2025年大學《應(yīng)用化學》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學在水資源保護中的應(yīng)用情況考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述混凝沉淀法去除水中懸浮物的主要化學原理及其影響因素。2.比較化學氧化法和吸附法在處理水中難降解有機污染物方面的優(yōu)缺點。3.離子交換技術(shù)可以用于飲用水軟化，請簡述其基本原理和過程。4.簡要說明反滲透（RO）技術(shù)的基本原理及其在海水淡化中的應(yīng)用優(yōu)勢。二、論述題（每題10分，共30分）5.針對水中存在的重金屬離子污染（如鉛、汞、鎘），論述應(yīng)用化學可以提供哪些主要的處理技術(shù)，并分析其原理和適用性。6.結(jié)合你所學的應(yīng)用化學知識，論述化學分析方法在水質(zhì)監(jiān)測與水處理效果評估中的重要性，并舉例說明幾種關(guān)鍵的分析技術(shù)及其作用。7.討論活性炭吸附技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析其局限性，并展望其在未來可能的發(fā)展方向或與其他技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。三、計算題（每題10分，共20分）8.某水處理廠處理含懸浮物的水，采用投加硫酸鋁（Al?(SO?)?·18H?O）進行混凝沉淀。已知水的pH值為7.0，設(shè)計投加量為20mg/L（以Al計），試計算理論上每立方米水需要投加多少摩爾的硫酸鋁？（假設(shè)Al3?完全水解）請列出主要計算步驟。9.某水樣中含有一價和二價離子，總硬度（以CaCO?計）為250mg/L。現(xiàn)采用強酸性陽離子交換樹脂（H?型）進行軟化處理，試計算理論上完全軟化1立方米該水樣，需要消耗多少摩爾的H?？（假設(shè)交換反應(yīng)為1:1進行）請列出主要計算步驟。試卷答案一、簡答題1.答案：混凝沉淀法主要通過混凝劑（如鐵鹽、鋁鹽）水解產(chǎn)生的氫氧化物膠體，或混凝劑直接水解產(chǎn)生的膠體，利用其表面電荷特性，中和水中懸浮物（膠體顆粒）表面的電荷，使其脫穩(wěn)、相互靠近并聚集成較大的絮凝體，然后通過重力沉降從水中分離去除。影響因素主要包括：混凝劑種類與投加量、pH值、水溫、水力條件（攪拌速度、沉降時間）、水中雜質(zhì)性質(zhì)等。解析思路：考察對混凝/絮凝核心原理（電性中和、聚結(jié)）和混凝效果影響因素的理解。需要回答混凝劑如何產(chǎn)生作用物質(zhì)（膠體/氫氧化物），作用物質(zhì)如何使懸浮物脫穩(wěn)聚結(jié)，以及哪些因素會影響這個過程。2.答案：化學氧化法優(yōu)點是處理速度快、設(shè)備相對簡單、對某些污染物去除率較高；缺點是可能產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物、氧化劑本身成本較高、對pH值和溫度敏感、可能僅適用于特定污染物。吸附法優(yōu)點是適用范圍廣、處理效果穩(wěn)定、不易產(chǎn)生二次污染；缺點是吸附劑飽和后需再生或更換、吸附容量有限、對某些極性或大分子污染物去除率不高、吸附劑成本和再生能耗較高。解析思路：考察對兩種主流高級水處理技術(shù)特點的比較分析能力。需分別列出各自的主要優(yōu)缺點，并能在一定程度上進行比較，如處理速度、適用性、二次污染等方面的差異。3.答案：離子交換技術(shù)的基本原理是利用離子交換樹脂上具有可解離的離子（如H?或Na?）與水中待去除的離子（如Ca2?、Mg2?）發(fā)生交換反應(yīng)。以軟化為例，使用H?型陽離子交換樹脂，水中的Ca2?、Mg2?與樹脂上的H?交換，生成相應(yīng)的可溶性鹽隨水流出，樹脂再生時用酸再生液將Ca2?、Mg2?置換下來，恢復H?型。解析思路：考察對離子交換基本原理和過程的掌握。核心是理解交換樹脂的結(jié)構(gòu)（帶可交換離子），交換發(fā)生的化學本質(zhì)（離子互換），以及如何通過交換實現(xiàn)特定目標（如去除Ca2?、Mg2?軟化水）。4.答案：反滲透（RO）技術(shù)的基本原理是利用半透膜的選擇透過性。該膜僅允許水分子通過，而阻止幾乎所有的溶解鹽類和較大的分子通過。在壓力驅(qū)動下，水分子從壓力較高的一側(cè)（原水側(cè)）穿過半透膜到達壓力較低的一側(cè)（產(chǎn)水側(cè)），從而實現(xiàn)海水和苦咸水淡化或去除水中絕大部分鹽分和雜質(zhì)。其應(yīng)用優(yōu)勢在于產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良（幾乎不含鹽和有機物）、產(chǎn)水量大、工藝相對簡單、能耗（相比蒸餾法）較低。解析思路：考察對反滲透技術(shù)核心原理（半透膜、壓力驅(qū)動、選擇透過性）和主要應(yīng)用優(yōu)勢的理解。需要解釋膜的作用機制以及為什么它能用于海水淡化。二、論述題5.答案：應(yīng)用化學可提供多種處理重金屬離子污染的技術(shù)。主要技術(shù)包括：化學沉淀法，通過投加沉淀劑（如石灰、氫氧化物、硫化物）使重金屬離子形成不溶性沉淀物去除；吸附法，利用活性炭、生物炭、離子交換樹脂等吸附劑吸附重金屬離子；氧化還原法，通過化學氧化（如氯、臭氧）或化學還原（如使用還原劑）改變重金屬離子價態(tài)或形態(tài)，提高其可沉淀性或可被吸附性；電化學法，利用電解作用使重金屬離子在電極上沉積或轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)。