化學(xué)決策（方案選擇）能力測評試題一、工業(yè)合成路線優(yōu)化題背景：某化工廠計劃通過苯為原料合成對硝基苯甲酸，現(xiàn)有兩條工藝路線備選：路線A：苯→硝基苯（混酸硝化）→對硝基苯甲酸（高錳酸鉀氧化）路線B：苯→甲苯（傅-克烷基化）→對硝基甲苯（硝化）→對硝基苯甲酸（高錳酸鉀氧化）決策問題：從原子經(jīng)濟性角度比較兩條路線，計算關(guān)鍵步驟的原子利用率（已知：高錳酸鉀氧化甲基生成羧基時，錳元素轉(zhuǎn)化為MnO?）。分析路線A中混酸硝化的區(qū)域選擇性問題，解釋為何需引入甲基作為定位基（路線B）以提高目標產(chǎn)物收率。若工廠位于環(huán)保要求嚴格的地區(qū)，從三廢處理角度提出工藝改進建議（至少2項具體措施）。二、實驗方案設(shè)計題任務(wù)：設(shè)計實驗分離提純含有苯酚、苯甲酸、苯胺的有機混合溶液（三者均溶于乙醚，摩爾比1:1:1），限選試劑：10%NaOH溶液、10%NaHCO?溶液、10%HCl溶液、飽和食鹽水、無水硫酸鈉。決策問題：繪制分離流程圖，標注每步操作的試劑用量（以處理10g混合物為例）及分層現(xiàn)象（水相/有機相的密度關(guān)系）。比較使用NaHCO?與NaOH分離苯甲酸和苯酚的原理差異，說明為何不可用NaOH直接替代NaHCO?。若實驗中出現(xiàn)"乳化現(xiàn)象"，列出3種破乳方法并解釋其作用機制。三、分析方法選擇題場景：某食品檢測機構(gòu)需測定市售植物油中反式脂肪酸（TFA）的含量，現(xiàn)有三種檢測方案：方案甲：氣相色譜法（GC，F(xiàn)FAP毛細管柱，程序升溫）方案乙：傅里葉變換紅外光譜法（FTIR，特征吸收峰10.3μm）方案丙：高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-MS，C18柱，電噴霧離子源）決策問題：從方法特異性角度分析，為何方案甲需配合銀離子色譜柱才能準確分離順反異構(gòu)體？比較三種方法的檢測限（LOD）和定量限（LOQ）范圍，解釋方案丙在痕量分析中的優(yōu)勢。若送檢樣品為含油脂的糕點類固體樣品，說明前處理步驟（如提取、衍生化）對檢測結(jié)果準確性的影響。四、安全應(yīng)急決策題事故情景：某實驗室發(fā)生乙酸乙酯泄漏引發(fā)火災(zāi)，實驗臺同時存放有金屬鈉、過氧乙酸、乙醚三種危險化學(xué)品（均未密封）。決策問題：按火災(zāi)撲救優(yōu)先級排序三種化學(xué)品，說明處理金屬鈉火災(zāi)時為何不可使用二氧化碳滅火器。計算乙酸乙酯蒸氣在空氣中的爆炸極限范圍（已知其爆炸下限2.0%、上限11.5%，體積分數(shù)），若實驗室體積為50m3，估算引發(fā)爆炸的最小泄漏量（標準狀況下）。設(shè)計應(yīng)急處理流程，包括初期火災(zāi)控制、人員疏散路線規(guī)劃（需考慮風向因素）及事后廢液處理方案。五、材料合成工藝題目標：制備高性能鋰離子電池正極材料LiFePO?，現(xiàn)有固相法與水熱法兩種工藝：固相法：Fe?O?、Li?CO?、NH?H?PO?球磨混合后在惰性氣氛中煅燒水熱法：FeSO?·7H?O、LiOH、H?PO?在高壓反應(yīng)釜中180℃反應(yīng)12h決策問題：對比兩種方法制備的產(chǎn)物在粒徑分布（D50）、比表面積（BET）及電化學(xué)性能（首次充放電容量）的差異。分析水熱法中pH值（控制在7-9）對產(chǎn)物物相的影響，解釋為何pH<6時易生成Fe?(PO?)?雜質(zhì)相。