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1、第5章习题答案5-1.试根据氢原子的基态能级，计算每摩尔氢原子的电离能。解：每摩尔氢原子的电离能=13.6X 1. 6X10H9X6.022X 1023=1310 kj/mol5-2.简述氢能的特点。答：氢能可以通过燃烧、催化产热、化学产热、电化学产电等不同的转化方式进行应用， 具有多转换性的特点。5-3.简述氢储能的作用。答：由于氢能具有多转化性的特点，和其他储能技术相比，氢储能不仅具有调节电网波 动性的作用，还具有代替局部化石能源、充当化工原料的作用。5-4.简述氢储能的主要环节及其特点。答：氢储能作为一个全产业链，可分为上游制备，中游储运，下游应用三个环节，根据 应用场景及需求的不同，产
2、业链可由三环节中的元素搭配组成。1)上游制取上游制取氢气的方式可分为化石能源重整制氢、电解水制氢、新型制氢技术三类，其特点各 不相同。2)中游储运氢能的中游储运方式可分为氢的高压气态储运、低温液态储运及固态储运三类。3)下游应用氢能应用具有多转换性的特点。其主要的应用方式有：(1)直接燃烧，即利用氢和氧发生反响放出的热能；(2)通过燃料电池转化为电能，即利用氢和氧在催化剂作用下的电化学反响直接获取电 能；(3)化学反响，即在化工等行业中利用氢的还原性质。5-5.试问兴登堡和挑战者号上使用氢的物理状态，并简述该状态起什么作用。答：兴登堡号飞艇使用的氢为气态，作用是给飞艇提供浮力。挑战者号航天飞机
3、使用的 氢为液态，是作为液态燃料给航天飞机提供动力。5-6.在天然气水蒸气重整制氢中，在400K、800K、1200K温度下，试分别判断制备合成气 的反响能否自发进行。(不同温度下标准吉布斯自由能如下表所示)解：类别AG,(400K)(kJ/mol)G,(800K)(kJ/mol)G/(1200K)(kJ/mol)co-146.4-182.5-217.8h2o-224.0-203.6-181.6ch4-42-2.141.6合成气反响为：CH4+H20T3H2+C0由式AG? = AG(CO) + 3AG/)(H2) - AG(CH4) - AG/)(H2O)可知,在400、800、1200K时
4、反响前后标准吉布斯自由能的变化为119.6、23.2、-77.8 kJ/molo所以该反响在1200K时能自发进行。5-7. TiO2是常用的光催化制氢材料rTiO2的带隙为3.2eV,试求太阳光谱中TiO2的光 波长吸收限，并提出一种可以拓宽其吸收限的方法。解：由后=Q/可得，2 = 388.4 nmE故其光波长的吸收限是388.4 nmo掺杂是调控半导体电子结构的有效途径。掺杂过渡金属离子可以在半导体禁带内引入杂 质能级，从而扩宽其吸收限。止匕外，阴离子掺杂可调节半导体导带位置，扩大材料的光响应 范围。5-8.在变压吸附纯化氢气的过程中，假设吸附剂的热导率较小，吸附热和解吸热引起的床层 温
5、度的变化不大，可以将其看成是等温过程。试设计至少2种的吸附-解吸工艺。答：(1)常压下吸附，真空下解吸；(2)加压下吸附，常压下解吸。5-9 .试问化学吸附与物理吸附之间的区别。化学吸附与物理吸附比照1、原理：化学吸附依靠的是比拟强的化学键，物理吸附依靠的是比拟弱的范德华力2、层数：化学吸附只能是单层吸附，物理吸附可以是多层吸附3、可逆性：化学吸附不可逆，物理吸附可逆4、吸附温度：化学吸附的吸附温度更高(反响热)，物理吸附的温度低(反响热)5、吸附速率：化学吸附比物理吸附速率慢6、吸附选择物性：化学吸附具有吸附选择性，物理吸附不存在吸附选择性5-10.在高压气态储氢中，假设储氢罐的瓶压是20M
6、Pa,体积为50L,试计算其在300K时, 可以储存的氢气的质量为多少kgo0100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Temperature (K)ueqzc06 Ou U0SE0UH解：由pV = RT可得，m0.8 kg5-11.不同气体的Joule-Thompson系数如下列图所示，试问在多少温度下，可以通过节流膨胀 对氢气降温，并分析原因。0.50.40.30.20.10-0.1答:节流膨胀使气体降温的前提是Joule-Thomson系数0。由图可知，氢气的Joule- Thomson 系数在温度约为 200K 大于 0, 因此在200K温度以下，可以通过节流膨胀对氢气 降温。5-12.根据固态材料储氢的原理，可分为物理吸附储氢材料和化学吸附储氢材料，试问每一 类中的固态储氢材料都有哪些。答：根据固态材料的储氢原理可分为物理吸附储氢材料和化学吸附储氢材料。其中物理吸附储氢材料有储氢碳材料、储氢金属一有机骨架材料。化学储氢材料有金属单质、合金。