2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——環(huán)境材料的設計與性能測定考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在設計用于水體中重金屬離子吸附的環(huán)境材料時，優(yōu)先考慮以下哪種結(jié)構(gòu)特征以增強吸附選擇性？()A.盡可能大的比表面積B.特定的孔道尺寸和化學環(huán)境，能與重金屬離子形成強相互作用C.高溫穩(wěn)定性和機械強度D.良好的光學透明性2.下列哪種表征技術(shù)最常用于測定固體材料的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成？()A.紫外-可見吸收光譜(UV-Vis)B.掃描電子顯微鏡(SEM)C.X射線衍射(XRD)D.傅里葉變換紅外光譜(FTIR)3.設計具有高光催化活性的材料時，以下哪個因素通常被認為是關(guān)鍵？()A.材料的價格低廉B.材料的光學穩(wěn)定性好C.材料具有合適的能帶結(jié)構(gòu)和較寬的能帶隙，以及高效的電荷分離能力D.材料易于大規(guī)模生產(chǎn)4.對于一種用于有機廢水降解的光催化劑，評價其性能時，最常用的指標是？()A.比表面積B.催化劑的比熱容C.在特定波長光照下對目標污染物的降解率D.催化劑的循環(huán)使用次數(shù)5.在設計用于空氣凈化脫除揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的吸附材料時，以下哪種改性方法可能最有效地提高對特定VOCs的吸附選擇性？()A.提高材料的比表面積B.在材料表面引入特定的官能團，與目標VOCs發(fā)生化學吸附C.增強材料的機械強度D.降低材料的制備成本6.下列哪種技術(shù)通常不用于測定多孔材料的比表面積和孔徑分布？()A.比表面積及孔徑分析(BET)B.X射線衍射(XRD)C.傅里葉變換紅外光譜(FTIR)D.比表面積及孔徑分析(BJH)7.設計一種用于海水淡化或廢水處理的離子交換材料時，最重要的性能指標是？()A.材料的顏色美觀B.高的選擇性交換特定離子（如Na+、Mg2+、Ca2+）的能力C.材料的價格便宜D.材料在海水或復雜廢水中的長期穩(wěn)定性8.某研究團隊設計了一種用于降解水中硝酸鹽的環(huán)境材料。為了證明其光催化性能，他們需要進行的關(guān)鍵實驗是？()A.測定材料在暗態(tài)下的吸光度B.測定材料在光照下的比表面積C.在特定光照條件下，測定水體中硝酸鹽濃度的變化D.測定材料的光致發(fā)光強度9.納米材料在環(huán)境材料設計中的應用，其主要優(yōu)勢之一是？()A.易于儲存B.通常具有更高的表面積體積比，從而可能具有更強的吸附或催化活性C.生產(chǎn)成本極低D.不具有環(huán)境風險10.在評價一種新型環(huán)境材料的“綠色”設計理念時，以下哪個方面通常不被優(yōu)先考慮？()A.材料制備過程的環(huán)境友好性B.材料在使用過程中不產(chǎn)生二次污染C.材料最終廢棄后易于降解或回收D.材料的市場價格是否低廉二、填空題1.設計環(huán)境材料時，需要綜合考慮其功能性與__________、__________和__________等多方面因素。2.X射線光電子能譜(XPS)主要用于分析材料的__________和元素化學態(tài)。3.評價吸附材料性能的重要指標包括吸附容量、__________和__________。4.設計光催化材料時，需要關(guān)注材料的能帶結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)有效的__________和__________。5.常用的環(huán)境材料表征技術(shù)包括形貌表征（如SEM、TEM）、結(jié)構(gòu)表征（如XRD）、組成表征（如XPS、EDS）和__________表征等。6.利用工業(yè)廢棄物或農(nóng)業(yè)廢棄物作為前驅(qū)體合成環(huán)境功能材料，是資源化學領(lǐng)域的一個重要方向，體現(xiàn)了__________的理念。7.設計具有高選擇性離子交換材料的策略之一是調(diào)控材料的__________，使其與目標離子具有匹配的尺寸和電荷。8.在進行環(huán)境材料性能測試時，控制實驗條件（如溫度、pH、初始濃度）和__________是獲得可靠數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。9.