2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子科學(xué)與工程可持續(xù)發(fā)展考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是綠色化學(xué)十二原則的內(nèi)容？A.原子經(jīng)濟(jì)性B.使用更安全的溶劑和助劑C.催化反應(yīng)優(yōu)于stoichiometric反應(yīng)D.提高能源效率E.提供可降解產(chǎn)品2.衡量過程環(huán)境效率的指標(biāo)E-factor，其定義為：A.產(chǎn)物分子量與投入總質(zhì)量之比B.產(chǎn)物選擇性C.每單位產(chǎn)品產(chǎn)生的廢物量D.原子經(jīng)濟(jì)性的倒數(shù)E.催化劑的循環(huán)使用率3.下列哪種材料因其生物可降解性，在一次性包裝領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景？A.聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)B.聚丙烯(PP)C.聚乳酸(PLA)D.腈綸(Acrylic)E.聚氯乙烯(PVC)4.利用太陽能將水分解制氫氣，屬于可持續(xù)發(fā)展框架下的：A.化石燃料開采技術(shù)B.可再生材料回收技術(shù)C.綠色催化技術(shù)D.能源轉(zhuǎn)化與儲存技術(shù)E.環(huán)境污染治理技術(shù)5.下列哪種溶劑通常被認(rèn)為是環(huán)境友好的，并常用于超臨界萃?。緼.甲基叔丁基醚(MTBE)B.二氯甲烷(DCM)C.乙醇D.二氧化碳(超臨界)E.甲苯6.在分子設(shè)計(jì)過程中，旨在減少或消除有害副產(chǎn)物的原則是：A.安全性原則B.實(shí)用性原則C.原子經(jīng)濟(jì)性原則D.無害化設(shè)計(jì)原則E.可回收性原則7.生命周期評價（LCA）主要關(guān)注產(chǎn)品的：A.市場價格B.生產(chǎn)過程中的能耗C.廢棄后的處理方式D.從原材料到最終處置的整個環(huán)境負(fù)荷E.產(chǎn)品性能指標(biāo)8.生物基材料是指：A.來自化石資源的材料B.可以生物降解的材料C.可通過生物過程（如發(fā)酵）生產(chǎn)的材料D.對環(huán)境無毒的材料E.由回收材料制成的材料9.下列哪種技術(shù)通常被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的催化方法？A.高溫高壓非催化反應(yīng)B.使用stoichiometric量氧化劑或還原劑的反應(yīng)C.光催化降解有機(jī)污染物D.使用劇毒重金屬催化劑E.多步串聯(lián)反應(yīng)需要頻繁更換試劑10.可持續(xù)發(fā)展要求經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，這體現(xiàn)了：A.技術(shù)優(yōu)先原則B.經(jīng)濟(jì)至上原則C.環(huán)境優(yōu)先原則D.平衡發(fā)展原則E.短期利益原則二、填空題（請將答案填入橫線上，每空2分，共20分）1.綠色化學(xué)的核心理念是從源頭上減少或消除有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，其十二原則中強(qiáng)調(diào)使用更安全的溶劑和助劑，并設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品和過程。2.原子經(jīng)濟(jì)性是衡量化學(xué)合成反應(yīng)效率的重要指標(biāo)，定義為______________與______________之比，其值越高，代表反應(yīng)中原子轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)物的效率越高。3.生物質(zhì)資源是重要的可再生資源，通過生物轉(zhuǎn)化或化學(xué)加工可以制備______________、______________等生物基材料。4.分子篩是一種具有特定孔徑結(jié)構(gòu)的材料，在催化和分離領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，其“綠色”優(yōu)勢在于可以______________和______________。5.評價一個分子合成路線的可持續(xù)性，需要考慮反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性、能耗、______________、______________以及最終產(chǎn)物的環(huán)境影響等多個方面。三、簡答題（請簡要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述綠色化學(xué)十二原則中的“無毒性設(shè)計(jì)”和“安全化學(xué)品設(shè)計(jì)”原則的區(qū)別與聯(lián)系。2.與傳統(tǒng)化石基塑料相比，生物基塑料在可持續(xù)性方面有哪些優(yōu)勢？請列舉至少三點(diǎn)。3.簡述超臨界流體（以CO2為例）作為綠色溶劑的特點(diǎn)及其在分子工程中的一些潛在應(yīng)用。4.簡述綠色催化在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中的重要作用。四、論述題（請結(jié)合具體實(shí)例或原理，深入闡述下列問題，每題10分，共30分）1.論述提高分子合成過程原子經(jīng)濟(jì)性的意義，并舉例說明可以通過哪些策略（如催化劑設(shè)計(jì)、反應(yīng)條件優(yōu)化、過程集成等）來實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)性的提升，及其對可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。2.