化學(xué)與社會(huì)綜合應(yīng)用題試題一、能源領(lǐng)域的綠色化學(xué)應(yīng)用（一）煤炭深加工行業(yè)的碳捕集技術(shù)（CCS）2025年，我國(guó)某煤炭深加工企業(yè)成功應(yīng)用工業(yè)碳捕集與封存（CCS）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了合成氨生產(chǎn)過(guò)程中二氧化碳的高效回收。該項(xiàng)目采用胺法吸收工藝，在煤氣化環(huán)節(jié)設(shè)置專用吸收塔，通過(guò)甲基二乙醇胺（MDEA）溶液對(duì)煙道氣中的CO?進(jìn)行選擇性吸附，吸收效率達(dá)92%。捕獲的CO?經(jīng)壓縮液化后，部分用于驅(qū)油提高油田采收率，其余注入深部鹽層實(shí)現(xiàn)地質(zhì)封存。項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，年減排CO?達(dá)45萬(wàn)噸，相當(dāng)于減少100萬(wàn)輛汽車的年排放量，同時(shí)通過(guò)碳交易獲得額外收益2000萬(wàn)元/年。技術(shù)分析題：寫出MDEA與CO?反應(yīng)的化學(xué)方程式，并解釋為何該吸收過(guò)程需控制溫度在40-60℃。若將捕獲的CO?與氫氣通過(guò)催化反應(yīng)合成甲醇（CO?+3H?→CH?OH+H?O），計(jì)算生產(chǎn)1噸甲醇理論上可消耗多少噸CO?（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）。（二）生物柴油的綠色合成工藝某新能源企業(yè)以餐飲廢油為原料，采用固體酸催化劑（SO?2?/ZrO?）催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油。與傳統(tǒng)液體酸催化相比，該工藝具有以下優(yōu)勢(shì)：催化劑可回收重復(fù)使用（壽命達(dá)50次），反應(yīng)溫度降低至65℃，甲醇用量減少30%，且無(wú)廢酸排放。2025年該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，年處理廢油2萬(wàn)噸，生產(chǎn)生物柴油1.8萬(wàn)噸，產(chǎn)品脂肪酸甲酯含量達(dá)98.5%，符合國(guó)VI標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐應(yīng)用題：簡(jiǎn)述固體酸催化劑在酯交換反應(yīng)中的作用機(jī)理，并分析其環(huán)境效益。若廢油中甘油三酯含量為85%，理論上每噸廢油可轉(zhuǎn)化為多少升生物柴油（生物柴油密度按0.88g/cm3計(jì)算）？二、生物醫(yī)藥領(lǐng)域的合成化學(xué)創(chuàng)新（一）反式烏頭酸的生物合成突破山東魯抗醫(yī)藥通過(guò)合成生物技術(shù)，以土曲霉為底盤細(xì)胞，重構(gòu)三羧酸循環(huán)代謝通路，全球首次實(shí)現(xiàn)反式烏頭酸的微生物高效合成。該技術(shù)將生產(chǎn)成本從化學(xué)合成法的100萬(wàn)元/噸降至3萬(wàn)元/噸，純度達(dá)99.2%。反式烏頭酸酯作為無(wú)毒增塑劑，已替代鄰苯二甲酸酯應(yīng)用于兒童玩具和醫(yī)療輸液管，2025年產(chǎn)值達(dá)2.3億元。原理探究題：在三羧酸循環(huán)中，順烏頭酸酶催化檸檬酸轉(zhuǎn)化為異檸檬酸，寫出該反應(yīng)的平衡方程式。說(shuō)明通過(guò)基因編輯增強(qiáng)順烏頭酸酶活性為何能提高反式烏頭酸產(chǎn)量。比較生物合成與化學(xué)合成反式烏頭酸的原子經(jīng)濟(jì)性（已知化學(xué)合成法的總反應(yīng)式為：C?H?O?→C?H?O?+H?O，生物合成法以葡萄糖為碳源，轉(zhuǎn)化率為72%）。（二）手性藥物中間體的酶催化合成凱萊英醫(yī)藥開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)氨酶突變體M13，實(shí)現(xiàn)偏頭痛藥物瑞美吉泮關(guān)鍵中間體的生物合成。該酶催化反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行，收率從化學(xué)合成法的68%提升至95%，避免使用釕系貴金屬催化劑，有機(jī)溶劑用量減少80%。其核心技術(shù)是通過(guò)人工智能輔助蛋白質(zhì)工程，對(duì)酶的活性口袋進(jìn)行定點(diǎn)突變，使立體選擇性（de值）達(dá)到99%以上。工藝設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)酶催化合成瑞美吉泮中間體的工藝流程（包含酶固定化、連續(xù)流反應(yīng)、產(chǎn)物分離等單元操作）。若采用固定化酶反應(yīng)器，當(dāng)進(jìn)料流速為50L/h、底物濃度0.2mol/L時(shí)，計(jì)算每日理論產(chǎn)量（假設(shè)酶催化效率為150U/mg，酶用量為10g/L反應(yīng)器體積）。三、環(huán)境治理中的化學(xué)解決方案（一）工業(yè)廢水的高級(jí)氧化處理某化工園區(qū)采用“UV-H?O?”高級(jí)氧化技術(shù)處理含酚廢水。在紫外光（λ=254nm）照射下，H?O?分解產(chǎn)生·OH（氧化電位2.8V），將苯酚氧化為CO?和H?O。處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)為：H?O?投加量500mg/L，停留時(shí)間2h，苯酚去除率達(dá)99.9%，出水濃度降至0.05mg/L以下。計(jì)算題：寫出·OH氧化苯酚的總反應(yīng)方程式，若處理1000m3含酚廢水（苯酚濃度1000mg/L），理論上需消耗30%H?O?