2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在空氣凈化技術(shù)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種氣體污染物主要來(lái)源于燃燒過程，且在特定條件下可被光催化氧化為硝酸？()A.SO2B.COC.NOxD.O32.在空氣凈化中，活性炭表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，其主要得益于其具有()A.高催化活性B.強(qiáng)氧化性C.極大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)D.強(qiáng)還原性3.吸附等溫線描述了在一定溫度下，吸附劑表面吸附質(zhì)的平衡濃度與氣相中吸附質(zhì)分壓之間的關(guān)系。Freundlich等溫式1/q=K/(1-n)ln(p)+1/qm適用于()A.任何類型的吸附B.單分子層吸附C.多分子層吸附D.吸附劑與吸附質(zhì)作用力非常弱的吸附4.催化劑在空氣凈化過程中通常具有以下作用，除了()A.降低反應(yīng)活化能B.改變反應(yīng)機(jī)理C.提高反應(yīng)速率D.增加反應(yīng)的平衡常數(shù)5.對(duì)于顆粒物空氣污染，以下哪種技術(shù)主要通過施加電場(chǎng)使顆粒物在氣體中運(yùn)動(dòng)并沉積下來(lái)？()A.活性炭吸附B.催化轉(zhuǎn)化C.靜電除塵D.光催化氧化6.光催化技術(shù)中，提高TiO2等半導(dǎo)體催化劑可見光利用率的主要途徑之一是()A.降低其帶隙寬度B.負(fù)載助催化劑C.改變其晶體結(jié)構(gòu)D.增大其粒徑7.在評(píng)價(jià)吸附劑性能時(shí)，比表面積是一個(gè)重要參數(shù)，它通常用哪個(gè)單位表示？()A.m2/gB.m3/gC.kg/m2D.mol/g8.下列哪種氣體污染物主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)過程，且具有強(qiáng)烈的刺激性氣味？()A.NO2B.H2SC.CO2D.CH49.評(píng)價(jià)空氣凈化技術(shù)效率時(shí)，“凈化效率”通常用什么公式計(jì)算？()A.E=(Cin-Cout)/Cin*100%B.E=Cout/Cin*100%C.E=(Cout/Cin)2*100%D.E=(Cin-Cout)/Cout*100%10.將高濃度、有毒有害的工業(yè)廢氣通過化學(xué)洗滌塔進(jìn)行處理，使其中的有害成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害或低害物質(zhì)，這種技術(shù)主要屬于()A.吸附法B.催化轉(zhuǎn)化法C.過濾法D.濕法凈化二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將正確答案填在橫線上。）1.室內(nèi)空氣主要的顆粒物污染物來(lái)源包括室外傳入、和室內(nèi)活動(dòng)產(chǎn)生。2.催化劑在空氣凈化中常表現(xiàn)出選擇性，這意味著它對(duì)目標(biāo)污染物的轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)高于對(duì)其他污染物的轉(zhuǎn)化效率。3.影響活性炭吸附性能的因素除了自身結(jié)構(gòu)外，還與吸附質(zhì)的性質(zhì)和有關(guān)。4.靜電除塵器的核心部件包括高壓電暈發(fā)生裝置和集塵極。5.光催化反應(yīng)通常需要光照、催化劑和反應(yīng)物四個(gè)基本要素。6.對(duì)于吸附過程，吸附速率通常隨吸附劑表面與吸附質(zhì)之間距離的增大而。7.某種用于空氣凈化的新型吸附材料，其吸附容量隨溫度升高而降低，這種行為通常符合Langmuir等溫式。8.氮氧化物（NOx）是大氣中的主要污染物之一，其中NO在較高溫度下可以被O2氧化生成NO2。9.評(píng)價(jià)空氣凈化設(shè)備性能的重要指標(biāo)除了凈化效率外，還有處理風(fēng)量、運(yùn)行成本和等。