選擇一種你熟悉的可再生材料（如生物基聚合物、納米材料等），分析其在制備、應(yīng)用及廢棄處置全生命周期中可能存在的可持續(xù)性挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)思路或解決方案。3.結(jié)合當(dāng)前能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的需求，論述分子科學(xué)與工程在開發(fā)可持續(xù)能源技術(shù)（如高效太陽能電池材料、儲能材料、清潔燃料轉(zhuǎn)化技術(shù)等）方面可以發(fā)揮的作用，并舉例說明。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.D5.D6.D7.D8.C9.C10.D二、填空題1.有用產(chǎn)物的質(zhì)量；投入的總質(zhì)量2.有用產(chǎn)物的質(zhì)量；投入的總質(zhì)量3.生物基聚合物；生物基塑料4.節(jié)約溶劑；減少廢物5.能耗；催化劑成本三、簡答題1.解析思路：首先明確“無毒性設(shè)計(jì)”側(cè)重于從分子結(jié)構(gòu)層面設(shè)計(jì)合成路線，使得中間體和最終產(chǎn)品本身具有低毒性或無毒性，關(guān)注化學(xué)品的固有屬性。而“安全化學(xué)品設(shè)計(jì)”則更廣泛，不僅包括產(chǎn)品，還包括原料、溶劑、助劑以及整個過程的潛在風(fēng)險，旨在設(shè)計(jì)整個化學(xué)體系的安全性。兩者聯(lián)系在于，理想的“安全化學(xué)品設(shè)計(jì)”應(yīng)包含“無毒性設(shè)計(jì)”的考量，目標(biāo)是創(chuàng)造從源頭到末端都更安全的化學(xué)品和過程。2.解析思路：從資源可再生性、環(huán)境影響、環(huán)境友好性等角度回答。生物基塑料來源于可再生生物質(zhì)資源，減少了對有限化石資源的依賴；其生產(chǎn)過程若采用綠色化學(xué)方法，可減少污染排放；很多生物基塑料可生物降解，減少了對環(huán)境的塑料污染問題；部分生物基塑料性能優(yōu)異，可替代傳統(tǒng)塑料。需注意指出實(shí)際應(yīng)用中可能存在的成本較高、降解條件要求等局限性。3.解析思路：首先列舉超臨界CO2溶劑的特點(diǎn)：密度和粘度可調(diào)（類似液體）、溶解能力可調(diào)（類似氣體）、無毒、不燃、環(huán)境友好（CO2是大氣成分）。然后結(jié)合分子工程應(yīng)用舉例：如超臨界CO2萃取天然產(chǎn)物（如香料、藥物）、超臨界CO2作為反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行液相反應(yīng)（如聚合、烴類轉(zhuǎn)化）、超臨界CO2在材料制備中的應(yīng)用（如納米材料分散、聚合物發(fā)泡）等。4.解析思路：強(qiáng)調(diào)綠色催化通過提高反應(yīng)選擇性（減少副產(chǎn)物）、降低反應(yīng)溫度和壓力（節(jié)能）、使用可回收的催化劑（減少廢物和成本）、開發(fā)環(huán)境友好的反應(yīng)介質(zhì)等，直接減少了化學(xué)過程的環(huán)境足跡。舉例說明，如使用酶作為生物催化劑進(jìn)行綠色合成，使用金屬納米顆粒進(jìn)行高效、高選擇性的有機(jī)轉(zhuǎn)化等，都是綠色催化推動可持續(xù)發(fā)展的實(shí)例。四、論述題1.解析思路：首先闡述原子經(jīng)濟(jì)性高的意義：減少廢物產(chǎn)生（環(huán)境效益）、提高原料利用率（經(jīng)濟(jì)效益）、反應(yīng)過程通常更簡潔（原子經(jīng)濟(jì)性高的反應(yīng)往往步驟少）、原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)的重要原則之一。然后具體說明提升策略：①催化劑設(shè)計(jì)：開發(fā)高選擇性催化劑，引導(dǎo)反應(yīng)走向目標(biāo)產(chǎn)物；②反應(yīng)條件優(yōu)化：選擇溫和條件，避免不必要的副反應(yīng)；③過程集成：將多個反應(yīng)步驟合并在一個反應(yīng)器中，減少中間產(chǎn)物分離和純化的廢物和能耗；④實(shí)施原子經(jīng)濟(jì)性高的化學(xué)轉(zhuǎn)化方式，如交叉偶聯(lián)反應(yīng)、加氫反應(yīng)等。最后總結(jié)提升原子經(jīng)濟(jì)性對減少環(huán)境污染、節(jié)約資源、推動化學(xué)過程走向可持續(xù)的重要作用。2.解析思路：選擇具體材料（如聚乳酸PLA、聚羥基脂肪酸酯PHA、碳納米管等）。分析其制備過程的可持續(xù)性：原料來源（是否依賴不可再生資源、能源消耗、農(nóng)業(yè)環(huán)境影響等）、合成過程（是否使用劇毒試劑、能耗、原子經(jīng)濟(jì)性、排放等）。分析其應(yīng)用過程中的可持續(xù)性：性能是否滿足需求、是否易于回收或再利用、對環(huán)境或健康的影響。分析其廢棄處置的可持續(xù)性：是否可生物降解（降解條件、速率、降解產(chǎn)物安全性）、回收技術(shù)是否成熟經(jīng)濟(jì)、焚燒處理的環(huán)境影響等。針對分析出的問題，提出改進(jìn)方案，如開發(fā)更綠色的制備路線（如酶催化合成PHA）、設(shè)計(jì)易回收或易降解的分子結(jié)構(gòu)、建立完善的回收體系、開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域等。3.解析思路：首先點(diǎn)明分子科學(xué)與工程在材料、催化、界面科學(xué)等方面的基礎(chǔ)作用，是開發(fā)可持續(xù)能源技術(shù)的核心。然后分點(diǎn)論述：*高效太陽能電池材料：設(shè)計(jì)新型半導(dǎo)體材料（如鈣鈦礦、有機(jī)半導(dǎo)體）提高光吸收效率、長壽命、低成本。*儲能材料：開發(fā)高能量密度、長循環(huán)壽命的電池電極材料（如鋰離子電池的正負(fù)極材料、鈉離子電池材料）、高性能超級電容器儲能介質(zhì)材料、氫儲能材料（如高效儲氫合金、固態(tài)儲氫材料）。