）沉淀部分溶解,并产生气体.品红褪色，说明原溶液中一定含有SO42-和SO32-（2分）③往装有滤液的试管C中加入2mol/L盐酸；或加入澄清石灰水（1分）出现无色气泡。或澄清溶液变浑浊，说明原溶液中含有HCO3-（1分）其它方案合理给分

电化学技术在新能源中的利用一.能源的概况1.能源的重要性1.能源的重要性自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色.从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用.2.能源的种类2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油,天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能,太阳能和氢能等.其中煤炭,石油,天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源.3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多.据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤,石油和天然气的储采比只有82,15和46年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的一段时间能使用化石能源.随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤,上升到2002年的14.3亿吨.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3,4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一.在本世纪初联合国关于环境污染的调查中,发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄.4.21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费.目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需求量降低2530%.我国在能源利用方面的效率很低,我国的能耗很高,是世界平均水平的2倍,发达国家的5-10倍,因此更应重视节能技术,我国应该充分重视化石能源的高效利用.(2)世界能源系统将发生重大变革世界能源系统将发生重大变革据预测,20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统.在20世纪末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为,在20世纪上半叶,化石燃料仍将是世界一次能源的主体,但到21世纪下半叶,太阳能,生物质能,风能等新能源将占世界能源的50%左右.(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少,而煤炭储量相对较多,因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视.主要发展的技术是洁净煤技术,煤液化和汽化技术.(4)新化石能源的开发将得到强化新化石能源的开发将得到强化近年来发现,在海洋300米深处有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的开发已经受到特别的关注.据估计,世界甲烷水合物的储量可能超过石油,天然气和煤炭储量的总和.因此,甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视.(5)核能的利用将进一步得到重视核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计,在20世纪末,全世界运行的核电站有436座,总发电量为3.5亿千瓦.这些电站主要分布在美,法,日,英,俄等31个国家,近年来,由于担心核电站运转的安全性,核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响,核能的发展在发达国家已有下降趋势,但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势,我国准备在今后几年内建造4座核电站.受控核聚变是一直受人们关心的技术,因为在海水中大约有23.4亿万吨氘,如受控核聚变技术在21世纪能得到应用,在21世纪末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的开发将越来越受到重视可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常,人们对新能源的开发越来越重视.其中水力能,地热能,海洋能和风能的可利用资源有限,因此,太阳能,生物质能和氢能的利用将倍受关注.二.生物质能的利用1.生物质能的优点.(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约14001800亿吨,相当于目前世界总能耗的10倍,我国的生物质能也极为丰富,可作为能源开发的生物质能总量可达4.5亿吨标准煤.加上生物质能可再生.因此,生物质能的高效,规模化利用可有效缓解世界能源供需矛盾.(2)生物质能可多途径利用(a)直接燃烧.其热能和蒸汽可发电,技术成熟,但效率低.(b)生物转化.包括制沼气和水解发酵制取醇类.生物质制甲醇和乙醇技术基本成熟,但生产成本较高.生物质制沼气技术相当成熟.2002年全国已建1300多万个沼气池.(c)光热转化.通过气化,裂解,光催化等技术,获得气,液体燃料来发电.(d)生物柴油.