一、质量平衡计算

问题：生产50公斤氢气，需要多少水？同时会生成多少氧气？

解答思路：

水电解的基本反应为：

2H₂O（液态） → 2H₂（气态） + O₂（气态）

即：每2摩尔水分解生成2摩尔氢气和1摩尔氧气。

1. 基础数据

- 水的摩尔质量：18 克/摩尔

- 氢气的摩尔质量：2 克/摩尔

- 氧气的摩尔质量：32 克/摩尔

2. 计算过程

① 生产1公斤氢气所需水量：

- 1公斤氢气 = 1000克 ÷ 2克/摩尔 = 500摩尔H₂

- 根据反应式，每生成1摩尔氢气需1摩尔水

→ 需水：500摩尔 × 18克/摩尔 = 9000克 = 9公斤水

② 同时生成的氧气量：

- 每2摩尔水生成1摩尔氧气

→ 500摩尔水生成 250摩尔O₂

→ 氧气质量：250 × 32克 = 8000克 = 8公斤氧气

3. 结论

-每生产1公斤氢气，需要9公斤水，并产生8公斤氧气。

→ 因此，生产50公斤氢气需消耗450公斤水，生成400公斤氧气。

二、能量需求计算

问题：在70%效率下，生产1000公斤氢气需要多少电能？

1. 基础信息

- 理论能耗：39.4 千瓦时/公斤氢气

- 电解槽效率：70%（即实际能耗 = 理论能耗 ÷ 0.7）

2. 计算过程

① 总理论能耗：

39.4 千瓦时/公斤 × 1000 公斤 = 39,400 千瓦时

② 实际能耗（效率70%）：

39,400 ÷ 0.7 = 56,285.7 千瓦时

3. 结论

在70%效率下，生产1000公斤氢气约需消耗 56,286 千瓦时电能。