2025年大学《能源化学》专业题库- 燃烧化学在能源转化中的应用

2025年大学《能源化学》专业题库——燃烧化学在能源转化中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内。）1.下列哪种反应不属于燃烧？（）A.甲烷与氧气在高温下的反应B.镁条在空气中的燃烧C.铁生锈的过程D.木炭在氧气中的燃烧2.对于恒压燃烧过程，燃烧热通常指？（）A.恒容燃烧热B.恒压燃烧热C.生成物的标准生成焓之和D.燃料的标准生成焓3.在层流燃烧中，火焰传播主要依靠？（）A.燃料与氧化剂的混合B.热传导C.对流D.扩散和对流4.下列哪种污染物主要是在燃烧区域高温下，由氮气和氧气反应生成的？（）A.COB.SO2C.NOxD.粉尘5.提高燃烧效率的主要目的之一是？（）A.增加燃烧产物量B.降低不完全燃烧损失C.增加污染物排放D.降低燃烧温度6.生物质燃烧过程中，通常会产生较多的？（）A.NOxB.SO2C.H2OD.以上都是7.燃烧过程中的湍流通常会使？（）A.燃烧速率减慢B.燃烧温度降低C.燃烧更均匀，效率提高D.污染物生成量减少8.化学链燃烧技术的主要优势之一是？（）A.燃烧效率高B.无需氧气直接参与反应C.污染物排放少D.以上都是9.影响燃烧稳定性的一个重要因素是？（）A.燃料热值B.着火温度C.燃烧室形状D.污染物控制技术10.将燃烧产生的热量用于发电的过程，属于哪种能源转化方式？（）A.化学能转化为热能B.热能转化为电能C.光能转化为化学能D.电能转化为化学能二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上。）1.燃烧通常需要满足三个基本条件：______、______和未受抑制的链式反应。2.根据燃烧过程中燃料与氧化剂的混合方式，可分为______燃烧和______燃烧。3.燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时______的热效应。4.影响燃烧稳定性的因素包括燃料性质、______、燃烧室结构等。5.燃烧过程中产生的主要大气污染物包括NOx、______、CO、粉尘和VOCs等。6.简单燃烧计算中，理论空气量是指1摩尔燃料完全燃烧所需______的量。7.提高燃烧效率的途径包括改善燃烧方式（如______）、增加燃烧强度等。8.氢气燃烧的产物是______和水，具有______的优点。9.流化床燃烧技术适用于燃烧______和低挥发分燃料。10.燃烧化学在能源转化中的应用广泛，例如在______制备和碳捕集利用与封存（CCUS）中发挥作用。三、简答题（每题5分，共15分。）1.简述影响燃烧效率的主要因素。2.简述NOx的主要生成机理。3.简述生物质燃烧与化石燃料燃烧相比，在污染物排放方面的主要特点。四、计算题（共25分。）1.（10分）已知甲烷（CH4）的标准燃烧焓（ΔH°c）为-890.3kJ/mol。计算1摩尔甲烷在标准状态下完全燃烧生成CO2和H2O（液态）时放出的热量。2.（15分）某气体燃料的组成为：75%CH4，20%CO2，5%N2（摩尔分数）。假设该燃料在理论空气量下完全燃烧。试计算：(1)燃烧1摩尔该混合燃料所需的理论干空气量（摩尔）。(2)燃烧产生的烟气中CO2、H2O（气态）、N2和O2（过量空气中的氧气）的摩尔分数。（假设过量空气系数为1.1）五、论述题（15分。）结合实际应用，论述燃烧化学在提升化石燃料利用效率和减少环境污染方面的作用，并简述一种先进的燃烧技术及其原理。试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.C5.B6.D7.C8.D9.B10.B二、填空题1.助燃剂，点火源2.预混，非预混3.放出（或吸收，需根据定义）4.着火温度5.SO26.理论氧气7.