从油料植物提取植物油,经甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃烧效率高等优点.(3)生物质能利用的环境污染少由于生物质利用过程中释放的CO2是其生长过程通过光合作用从环境吸收的,所以生物质能的利用过程不排放额外的CO2,而对环境污染少.生物质能的利用还能降低污染.如可利用生物质热解汽化技术处理生活垃圾等,可得到以甲烷为主的燃气,实现垃圾的减量化,无害化,资源化.2.生物质能利用的问题2.生物质能利用的问题生物质能利用的缺点主要是生物质分布广,大面积收集成本高,经济的收集半径在50公里以内,只适合建立小型,分散的生物质能利用系统.而小型转换系统的效率低,不提高生物质能的利用效率就不能获得好的经济效益,这是生物质能至今未能实现规模化应用的关键问题之一.因此,如何在小型,分散体系实现能量的高效,清洁及规模化利用是迫切需要解决的问题.三.太阳能的利用1.太阳能的优点太阳能的优点(1)太阳能来源丰富太阳能来源丰富太阳能来源丰富是众所周知的,这似乎是一种用之不绝,取之不尽的能源.太阳内部不停地进行热核反应,释放出巨大的能量,辐射到地球上的能量只占起辐射总能量的极小部分,约1/22亿,但地球每年接收的太阳能至少有6×1017千瓦小时,相当于74万吨标准煤的能量.其中被植物吸收的仅占0.015%.可见,开发太阳能利用的潜力很大.(2)太阳能的使用没有污染问题太阳能的使用没有污染问题这也是众所周知的,太阳能的使用基本上没有污染问题.(3)太阳能可多途径利用太阳能可多途径利用(a)太阳能的热利用.如太阳能热水器,太阳灶,太阳能蓄热池发电等.(b)太阳能发电.如太阳能电池和光电池.(c)光催化和光电催化制氢.主要用这两种技术从水或生物质中制得氢气.2.太阳能利用的概况太阳能利用的概况近年来,太阳能的利用发展很快,据1997年的数据,全球太阳能发电量已达800兆瓦.到2000年,日本已有7万个住宅用上太阳能电池,美国和欧盟计划在2010年前安装100万套太阳能电池.特别是把太阳能电池与屋顶瓦结合成光电发电系统,目前欧洲已有300套,年发电量为1亿千瓦.这种系统不但可供应清洁能源,而且美观耐用,寿命可达25年.太阳能的热利用发展更快.特别在我国,太阳能热水器的年产值已达60多亿元,居世界首位.3.太阳能利用的问题太阳能利用的问题开发太阳能利用的主要问题是如何提高太阳能的转换效率,其次是降低成本,这对我国特别重要,目前我国生产太阳能电池的能力已达几百兆瓦,但由于价格高,基本上都销往国外.第三,一些技术,如光催化和光电催化制氢技术还没成熟,没有达到实用化的阶段,应该抓紧这方面的研究和发展.四.氢能的利用1.氢能的优点氢能的优点(1)氢是自然界储量最丰富的元素.(2)氢是除核燃料外发热量最大的燃料.(3)氢燃烧生成水,是世界上最清洁的燃料.(4)燃烧性能好,可燃范围大,燃烧速度快.(5)氢可用多种方法大规模生产.(6)氢的利用形式多,可通过燃烧发电,通过燃料电池发电等.2.对氢能利用的重视2002年加拿大举办了以"氢行星"为主题的第14届世界氢能源大会.2003年在华盛顿召开15个国家和地区参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.冰岛计划用40年时间将冰岛建成"氢社会".布什将投资120亿美元来促进氢能源的发展.过去5年,工业化国家在氢能开发领域的投入年均递增20.5%.氢将取代天然气,油和煤而成为未来世界的主要能源,进入氢能时代已成为近年来的热门话题,21世纪将是氢能世纪.布什举着使用氢燃料的照相机我国对发展氢能经济也开始重视,参加了2003年在华盛顿召开的有15国家参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.2004和2005举办了两次关于氢能经济的中美双边会议.今年一月,中国科学院院士局召开了关于"石油替代能源"的研讨会,主要讨论石油资源可持续性分析,石油的替代能源,氢能燃料和我国的石油替代能源.并要组织人员进行软课题研究.3.氢能的问题3.氢能的问题(1)氢的价格氢的制备,储存和运输中的价格问题,是影响走进氢能时代的很关键的问题.要降低其价格,必须形成氢的制备,储存和运输的网络.(2)廉价清洁的制氢技术问题(2)廉价清洁的制氢技术问题目前制氢效率很低,氢的制取要消耗大量的能量,因此寻求大规模的廉价清洁的制氢技术是各国科学家共同关心的问题.(a)化石燃料制氢:目前,96%氢从化石燃料制备,技术成熟,但要造成环境污染.(b)电解水制氢:技术成熟,但耗能多,价格高.一般每生产1立方米的氢气,需要消耗4.2-6度的电能,其能量转化率不到32%.(c)生物质制氢:有可再生,产量大,可储存,碳循环等优点,从中长期看是最有前途的制氢方式.目前生物质制氢效率低.(d)生物制氢:国内外在选育高效产氢菌株工作进展不快,制氢效率低.(e)风能制氢:用风能发电来电解水产生氢,技术上没有问题,降低成本和风能发电量少是主要的问题.(f)太阳能制氢:该法还处在基础研究阶段,离商业化还有较远的距离.(3)氢的储运问题(3)氢的储运问题氢的储运技术主要解决储运的安全性和成本,现在由于储运技术不过关,因此浪费了许多氢.许多工业过程,如炼油,炼焦,氯碱,合成氨,合成甲醇及煤气制造等多有大量的副产品氢气,只是由于储运技术的问题而不能被利用.我国每年放空和烧掉的氢气至少在1010标立方米以上.因此解决氢的储运问题也是走进氢能时代的一个很关键的问题.目前氢的储运还有很大问题.(a)高压储氢:储氢量少,只有1%左右,还有不安全的问题.(b)液氢储氢:很不方便,储氢设备大,蒸发损失大.(c)吸附储氢:这是目前的研究热点,但储氢容量还较低,一般不超过2%.镁合金储氢在3%,但储放不可逆.热门一时的纳米碳管储氢也已没有了希望,最终的储氢量也只有1%左右.(e)化合物储氢:放氢不容易.(4)燃料电池还没有商品化用氢作燃料的燃料电池的出现是促进氢能利用的重要原因.近年来,由于化石燃料资源短缺和环境污染日趋严重,各国对燃料电池的研究十分重视.