現(xiàn)代分離技術(shù)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種分離技術(shù)是基于溶質(zhì)在固定相和流動相之間的吸附和解吸作用進(jìn)行分離的？A.蒸餾B.萃取C.吸附色譜D.離子交換色譜2.超濾過程中，主要的分離機(jī)制是：A.篩分作用B.靜電作用C.吸附作用D.親和作用3.以下關(guān)于精餾的說法，錯誤的是：A.精餾是多次部分汽化和部分冷凝的過程B.精餾塔內(nèi)溫度從塔頂?shù)剿字饾u升高C.精餾適用于所有混合物的分離D.精餾可以實(shí)現(xiàn)高純度的分離4.離子交換樹脂的交換容量主要取決于：A.樹脂的交聯(lián)度B.樹脂的粒度C.樹脂的活性基團(tuán)數(shù)量D.樹脂的顏色5.超臨界流體萃取中，常用的超臨界流體是：A.二氧化碳B.水C.乙醇D.丙酮6.以下哪種分離技術(shù)可以用于生物大分子的濃縮和脫鹽？A.離心分離B.膜過濾C.蒸發(fā)D.結(jié)晶7.在液液萃取中，分配系數(shù)K是指：A.溶質(zhì)在萃取相中的濃度與在萃余相中的濃度之比B.萃取劑與料液的體積比C.溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度與在料液中的溶解度之比D.萃取相的質(zhì)量與萃余相的質(zhì)量之比8.凝膠過濾色譜中，分子量大的物質(zhì)：A.先流出柱子B.后流出柱子C.與分子量小的物質(zhì)同時流出柱子D.不一定先流出還是后流出柱子9.以下關(guān)于電泳分離的說法，正確的是：A.電泳是基于帶電粒子在電場中移動速度不同進(jìn)行分離的B.所有生物分子都可以用電泳進(jìn)行分離C.電泳分離不需要緩沖溶液D.電泳分離的速度只與粒子的電荷量有關(guān)10.反相色譜中，固定相的極性：A.大于流動相的極性B.小于流動相的極性C.等于流動相的極性D.與流動相的極性無關(guān)二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.以下屬于膜分離技術(shù)的有：A.微濾B.超濾C.納濾D.反滲透2.影響吸附過程的因素有：A.吸附劑的性質(zhì)B.吸附質(zhì)的性質(zhì)C.溫度D.壓力3.以下哪些分離技術(shù)可以用于蛋白質(zhì)的分離純化？A.離子交換色譜B.凝膠過濾色譜C.親和色譜D.疏水作用色譜4.蒸餾操作中，常見的塔板類型有：A.泡罩塔板B.篩孔塔板C.浮閥塔板D.舌形塔板5.超臨界流體的特點(diǎn)有：A.密度接近液體B.黏度接近氣體C.擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間D.具有良好的溶解能力三、判斷題（每題2分，共10分）1.萃取過程中，萃取劑的選擇性系數(shù)越大，分離效果越好。（）2.離子交換樹脂使用一段時間后，需要進(jìn)行再生處理，以恢復(fù)其交換能力。（）3.膜分離過程中，膜的孔徑越大，截留率越高。（）4.精餾塔的理論塔板數(shù)越多，分離效果越好，但設(shè)備投資和操作成本也會增加。（）5.電泳分離時，粒子的移動方向只取決于粒子的電荷性質(zhì)，與電場方向無關(guān)。（）四、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述吸附分離的基本原理和吸附過程的主要步驟。2.比較超濾和反滲透的異同點(diǎn)。3.說明離子交換色譜的分離原理和操作步驟。五、計算題（每題12.5分，共25分）1.在某液液萃取過程中，料液中溶質(zhì)A的濃度為0.2kg/L，料液體積為100L，萃取劑體積為50L。已知溶質(zhì)A在萃取相和萃余相中的分配系數(shù)K=3。試計算萃取后萃余相中溶質(zhì)A的濃度和萃取率。2.某精餾塔用于分離苯甲苯混合物，進(jìn)料中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.4，進(jìn)料量為100kmol/h。