溶液多少噸？若改用O?氧化（O?+苯酚→CO?+H?O），比較兩種方法的氧化能力（以單位質(zhì)量氧化劑轉(zhuǎn)移電子數(shù)計(jì)）。（二）土壤重金屬修復(fù)材料某環(huán)保企業(yè)研發(fā)的羥基磷灰石（Ca??(PO?)?(OH)?）納米材料，通過(guò)離子交換和表面吸附作用修復(fù)鎘污染土壤。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，材料投加量為2%時(shí)，土壤鎘的有效態(tài)含量從12.5mg/kg降至1.8mg/kg，且對(duì)pH值影響較?。ňS持在6.5-7.5）。2025年該技術(shù)已在湖南某農(nóng)田修復(fù)項(xiàng)目中應(yīng)用，修復(fù)面積達(dá)2000畝。材料分析題：寫出羥基磷灰石與Cd2?發(fā)生離子交換的化學(xué)方程式，解釋為何該材料具有高選擇性。若土壤容重為1.5g/cm3，計(jì)算每畝地（耕層厚度20cm）需投加多少公斤羥基磷灰石。四、材料科學(xué)的化學(xué)創(chuàng)新（一）可降解聚酯的共聚改性某企業(yè)以己二酸、對(duì)苯二甲酸和1,3-丙二醇為單體，通過(guò)熔融縮聚合成共聚酯（PBAT-PLA）。該材料具有良好的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度28MPa，斷裂伸長(zhǎng)率600%）和生物降解性，在堆肥條件下6個(gè)月降解率達(dá)90%。2025年已替代傳統(tǒng)聚乙烯用于快遞包裝袋，年減少白色污染1.2萬(wàn)噸。結(jié)構(gòu)分析題：畫出PBAT（聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)，并指出分子鏈中哪些基團(tuán)賦予材料柔性。若共聚物中PBAT與PLA的摩爾比為7:3，計(jì)算該共聚酯的數(shù)均分子量（假設(shè)聚合度為200）。（二）固態(tài)電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)機(jī)制某科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)（Li?P?S??），室溫離子電導(dǎo)率達(dá)1.2×10?3S/cm，活化能0.25eV。通過(guò)球磨-燒結(jié)工藝制備的電解質(zhì)片，與高鎳正極（NCM811）界面阻抗僅8Ω·cm2，解決了液態(tài)電解質(zhì)的漏液和燃爆風(fēng)險(xiǎn)。物理化學(xué)題：用阿侖尼烏斯方程計(jì)算該電解質(zhì)在60℃時(shí)的離子電導(dǎo)率（R=8.314J/(mol·K)）。分析Li?在硫化物電解質(zhì)中的傳導(dǎo)路徑，并解釋為何其離子電導(dǎo)率高于氧化物電解質(zhì)。五、食品安全中的分析化學(xué)技術(shù)（一）農(nóng)藥殘留的快速檢測(cè)某檢測(cè)機(jī)構(gòu)采用量子點(diǎn)（CdSe/ZnS）熒光免疫層析技術(shù)，開(kāi)發(fā)出有機(jī)磷農(nóng)藥快速檢測(cè)試紙條。原理是：農(nóng)藥分子與量子點(diǎn)標(biāo)記的抗體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合試紙條上的抗原，熒光強(qiáng)度與農(nóng)藥濃度呈負(fù)相關(guān)。該方法檢測(cè)限達(dá)0.01ng/mL，檢測(cè)時(shí)間僅10分鐘，已用于蔬菜水果的現(xiàn)場(chǎng)篩查。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)“雙抗體夾心法”檢測(cè)甲胺磷的實(shí)驗(yàn)方案，列出主要試劑和步驟。若某蔬菜樣品檢測(cè)熒光強(qiáng)度為5200counts，空白對(duì)照為12000counts，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=-1500x+12500，y為熒光強(qiáng)度，x為濃度ng/mL），計(jì)算樣品中甲胺磷濃度。（二）食品添加劑的合規(guī)性分析某第三方實(shí)驗(yàn)室采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）測(cè)定飲料中的防腐劑山梨酸鉀。色譜條件：C18柱（100mm×2.1mm，1.7μm），流動(dòng)相為乙腈-0.1%甲酸水（5:95），流速0.3mL/min；質(zhì)譜采用電噴霧負(fù)離子模式，定量離子對(duì)m/z111→67。方法線性范圍0.01-10μg/mL，回收率92%-105%。儀器分析題：解釋為何選擇m/z111→67作為山梨酸鉀的定量離子對(duì)，寫出其斷裂機(jī)理。若樣品前處理時(shí)取10mL飲料，經(jīng)固相萃取凈化后定容至1mL，進(jìn)樣量5μL，色譜峰面積為12500，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=8500x+200，y為峰面積，x為濃度μg/mL），計(jì)算樣品中山梨酸鉀含量（單位mg/kg）。六、綜合論述題（一）碳中和目標(biāo)下的化學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)型結(jié)合煤炭深加工CCS技術(shù)和生物柴油案例，論述化學(xué)工業(yè)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中的技術(shù)路徑。要求：分析化石能源替代與碳循環(huán)利用的協(xié)同策略；比較不同碳捕集技術(shù)（物理吸收法、化學(xué)吸收法、