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。