要求塔頂產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.9，塔底產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1。試計算塔頂和塔底產(chǎn)品的流量。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C【解析】吸附色譜是基于溶質(zhì)在固定相和流動相之間的吸附和解吸作用進(jìn)行分離的，蒸餾是利用液體混合物中各組分沸點(diǎn)的差異進(jìn)行分離，萃取是利用溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離，離子交換色譜是利用離子交換樹脂與溶液中離子的交換作用進(jìn)行分離。2.A【解析】超濾過程中主要的分離機(jī)制是篩分作用，即根據(jù)分子大小進(jìn)行分離，只有小于膜孔的分子才能通過膜。3.C【解析】精餾是多次部分汽化和部分冷凝的過程，塔內(nèi)溫度從塔頂?shù)剿字饾u升高，可以實(shí)現(xiàn)高純度的分離，但不是適用于所有混合物的分離，對于沸點(diǎn)非常接近或形成共沸物的混合物，精餾可能不適用。4.C【解析】離子交換樹脂的交換容量主要取決于樹脂的活性基團(tuán)數(shù)量，交聯(lián)度影響樹脂的機(jī)械強(qiáng)度和選擇性，粒度影響樹脂的交換速度，顏色與交換容量無關(guān)。5.A【解析】超臨界流體萃取中常用的超臨界流體是二氧化碳，因?yàn)樗哂信R界條件溫和、無毒、廉價等優(yōu)點(diǎn)。6.B【解析】膜過濾可以用于生物大分子的濃縮和脫鹽，離心分離主要用于固液分離或不同密度物質(zhì)的分離，蒸發(fā)主要用于濃縮溶液，結(jié)晶用于獲得純物質(zhì)。7.A【解析】在液液萃取中，分配系數(shù)K是指溶質(zhì)在萃取相中的濃度與在萃余相中的濃度之比。8.A【解析】凝膠過濾色譜中，分子量大的物質(zhì)不能進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，沿著凝膠顆粒間的空隙先流出柱子，分子量小的物質(zhì)可以進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，后流出柱子。9.A【解析】電泳是基于帶電粒子在電場中移動速度不同進(jìn)行分離的，不是所有生物分子都可以用電泳進(jìn)行分離，電泳需要在緩沖溶液中進(jìn)行，粒子的移動速度與粒子的電荷量、形狀、大小以及電場強(qiáng)度等因素有關(guān)。10.B【解析】反相色譜中，固定相的極性小于流動相的極性。二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD【解析】微濾、超濾、納濾和反滲透都屬于膜分離技術(shù)，它們的分離原理都是利用膜的篩分作用，只是膜的孔徑和截留范圍不同。2.ABCD【解析】影響吸附過程的因素包括吸附劑的性質(zhì)（如比表面積、孔徑等）、吸附質(zhì)的性質(zhì)（如分子大小、極性等）、溫度和壓力等。3.ABCD【解析】離子交換色譜、凝膠過濾色譜、親和色譜和疏水作用色譜都可以用于蛋白質(zhì)的分離純化，它們分別基于蛋白質(zhì)的電荷、分子大小、特異性親和力和疏水性等性質(zhì)進(jìn)行分離。4.ABCD【解析】蒸餾操作中常見的塔板類型有泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板和舌形塔板等。5.ABCD【解析】超臨界流體的密度接近液體，黏度接近氣體，擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間，具有良好的溶解能力。三、判斷題1.√【解析】萃取劑的選擇性系數(shù)越大，說明萃取劑對溶質(zhì)的選擇性越好，分離效果也就越好。2.√【解析】離子交換樹脂使用一段時間后，活性基團(tuán)會被交換飽和，需要進(jìn)行再生處理以恢復(fù)其交換能力。