2026年中考化学一轮复习教学素材：海水原位直接制氢技术

**基本信息** 以海水原位直接制氢技术为情境，系统整合电解水原理与前沿科技，通过多样化题型构建“原理-应用-拓展”的知识逻辑链。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础原理应用|2题（选择）|判断电极连接、能量转化及产物关系|以电解水核心原理为基础，关联海水制氢技术特点| |综合能力提升|5题（填空）|涉及原理分析、气体计算、方程式书写及技术评价|从技术难题（离子腐蚀）到解决方案（隔膜隔离），体现“问题-创新-应用”的科学思维链|

【教学素材】 海水原位直接制氢技术 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】“海水制氢”是指直接以海水为原料电解生产氢气的技术，能有效避免与淡水资源的竞争，是连接海上可再生能源与绿色氢能的关键路径。主要研究方向包括海水直接电解技术、抗腐蚀材料开发、高效催化剂设计和系统集成优化。目前，中国在该领域已实现从原创原理突破到海上工程示范的全链条创新，技术正朝着规模化与产业化方向快速发展。 一、技术原理与重大突破 海水直接电解制氢的核心在于直接利用海水中的水分子，其最大的优势是摆脱了对宝贵淡水资源的依赖，为沿海及深远海地区的绿氢生产提供了全新方案。 （1）物理隔离原理：以谢和平院士团队提出“相变迁移驱动海水无淡化原位直接电解制氢技术”，相关原理于2022年11月在《Nature》正刊发表。该技术过建立海水与电解液之间的蒸汽压差，驱动水分子以气相形式迁移进入电解液，从而从原理上彻底隔绝了海水中的杂质离子，无需额外的淡化过程与能，实现了无额外能耗的电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定海水直接电解制氢。 （2）2025年7月，中国科学院上海硅酸盐所严雅团队在《科学》发表新型催化剂研究成果，解决了碱性水氧化过程中金属氢氧化物活性位点的溶解问题。 【同步训练设计】 1．海水原位电解制氢（如图），在福建沿海风电场获得成功。下列说法错误的是（ ） A．电极a与电源的负极相连 B．电解产生的H2和O2的质量比为2:1 C．该技术实现“风能→电能→化学能”的能量转化 D．图中合成甲醇的化学方程式为CO2＋3H2 ( 一定条件 )CH3OH＋H2O 2．中国工程院院士谢和平带领团队研制出了海水直接制氢新技术，该技术使用滤膜将海水淡化，彻底隔绝了海水中的离子，再使用直流电进行电解。这一技术将开启低成本氢燃料生产的大门，其原理如图所示。下列说法错误的是（ ） A．海水直接制氢与传统制氢方法相比节约了成本 B．氢能源属于可再生能源 C．该技术中，正极产生的是氢气 D．海水制氢产业化有利于催生新质生产力 3．我国科研团队研制出了海水直接制氢新技术。利用防水透气膜将海水和电解槽隔开，从根本上解决了海水中杂质离子对设备的腐蚀问题，其工作原理如下图所示。 （1）海水原位直接电解制氢中，电极b与电源的 极（填“正”或“负”）。当电极b产生500 L气体时，电极a约产生 L气体。 （2）直接电解海水制氢，反应化学方程式是 。 【查阅资料】提高电解效率的措施主要包括：增强水的导电性、改变电解温度、设置超声波场等。设置超声波场可以提高图1电解装置的电解效率，图2分别为两种不同条件下不锈钢电极表面的气泡直径分布情况图。 （3）气泡覆盖在电极表面使电解反应界面 （填“增大”或“减小”），降低了电解效率。 （4）超声波振动能提高电解效率的原因是 。 4．阅读科普短文，回答问题。 海水制氢分直接制氢和间接制氢两种技术路线。目前多采用先淡化后制氢的间接制氢技术，该工艺流程复杂且成本高昂。中国工程院院士谢和平团队研制出了海水直接制氢新技术。该技术彻底隔绝了海水中的离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，破解了有害腐蚀这一困扰海水电解制氢领域的最大难题。 （1）海水电解制氢最大的难题是 。 （2）隔膜2的作用是 。 （3）海水原位直接电解制氢中，A电极应与电源的 极相连。A电极产生气体为1000L时，B电极产生气体为 L。 （4）写出海水原位电解制氢的化学反应方程式 ，基本反应类型为 。 （5）海水原位电解制氢技术的优点是 （写一条）。 5．中国工程院院士谢和平带领团队研制出了海水直接制氢新技术，该技术彻底隔绝了海水中的离子，破解了离子有害腐蚀这一困扰海水电解制氢领域的难题，其原理如图所示，这一技术将开启低成本氢燃料生产的大门。未来有望与海上可再生能源结合，构建无催化剂、无海水运输、无污染处理的海水原位直接电解制氢工厂。此外，该技术还可探索推广到多元化水资源（如河水、盐湖等）原位直接制氢。 （1）海水电解制氢最大的难题是 。 （2）膜分离隔绝离子过程发生了 （填“物理”或“化学”）变化。隔膜2允许 （填粒子符号）通过。 （3）海上可再生能源有 （写一种）。 （4）海水原位电解制氢技术的优点是 （写两条）。 6．阅读科普短文，回答问题。 海水制氢分直接制氢和间接制氢两种技术路线。目前多采用先淡化后制氢的间接制氢技术，该工艺流程复杂且成本高昂，因此科学家仍在努力寻找新的海水制氢方法。 海水中含有氯离子、钠离子、硫酸根离子、镁离子等。氯离子和镁离子的存在，会干扰电解海水制氢。在电解过程中氯离子转化为有毒气体——氯气；镁离子会生成难溶的氢氧化镁沉积在电极表面，影响电极寿命。中国工程院院士谢和平团队研制出了海水直接制氢新技术。该技术彻底隔绝了海水中的离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，破解了有害腐蚀这一困扰海水电解制氢领域的最大难题，其原理如图所示。 该团队研制的全球首套400 L/h制氢装备，在深圳湾海水中连续运行超3200 h，验证了这一技术的稳定性和规模化。 （1）先淡化后制氢最大的问题是 ，干扰“电解海水制氢”的阴离子是 （填离子符号）。 （2）聚四氟乙烯薄膜的作用是 。 （3）通过该装置电解出的气体a是 ，正极产生气体为1200L时，负极产生气体约为 L。 （4）写出海水原位电解制氢反应的化学方程式： 。 （5）若海水直接电解制氢技术能够广泛应用，请写出一条对生产生活的影响： 。 7．阅读科普短文，回答问题。 我国科研团队研制出了海水直接制氢新技术（如图1所示）该技术彻底隔绝了海水中的离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，破解了有害腐蚀这一困扰海水电解制氢领域的最大难题。海水直接制氢最主要的问题是催化剂，贵金属铂催化剂稀缺、成本高，镍是目前最有前途的催化剂，题2图是使用铂/碳和镍的氮化物两种催化剂在电解过程中的电流变化图。（1）海水属于 （填“纯净物”或“混合物”）；海水中含量最多的物质是 。 （2）海水电解制氢最大的难题是 。 （3）图1中，不能通过隔膜的粒子是 （填化学符号）。 （4）海水原位制氢技术的优点是 （写一条即可）。 （5）用铂/碳催化剂电解水制氢，反应后铂/碳催化剂的质量和 不变；分析图2，选用 作为催化剂时电流更稳定。 参考答案 1～2．B、C； 3．（1）负；250；（2）2H2O ( 通电 )2H2↑＋O2↑；（3）减小；（4）超声波振动能减少电极表面的气泡。 4．（1）海水对设备具有较强腐蚀；（2）隔绝海水中的离子；（3）正；2000；（4）2H2O ( 通电 )2H2↑＋O2↑；分解；（5）稳定性好、能规模生产、成本低等（合理即可）。 5．（1）海水对设备具有较强的腐蚀性；（2）物理；H2O和Na＋；（3）风能、潮汐能等；（4）无淡化过程、无副反应（或无额外能耗、无催化剂、无海水运输、无污染处理、稳定性好、能规模化生产、成本低，合理即可。 6．（1）工艺流程复杂且成本高昂；Cl－；（2）隔绝海水中的离子；（3）氧气或O2；（4）2H2O ( 通电 )2H2↑＋O2↑；（5）缓解能源危机等（合理即可）。 7．（1）混合物；水或H2O；（2）有较强腐蚀；（3）Na＋和Cl－；（4）无淡化过程（合理即可）；（5）化学性质；镍的氮化物。 学科网（北京）股份有限公司 $