10.活性炭的再生方法有多種，常用的包括通入熱空氣或水蒸氣進(jìn)行脫附。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分。）1.簡(jiǎn)述物理吸附和化學(xué)吸附在空氣凈化中各自的特點(diǎn)和區(qū)別。2.影響光催化降解VOCs效率的主要因素有哪些？請(qǐng)列舉至少三點(diǎn)。3.針對(duì)一個(gè)典型的工業(yè)鍋爐煙氣（含有SO2、NOx、粉塵等），請(qǐng)簡(jiǎn)述可以選擇哪些主要的化學(xué)處理方法，并說明其基本原理。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分。）1.某實(shí)驗(yàn)室用一定量的活性炭吸附某氣體污染物，實(shí)驗(yàn)測(cè)得吸附平衡時(shí)，氣體初始分壓為50kPa，平衡分壓為10kPa。若該吸附過程符合Langmuir等溫式，且該活性炭在該污染物上的飽和吸附量（qm）為20mmol/g。試計(jì)算當(dāng)氣體平衡分壓為30kPa時(shí)，活性炭的吸附量（q）。（假設(shè)吸附劑初始量為5g）2.某空氣凈化裝置處理空氣流量為1000m3/h，進(jìn)氣中NO濃度為200ppm（體積分?jǐn)?shù)），出氣中NO濃度為20ppm。請(qǐng)計(jì)算該裝置對(duì)NO的凈化效率。五、論述題（10分。）結(jié)合你所學(xué)的應(yīng)用化學(xué)知識(shí)，論述開發(fā)高效、低成本、環(huán)境友好的新型空氣凈化材料的重要性，并舉例說明一種具有潛力的新型材料及其作用機(jī)制。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.D5.C6.A7.A8.B9.A10.B二、填空題1.人活動(dòng)2.目標(biāo)污染物3.溫度4.高壓電暈發(fā)生裝置，集塵極5.光照，催化劑，反應(yīng)物6.降低7.Langmuir8.NO，O29.運(yùn)行穩(wěn)定性（或能耗、維護(hù)成本等合理答案）10.通入熱空氣或水蒸氣進(jìn)行脫附三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分物理吸附和化學(xué)吸附的機(jī)理、熱力學(xué)特征、選擇性、活化能、可逆性等。*物理吸附：依靠分子間范德華力；通?？稍谳^低溫度下發(fā)生；吸附熱較小，接近物理變化的熱量；無(wú)選擇性，吸附劑表面任何部位都可發(fā)生；通常為可逆吸附。*化學(xué)吸附：依靠化學(xué)鍵（共價(jià)鍵或離子鍵）；通常需要較高溫度；吸附熱較大，接近化學(xué)反應(yīng)熱；有選擇性，僅在具有特定化學(xué)性質(zhì)或結(jié)構(gòu)的活性位點(diǎn)上發(fā)生；通常為不可逆吸附或難以完全可逆。2.解析思路：影響光催化效率的因素主要圍繞光、催化劑、反應(yīng)物三方面。*光源因素：光照強(qiáng)度、光波長(zhǎng)（與催化劑帶隙匹配度）、光照時(shí)間。*催化劑因素：催化劑的種類、粒徑、形貌、表面活性位點(diǎn)數(shù)量、光生電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和分離效率、在反應(yīng)體系的分散性。*反應(yīng)物因素：污染物的濃度、種類、在催化劑表面的吸附能力、反應(yīng)環(huán)境（如pH值、溫度、氧氣濃度）。3.解析思路：針對(duì)鍋爐煙氣成分，選擇能分別去除SO2、NOx和粉塵的方法，并說明原理。*去除SO2：可采用濕法煙氣脫硫（WFGD），如石灰石-石膏法、氨法等。原理：利用堿性物質(zhì)（如CaCO3、Ca(OH)2、NH3）與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)或液態(tài)的硫酸鹽產(chǎn)物，從而將其從煙氣中去除。CaCO3+SO2+1/2O2→CaSO4+CO2是石灰石-石膏法的一個(gè)簡(jiǎn)化反應(yīng)式。