3.×【解析】膜分離過程中，膜的孔徑越大，截留率越低，因?yàn)楦嗟姆肿涌梢酝ㄟ^膜。4.√【解析】精餾塔的理論塔板數(shù)越多，分離效果越好，但塔的高度增加，設(shè)備投資和操作成本也會增加。5.×【解析】電泳分離時，粒子的移動方向取決于粒子的電荷性質(zhì)和電場方向，帶正電的粒子向負(fù)極移動，帶負(fù)電的粒子向正極移動。四、簡答題1.【答案】基本原理：吸附分離是利用吸附劑對不同物質(zhì)的吸附能力差異來實(shí)現(xiàn)混合物分離的過程。吸附劑具有較大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠通過物理吸附（分子間作用力）或化學(xué)吸附（化學(xué)鍵作用）將某些物質(zhì)吸附在其表面。主要步驟：外擴(kuò)散：吸附質(zhì)從流體主體向吸附劑外表面擴(kuò)散。內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)從吸附劑外表面向吸附劑內(nèi)部孔隙擴(kuò)散。吸附：吸附質(zhì)在吸附劑的內(nèi)表面上被吸附。脫附：當(dāng)條件改變時，吸附質(zhì)從吸附劑表面脫附。2.【答案】相同點(diǎn)：都屬于膜分離技術(shù)，利用膜的篩分作用進(jìn)行分離。操作過程都是在壓力驅(qū)動下進(jìn)行的。不同點(diǎn)：分離范圍：超濾主要分離大分子物質(zhì)（分子量一般在10310?Da），反滲透主要分離小分子物質(zhì)（如鹽類、小分子有機(jī)物等）。膜孔徑：超濾膜孔徑一般在0.0010.1μm，反滲透膜孔徑小于0.001μm。操作壓力：超濾操作壓力一般為0.11MPa，反滲透操作壓力較高，一般為110MPa。分離機(jī)理：超濾主要基于篩分作用，反滲透除了篩分作用外，還涉及溶質(zhì)的溶解擴(kuò)散過程。3.【答案】分離原理：離子交換色譜是利用離子交換樹脂上的活性基團(tuán)與溶液中離子之間的交換作用進(jìn)行分離的。不同離子與離子交換樹脂的親和力不同，親和力大的離子在樹脂上的保留時間長，親和力小的離子先流出，從而實(shí)現(xiàn)離子的分離。操作步驟：樹脂預(yù)處理：將離子交換樹脂進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)型等處理，使其處于合適的工作狀態(tài)。裝柱：將預(yù)處理好的樹脂裝入色譜柱中。上樣：將待分離的樣品溶液緩慢加入到色譜柱中，使樣品中的離子與樹脂上的活性基團(tuán)進(jìn)行交換。洗脫：用適當(dāng)?shù)南疵搫ㄈ绮煌瑵舛鹊柠}溶液）沖洗色譜柱，使吸附在樹脂上的離子按親和力大小依次洗脫下來。再生：洗脫完成后，用再生劑將樹脂恢復(fù)到初始狀態(tài)，以便下次使用。五、計算題1.【答案】設(shè)萃取后萃余相中溶質(zhì)A的濃度為xkg/L。根據(jù)物料衡算和分配系數(shù)的定義：料液中溶質(zhì)A的質(zhì)量=萃取相中溶質(zhì)A的質(zhì)量+萃余相中溶質(zhì)A的質(zhì)量料液中溶質(zhì)A的質(zhì)量為\(0.2×100=20\)kg萃取相中溶質(zhì)A的質(zhì)量為\(3x×50\)kg萃余相中溶質(zhì)A的質(zhì)量為\(100x\)kg則\(20=3x×50+100x\)\(20=150x+100x\)\(250x=20\)解得\(x=0.08\)kg/L萃取率\(E=\frac{20100×0.08}{20}×100\%=\frac{208}{20}×100\%=60\%\)所以萃取后萃余相中溶質(zhì)A的濃度為0.08kg/L，萃取率為60%。2.【答案】設(shè)塔頂產(chǎn)品流量為\(D\)kmol/h，塔底產(chǎn)品流量為\(W\)kmol/h。根據(jù)物料衡算：總物料衡算：\(F=D+W\)，即\(100=D+W\)苯的物料衡算：\(F×x_F=D×x_D+W×x_W\)，即\(100×0.4=D×0.9+W×0.