预混燃烧/富氧燃烧8.纯净/无污染9.煤泥，粉煤10.氢气三、简答题1.简述影响燃烧效率的主要因素。解析思路：从燃烧基本原理出发，分析影响燃烧完全性和热利用率的因素。主要包括：燃烧条件（温度、氧气供应、混合程度）、燃料性质、燃烧方式（层流/湍流、预混/非预混）、燃烧设备结构等。回答时应围绕如何促进燃料与氧气充分混合、达到足够高的着火和燃烧温度、减少热量损失等方面展开。2.简述NOx的主要生成机理。解析思路：区分NOx的两种主要生成路径：热力型NOx和燃料型NOx。热力型NOx是在高温下（>1300K），空气中的N2和O2直接反应生成，反应式为N2+O2=2NO+178.3kJ。燃料型NOx是在较低温度下，燃料中含有的氮元素（有机氮或无机氮）氧化生成。回答时应包含这两种主要机理及其发生条件。3.简述生物质燃烧与化石燃料燃烧相比，在污染物排放方面的主要特点。解析思路：对比生物质和化石燃料（如煤、天然气）的成分差异。生物质含水量高，挥发分含量高，固定碳含量相对较低，通常含硫量较低但氮含量（尤其有机氮）可能较高。由此导致：SO2排放量通常较低；CO和粉尘排放可能较高（因挥发分和不完全燃烧）；NOx排放可能因燃料氮和高温而较高；燃烧效率通常较低（含水率影响）。回答时应围绕含水率、挥发分、硫氮含量这些关键差异及其对主要污染物（SO2,CO,NOx,粉尘）排放的影响进行阐述。四、计算题1.（10分）已知甲烷（CH4）的标准燃烧焓（ΔH°c）为-890.3kJ/mol。计算1摩尔甲烷在标准状态下完全燃烧生成CO2和H2O（液态）时放出的热量。解析思路：直接应用标准燃烧焓的定义。1摩尔甲烷完全燃烧生成CO2和H2O（液态）的化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)。该反应放出的热量即为1摩尔CH4的燃烧焓ΔH°c。直接代入数值即可。答案：-890.3kJ2.（15分）某气体燃料的组成为：75%CH4，20%CO2，5%N2（摩尔分数）。假设该燃料在理论空气量下完全燃烧。试计算：(1)燃烧1摩尔该混合燃料所需的理论干空气量（摩尔）。解析思路：首先计算1摩尔混合燃料中各组分摩尔数（设为1摩尔混合燃料）。然后根据各组分化学式计算所需的理论氧气量。甲烷燃烧需2倍摩尔数的氧气，CO2不耗氧，N2不参与燃烧但会带入空气。理论干空气量=理论氧气量/0.21（空气中氧气分数）。计算时需注意区分干空气和湿空气，题目要求理论干空气量。答案：约15.24摩尔干空气(2)燃烧产生的烟气中CO2、H2O（气态）、N2和O2（过量空气中的氧气）的摩尔分数。解析思路：首先计算理论干空气量（已求得）。然后计算各组分燃烧产物摩尔数：CH4完全燃烧产生1摩尔CO2和2摩尔H2O(g)；CO2不产生新烟气组分；N2随燃料进入，产生1摩尔N2。理论空气中氧气量等于干空气量乘以0.21，氮气量等于干空气量乘以0.79。过量空气系数为1.1，表示实际空气量是理论空气量的1.1倍。计算实际供给的干空气量、氧气量和氮气量。燃烧产生的烟气总摩尔数=各反应生成气体摩尔数之和+未反应氮气摩尔数（实际供气中的氮气）。最后计算各组分占总烟气量的摩尔分数。答案：CO2摩尔分数约14.55%，H2O(g)摩尔分数约35.14%，N2摩尔分数约20.00%，O2摩尔分数约30.31%五、论述题结合实际应用，论述燃烧化学在提升化石燃料利用效率和减少环境污染方面的作用，并简述一种先进的燃烧技术及其原理。解析思路：首先阐述燃烧化学基础知识（如燃烧效率、污染物生成机理）对于改进燃烧过程的重要性。说明通过优化燃烧过程（如提高燃烧温度和混合强度、降低过量空气系数）可以提高燃料利用率，减少CO、未燃烃等不完全燃烧产物的排放。然后重点论述燃烧化学在污染物控制中的作用，如开发低NOx燃烧技术（如空气分级、燃料分级、烟气再循环）以减少NOx排放；开发脱硫脱硝技术（如湿法