*去除NOx：可采用選擇催化還原（SCR）技術(shù)。原理：在催化劑（常用V2O5-WO3/TiO2等）存在下，利用還原劑（如NH3、尿素）將煙氣中的NOx選擇性還原為N2和H2O。典型的反應(yīng)式為4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。*去除粉塵：可采用濕式除塵器（如文丘里洗滌器）或干式除塵器（如布袋除塵器、電除塵器）。原理：濕式除塵器利用液滴與粉塵顆粒的慣性碰撞、擴(kuò)散、重力沉降等效應(yīng)將粉塵捕集；干式除塵器則通過慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散、靜電吸引等機(jī)制實(shí)現(xiàn)粉塵分離。電除塵器利用高壓電場(chǎng)使粉塵顆粒荷電，然后在電場(chǎng)力作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)并被捕集。四、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用Langmuir等溫式q=qm*b*p/(1+b*p)，其中b是與吸附熱有關(guān)的常數(shù)。已知qm和p，求q。*已知：qm=20mmol/g,p=30kPa*平衡分壓為10kPa時(shí)的吸附量q1=20*b*10/(1+b*10)=10mmol/g。解得b=1/(2*10)=0.05kPa?1。*當(dāng)平衡分壓p=30kPa時(shí)，q2=20*0.05*30/(1+0.05*30)=20*1.5/(1+1.5)=20*1.5/2.5=12mmol/g。*吸附劑量5g，則吸附總量q=12mmol/g*5g=60mmol。*答案：活性炭的吸附量q=60mmol。2.解析思路：應(yīng)用凈化效率公式E=(Cin-Cout)/Cin*100%。注意單位統(tǒng)一，ppm需轉(zhuǎn)換為濃度單位（如mg/m3或mol/m3），但題目未給出換算系數(shù)，可假設(shè)體積流量和氣體分子量不變，直接用體積比計(jì)算。*In=200ppm=200*10??*Out=20ppm=20*10??*E=(200*10??-20*10??)/(200*10??)*100%=(180*10??)/(200*10??)*100%=0.9*100%=90%。*答案：該裝置對(duì)NO的凈化效率為90%。五、論述題解析思路：闡述開發(fā)新材料對(duì)于解決空氣污染問題的必要性（如現(xiàn)有技術(shù)的局限性、環(huán)保要求、成本效益等），并具體介紹一種新型材料及其作用原理。*重要性論述：當(dāng)前空氣污染問題日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)空氣凈化技術(shù)（如活性炭吸附、催化轉(zhuǎn)化）在效率、成本、二次污染、再生困難等方面存在不足。開發(fā)新型高效、低成本、環(huán)境友好的空氣凈化材料是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)、提升治理水平的關(guān)鍵。高效材料能更快、更徹底地去除污染物，降低能耗和運(yùn)行成本；低成本材料能擴(kuò)大應(yīng)用范圍，惠及更多人群；環(huán)境友好材料（如可降解、低毒）能減少對(duì)環(huán)境本身造成的影響；新型材料可能帶來(lái)全新的凈化機(jī)制，解決現(xiàn)有技術(shù)難以處理的污染物或場(chǎng)景。*材料舉例：以介孔二氧化鈦（TiO2）光催化劑為例。作用機(jī)制：TiO2是一種在紫外光照射下具有優(yōu)異光催化活性的半導(dǎo)體材料。其作用機(jī)制主要包括：①光照激發(fā)：TiO2吸收能量高于其帶隙寬度（Eg）的光子（主要為紫外光，部分可見光）時(shí)，產(chǎn)生電子（e?）和空穴（h?）；②電子-空穴對(duì)分離與遷移：由于TiO2的能帶結(jié)構(gòu)，光生e?和h?容易重新復(fù)合。通過調(diào)控TiO2的能帶位置或摻雜、復(fù)合等改性手段可以提高e?-h?對(duì)的分離效率；③表面反應(yīng)：分