若需產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，從設(shè)備投資、生產(chǎn)周期、能耗三方面進行經(jīng)濟性評估（列出關(guān)鍵參數(shù)對比表）。六、綠色化學(xué)評估題案例：某制藥企業(yè)計劃將傳統(tǒng)合成路線中的溶劑從二氯甲烷（沸點39.8℃，GWP=1720）替換為綠色溶劑，備選方案：溶劑A：乙酸乙酯（生物降解率>90%，閃點-4℃）溶劑B：離子液體[BMIM][PF6]（不可燃，熱穩(wěn)定性>300℃）溶劑C：甲基四氫呋喃（可再生原料制備，沸點80.2℃）決策問題：利用"十二原則"評估三種溶劑的綠色化學(xué)指標，繪制雷達圖并排序。分析溶劑B在回收套用過程中可能出現(xiàn)的離子交換污染問題，提出純化方案。若目標產(chǎn)物為熱敏性藥物（分解溫度<100℃），從蒸餾能耗角度選擇最優(yōu)溶劑并計算理論塔板數(shù)。七、數(shù)據(jù)解析與決策題背景：某研究團隊測定不同溫度下某可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K，數(shù)據(jù)如下表：溫度T/K300350400450500K2.4×10?31.5×10?27.8×10?20.321.05決策問題：用范特霍夫方程計算反應(yīng)的標準焓變ΔH°和熵變ΔS°（需列出線性擬合公式及相關(guān)系數(shù)R2）。若該反應(yīng)為氣相反應(yīng)（A+B?C），在總壓1MPa下，計算450K時A的平衡轉(zhuǎn)化率（初始投料nA:nB=1:1）。從動力學(xué)角度分析，為何工業(yè)生產(chǎn)中常選擇450K而非500K進行反應(yīng)？八、綜合案例分析題情景：某化工園區(qū)擬新建年產(chǎn)10萬噸乙烯的裂解裝置，需在石腦油裂解與乙烷裂解兩種工藝中選擇：指標石腦油裂解乙烷裂解原料價格（美元/噸）650400乙烯收率（wt%）3280聯(lián)產(chǎn)物種類丙烯、丁二烯等少量甲烷單位能耗（GJ/噸）2818決策問題：構(gòu)建決策矩陣，引入"環(huán)境影響因子"（石腦油裂解CO?排放系數(shù)2.8t/t乙烯，乙烷裂解1.2t/t乙烯）和"市場需求彈性"（丙烯價格波動系數(shù)±0.3）兩個新指標，用加權(quán)評分法（設(shè)定經(jīng)濟、能耗、環(huán)境權(quán)重比4:3:3）選擇最優(yōu)方案。若國際油價上漲20%，計算盈虧平衡點對應(yīng)的乙烯售價變化（列出成本構(gòu)成公式）。從循環(huán)經(jīng)濟角度，提出利用裂解爐煙道氣（含CO?15%）的資源化方案（至少2項工業(yè)應(yīng)用）。參考答案要點提示（注：實際測評需根據(jù)答題步驟完整性、數(shù)據(jù)準確性、方案創(chuàng)新性綜合評分）工業(yè)合成路線：路線B原子利用率更高（引入甲基后硝化對位選擇性提升至90%以上），環(huán)保改進可采用絕熱硝化技術(shù)、MnO?回收制備錳鋅鐵氧體。實驗分離：關(guān)鍵步驟為"NaHCO?萃取苯甲酸→NaOH萃取苯酚→HCl反萃苯胺"，破乳可采用鹽析法、加熱法或加入乙醇作為助溶劑。分析方法：GC法需銀離子與雙鍵絡(luò)合增強順反異構(gòu)體保留差異；FTIR法適用于TFA>1%的樣品，GC-MS法LOD可達0.01mg/kg。安全應(yīng)急：金屬鈉火災(zāi)需用干燥沙土覆蓋（禁止用水/CO?），乙酸乙酯最小爆炸泄漏量約2.3m3（標準狀況）