美国《时代周刊》把燃料电池列为21世纪十大高新科技之首,燃料电池已被认为是21世纪极具应用前景的一种新型能源系统.虽然燃料电池有很诱人的优点,而且燃料电池的发展已有100多年的历史,但至今还没有一种燃料电池已经真正商品化,因此,燃料电池何时才能商品化是一个与氢能利用密切相关的问题.4.反对氢能的意见4.反对氢能的意见(a)氢以化合物形式存在,制氢要消耗能源.它不是一种能源,而是能源的流通手段.(b)氢的泄漏会改变气候.氢不可避免泄漏,泄漏量可达15%.泄漏的氢会在大气形成水雾,它会象二氧化碳一样,使天气变暖.(c)现在一般用高压氢作燃料电池燃料,氢的泄漏会产生很大的不安全性,手机等的火花就会使泄漏的氢发生爆炸.(d)冰岛能做的,其他国家不一定能做,冰岛的氢都是电解水制得的,因该国70%的电是由地热和水电站产生的.(5)氢的清洁生产要用风能和太阳能.据估计,如用风能发电制氢,当风能发电量达到美国6%的用电量,风能发电机要占的面积要有半个加州那么大.(6)布什承诺投资120亿美元用于氢能的研究是一个微不足道的投资.美国去年用于核能和矿物质燃料方面的研究经费大于氢燃料的研究经费.美国推行"健康婚姻"的预算就有150亿美元.美国用于伊拉克战争的经费每月390亿美元.(7)氢燃料电池价格昂贵.目前内燃机成本为每千瓦50美元,而氢燃料电池为800美元.估计大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氢站也要花费大量的资金.五.燃料电池加速氢能利用1.燃料电池的优点.(1)燃料电池是一种高效清洁的能量转换系统,可降低环境污染和气候异常.(2)燃料电池能高效利用生物质转化产生的气,液物质和氢作燃料,因此,能促进氢能的利用.(3)燃料电池的发电效率不受体系规模限制,小型燃料电池同样能够实现高效发电,适合于生物质分散性的特点.2.燃料电池定义燃料电池是一种不经燃烧直接以电化学反应的方式将燃料的化学能转变成电能的装置,只要连续供应燃料,燃料电池就能连续发电.3.原理阳极反应:H2=2H++2e阴极反应:1/2O2+2H++2e=H2O总的反应:H2+1/2O2=H2O4.燃料电池分类碱性燃料电池(AFC)(1)碱性燃料电池(AFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Ag,氧化剂:氧电解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作温度:60-80oC用途:航天器和潜艇的动力源优点:比能量和比功率高缺点:对CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料电池(PAFC)磷酸燃料电池(PAFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:98%磷酸工作温度:200oC用途:家庭住宅能源和汽车动力源优点:稳定性好,已有商品生产缺点:用贵金属作催化剂,价格高.(3)质子交换膜燃料电池(PEMFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含水的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:汽车和潜艇等的动力源优点:比能量和比功率高,寿命长,应用范围广缺点:对CO敏感,价格高,800美元/千瓦,而内燃机50美元/千瓦.氢源问题.(4)直接甲醇燃料电池(DMFC)直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极:催化剂:Pt合金,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含硫酸的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:可移动的小型电子仪器设备动力源优点:比能量高,体积小问题:Pt对甲醇氧化电催化效率低,易被甲醇氧化中间产物毒化,甲醇会透过质子交换膜.(5)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)阳极:催化剂:Ni,燃料:氢阴极:催化剂:NiO,氧化剂:氧电解液:熔融碳酸盐(NaCO3-LiCO3)工作温度:600oC用途:发电站优点:反应温度高,不需贵金属催化剂.可用含CO的燃料气.寿命长.能量转换率高,可达80%.问题:高温下,电解液会腐蚀电极材料.寿命2万小时,商业上要4万小时.(6)固体氧化物燃料电池(SOFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极:催化剂:NiZrO2,燃料:甲烷,氢阴极:催化剂:NaCrO4等,氧化剂:氧电解液:ZrO2,CeO2等工作温度:900oC用途:发电站优点:不需贵金属催化剂.寿命长.可用各种燃料气.抗中毒能力强.能量转换率最高,可达80%以上.问题:高温下,密封困难,放大困难.价格高.5.PEMFC发展现状发展现状(1)世界各国对世界各国对PEMFC的重视世界各国对的重视近十年来,近十年来,PEMFC技术的研究开发受到技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,已出现许多PEMFC电动车样车.电动车样车.已出现许多电动车样车我国计划,年奥运会期间,我国计划,到2008年奥运会期间,将有我年奥运会期间国生产的燃料电池电动车会小批量,国生产的燃料电池电动车会小批量,示范性地行驶在街头.性地行驶在街头.年世博会期间,辆燃料电池公交到2010年世博会期间,20辆燃料电池公交年世博会期间辆燃料电池出租车,车,300辆燃料电池出租车,1000辆电动辆燃料电池出租车辆电动汽车以及一批燃料电池场地车和邮政车都将投入运行,届时,上海将建成5座加氢将投入运行,届时,上海将建成座加氢站来满足这些车辆对氢燃料的需求对氢燃料的需求.站来满足这些车辆对氢燃料的需求.(2