納米材料的表面效應和量子尺寸效應使其在環(huán)境催化領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的性能。10.為了提高環(huán)境材料的穩(wěn)定性（如光穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性），在設計和制備過程中需要考慮__________等因素。三、名詞解釋1.綠色材料2.光催化活性3.吸附選擇性4.比表面積(BET)5.納米材料四、簡答題1.簡述設計用于水體污染物處理的吸附材料時需要考慮的主要因素。2.簡述X射線衍射(XRD)技術(shù)在環(huán)境材料表征中的作用。3.簡述提高光催化材料光催化活性的主要途徑。4.簡述環(huán)境材料設計中對資源利用效率的考量。五、論述題論述利用資源化學的視角，如何設計出高效且環(huán)境友好的新型環(huán)境材料，并說明在設計過程中應關(guān)注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。六、實驗設計題設計一個簡單的實驗方案，用于評價某種自制的碳基材料對水中Cr(VI)的吸附性能。請說明需要使用的實驗材料與儀器、實驗步驟、需要測定的項目以及初步的數(shù)據(jù)處理方法。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.B6.C7.B8.C9.B10.D二、填空題1.成本效益，環(huán)境友好性，可持續(xù)性2.化學元素組成3.吸附速率，選擇性4.光吸收，電荷分離5.性能6.循環(huán)經(jīng)濟7.結(jié)構(gòu)8.重復性實驗9.尺寸10.抗radical能力三、名詞解釋1.綠色材料：指在其生命周期（從資源獲取、材料設計、生產(chǎn)制造、使用、廢棄到最終處置）中對環(huán)境友好、資源利用率高、具有高效功能、具有可再生性、可降解性或可循環(huán)利用性的材料。2.光催化活性：指光催化劑在光照下引發(fā)化學反應，特別是降解污染物或合成目標分子的效率和能力。3.吸附選擇性：指吸附材料對混合物中不同組分的吸附能力差異。通常指對目標污染物吸附容量遠高于對其他共存組分的吸附容量。4.比表面積(BET)：指單位質(zhì)量或多孔固體單位體積所具有的表面積。常用氮氣吸附-脫附等溫線測定，以BET方法計算得到，是評價多孔材料吸附性能的重要參數(shù)。5.納米材料：指結(jié)構(gòu)單元至少有一維處于納米尺寸（通常1-100納米）范圍的材料，包括納米顆粒、納米線、納米管、納米薄膜等，因其獨特的尺寸效應、表面效應等而具有不同于宏觀材料的特殊性質(zhì)。四、簡答題1.設計用于水體污染物處理的吸附材料時需要考慮的主要因素：①材料的吸附能力（對目標污染物的最大吸附量）；②吸附選擇性（對目標污染物與其他共存離子的分離能力）；③吸附速率（達到吸附平衡所需的時間）；④材料的穩(wěn)定性（化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性等）；⑤再生與重復使用性能；⑥成本效益（材料制備成本）；⑦材料的生物相容性（若用于處理與生物相關(guān)的體系）；⑧材料的易分離性（吸附后材料與污染水的分離難度）；⑨環(huán)境友好性（材料制備和使用過程是否產(chǎn)生二次污染）。2.X射線衍射(XRD)技術(shù)在環(huán)境材料表征中的作用：XRD主要用于測定固體材料的晶體結(jié)構(gòu)、物相組成和晶體粒度。在環(huán)境材料領(lǐng)域，XRD可用于鑒定催化劑或吸附劑是否具有目標晶相（如特定礦物的催化活性相或特定孔道結(jié)構(gòu)的吸附劑），判斷材料是否發(fā)生相變（如負載金屬后的晶格收縮或膨脹，焙燒過程中的相變），分析材料的結(jié)晶度，從而為材料的設計、合成和性能優(yōu)化提供結(jié)構(gòu)信息。3.提高光催化材料光催化活性的主要途徑：①優(yōu)化材料的光吸收性能，如通過貴金屬沉積、半導體復合、元素摻雜等擴展可見光吸收范圍；②調(diào)節(jié)材料的能帶結(jié)構(gòu)，使導帶底和價帶頂位置更適宜于產(chǎn)生具有足夠能量激發(fā)目標反應的電子-空穴對，并增大電子-空穴對分離效率；③增大材料的比表面積和暴露更多的活性位點，以提供更多的反應場所；④構(gòu)建異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)建電場促進電荷分離；⑤改善材料的形貌和尺寸，如制備納米結(jié)構(gòu)以利用量子尺寸效應或表面效應；⑥負載助催化劑，降低反應活化能。