這些技術(shù)的原理各有側(cè)重，適用性取決于重金屬種類、濃度、水pH值、共存離子等條件。例如，化學沉淀法適用于較高濃度的重金屬去除，吸附法對低濃度重金屬去除效果較好且選擇性強。解析思路：考察對多種重金屬去除技術(shù)的綜合理解和應(yīng)用能力。需要列舉至少三種或更多技術(shù)，分別闡述其基本化學原理，并簡要分析其適用場景或優(yōu)缺點，體現(xiàn)對不同方法的理解深度。6.答案：化學分析方法在水質(zhì)監(jiān)測與水處理效果評估中至關(guān)重要。水質(zhì)監(jiān)測是了解水體污染狀況、污染源特征以及水處理設(shè)施進水水質(zhì)的基礎(chǔ)，為制定合理的水處理方案提供依據(jù)。水處理效果評估則用于檢驗所采用的處理技術(shù)是否有效達到了預期的去除目標（如去除率、出水水質(zhì)達標情況），并指導運行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整（如藥劑投加量、運行條件等）。關(guān)鍵的分析技術(shù)包括：化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）用于衡量有機物污染；pH、電導率、濁度用于表征水的基本理化性質(zhì)；離子色譜法、原子吸收光譜法、電化學分析法等用于測定特定離子（如營養(yǎng)鹽、重金屬）含量；色譜法（GC、HPLC）用于分析微量有機污染物。這些方法提供了定性和定量的數(shù)據(jù)，是水環(huán)境管理和水處理工藝運行不可或缺的技術(shù)支撐。解析思路：考察對化學分析技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域（特別是水處理）重要性的認識。需從監(jiān)測和評估兩個層面論述其作用，并能列舉幾種核心的分析技術(shù)及其具體分析對象，說明其功能。7.答案：活性炭吸附技術(shù)廣泛應(yīng)用于飲用水處理，有效去除色度、嗅味、有機污染物（如三鹵甲烷前體物、內(nèi)分泌干擾物）和部分重金屬。其局限性主要表現(xiàn)在：吸附容量有限，易飽和；吸附選擇性不高，可能對多種污染物同時吸附；再生效果可能下降，吸附劑易失活；成本較高（原料、制備、再生）；吸附過程動力學可能較慢，尤其對于低濃度污染物。未來發(fā)展方向可能包括：開發(fā)新型高效吸附材料（如改性活性炭、生物炭、納米材料、金屬有機框架MOFs）；研究吸附過程的強化技術(shù)（如微波、超聲波、電場、磁場輔助吸附）；探索吸附與其他技術(shù)（如膜分離、催化氧化）聯(lián)用工藝，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高處理效率和降低運行成本；深化吸附機理研究和動力學模型構(gòu)建，為優(yōu)化應(yīng)用提供理論指導。解析思路：考察對活性炭吸附技術(shù)在飲用水處理中應(yīng)用現(xiàn)狀、局限性的認識，以及對未來發(fā)展趨勢的思考。需要客觀評價其優(yōu)缺點，并能結(jié)合當前科技發(fā)展動態(tài)，提出有見地的未來發(fā)展方向。三、計算題8.答案：計算步驟：1.硫酸鋁化學式為Al?(SO?)?·18H?O，摩爾質(zhì)量M=2*27+3*(32+4*16)+18*(2*1+16)=474g/mol。其中，鋁元素質(zhì)量分數(shù)=(2*27/474)*100%≈11.36%。2.投加量20mg/L（以Al計），即20mg/L*11.36%≈2.272mg/L（以Al?(SO?)?計）。3.換算為摩爾濃度：C=2.272mg/L/474g/mol=0.00479mol/L。4.根據(jù)題目條件，假設(shè)1摩爾Al3?水解完全（實際需考慮多級水解，但此處簡化），則理論上1立方米水需要投加0.00479mol。5.換算為摩爾數(shù)：n=0.00479mol/L*1m3=0.00479mol。答案：理論上每立方米水需要投加約0.00479摩爾的硫酸鋁。*(注：此計算基于簡化的假設(shè)，實際工程中需考慮pH、水力停留時間等因素，并通常進行燒杯試驗確定最佳投加量。)*解析思路：考察基本化學計算能力。涉及摩爾質(zhì)量計算、質(zhì)量分數(shù)換算、質(zhì)量與摩爾數(shù)/濃度的轉(zhuǎn)換。核心是理解投加量是以鋁計，需要先換算成硫酸鋁的質(zhì)量濃度，再換算成摩爾濃度或摩爾數(shù)。簡化假設(shè)是為了計算簡便。9.答案：計算步驟：1.總硬度250mg/L（以CaCO?計），即250mg/L/100.09g/mol(CaCO?)=2.50mol/L(以CaCO?計)。2.1摩爾CaCO?相當于1摩爾Ca2?。因此，水中Ca2?的濃度約為2.50mol/L。3.根據(jù)題意，采用H?型陽離子交換樹脂，Ca2?與H?發(fā)生交換：Ca2?+2H?<->Ca2?+2H?。這里簡化為1:1交換（實際樹脂交換基團為H?，Ca2?取代H?進入水相），即每去除1摩爾Ca2?，需要消耗1摩爾H?。4.因此，完全軟化1立方米該水樣，需要消耗的H?摩爾數(shù)為：n(H?)=n(CaCO?)=2.50mol/L*1m3=2.50m