4.環(huán)境材料設計中對資源利用效率的考量：①最大化利用廉價的、可再生的或工業(yè)/農(nóng)業(yè)廢棄物作為材料的前驅(qū)體或組成部分，減少對原生資源的依賴；②設計高效的材料結(jié)構(gòu)以充分利用資源，如在多孔材料中實現(xiàn)高原子利用率或高活性位點密度；③采用綠色、低能耗的合成工藝，減少資源消耗和污染排放；④考慮材料的回收和再利用可能性，設計易于分離和回收的結(jié)構(gòu)或化學鍵合，促進材料的循環(huán)利用，實現(xiàn)資源的高效、可持續(xù)利用。五、論述題論述利用資源化學的視角，如何設計出高效且環(huán)境友好的新型環(huán)境材料，并說明在設計過程中應關(guān)注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。答案要點：利用資源化學的視角設計高效且環(huán)境友好的新型環(huán)境材料，核心在于將資源的可持續(xù)獲取、高效利用和環(huán)境影響最小化融入材料的設計與制備全過程中。首先，應關(guān)注資源的高效、清潔利用，探索利用低品位礦產(chǎn)、工業(yè)副產(chǎn)物、農(nóng)業(yè)廢棄物、生活垃圾等作為原料或構(gòu)建單元合成環(huán)境材料，體現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和資源節(jié)約的理念。其次，在材料設計階段，需結(jié)合資源特性，結(jié)合環(huán)境應用需求（如污染物種類、濃度、環(huán)境條件），通過結(jié)構(gòu)設計（如調(diào)控孔道尺寸、表面化學性質(zhì)、形貌等）、組成設計（如摻雜、復合）等手段，使材料的功能性與資源特性相匹配，并追求更高的性能效率（如吸附容量、催化活性）和選擇性。再次，應注重材料的綠色化與可持續(xù)性，選擇環(huán)境友好的合成路線，降低能耗和污染物排放；同時考慮材料的穩(wěn)定性（耐久性）和易降解/回收性，從全生命周期角度評估其環(huán)境足跡。最后，關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括：①深入理解資源（原料）的組成、結(jié)構(gòu)及可利用性；②建立資源特性與材料性能的構(gòu)效關(guān)系；③開發(fā)適配于資源特性的綠色合成與加工技術(shù)；④綜合評估材料的性能、成本、環(huán)境友好性和可持續(xù)性。通過這一系列考量，可以設計并制備出既滿足環(huán)境治理需求，又符合資源化學原則的高效、經(jīng)濟、環(huán)保的新型環(huán)境材料。六、實驗設計題設計一個簡單的實驗方案，用于評價某種自制的碳基材料對水中Cr(VI)的吸附性能。請說明需要使用的實驗材料與儀器、實驗步驟、需要測定的項目以及初步的數(shù)據(jù)處理方法。答案要點：實驗材料與儀器：自制碳基吸附材料、重鉻酸鉀(K?Cr?O?)、硫酸(H?SO?)、去離子水、磁力攪拌器、錐形瓶、移液管、容量瓶、pH計、可見分光光度計(配備Cr(VI)測定用比色皿，波長選擇540nm)、電子天平、滴定管(可選，用于測定剩余Cr(VI))。實驗步驟：1.配制儲備液：準確稱取一定量的K?Cr?O?，用去離子水溶解并稀釋，配制成系列已知濃度梯度的Cr(VI)儲備液。2.溶液配制：取若干個錐形瓶，分別加入等體積、已知初始濃度的Cr(VI)溶液。3.吸附實驗：向每個錐形瓶中加入準確稱量的等量碳基吸附材料，置于磁力攪拌器上，在設定溫度下（如室溫或恒溫）攪拌一定時間（如120分鐘），使吸附達到平衡。4.測定：取攪拌后的溶液樣品，靜置使吸附劑沉降或離心分離，取清液。用可見分光光度計在540nm波長處測定溶液的吸光度。為確保測定準確性，需用空白溶液（不含Cr(VI)和吸附劑，僅含溶劑和試劑）校準儀器。為排除吸附材料本身顏色干擾，空白溶液應包含吸附劑但不含Cr(VI)。5.重復實驗：每個濃度點及空白平行進行至少三次實驗，計算平均值和標準偏差。需要測定的項目：①Cr(VI)的初始濃度；②吸附平衡后溶液中Cr(VI)的濃度（通過吸光度測定計算）；③碳基吸附材料的用量；④吸附平衡時間；⑤溶液pH值（可在吸附平衡時測定）。初步的數(shù)據(jù)處理方法：1.計算平衡吸附量(q_e)：q_e=(C?-C_e)*V/m，其中C?為Cr(VI)的初始濃度(mol/L)，C_e為平衡時Cr(VI)的濃度(mol/L)，V為溶液體積(L)，m為吸附材料質(zhì)量(g)。2.計算吸附百分比：吸附百分比=[(C?-C_e)