2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——應用化學專業(yè)實踐教學案例總結(jié)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______考生注意：以下案例材料僅供參考，請根據(jù)要求完成相關(guān)問題。案例一：某化工廠生產(chǎn)一種重要的有機中間體A。其合成路線的主要步驟包括：原料B在催化劑C存在下與化合物D發(fā)生反應生成粗產(chǎn)品A，然后對粗產(chǎn)品A進行提純。實驗室模擬該生產(chǎn)過程進行實踐，觀察到以下現(xiàn)象：在步驟一的反應中，需要嚴格控制反應溫度在80-90℃，且反應時間不宜過長；反應結(jié)束后，釜內(nèi)液體呈淡黃色；粗產(chǎn)品A主要通過蒸餾進行提純，收集210-220℃的餾分，得到無色透明液體。提純后產(chǎn)品A的產(chǎn)率為85%。實踐過程中發(fā)現(xiàn)，若反應溫度過高或反應時間過長，產(chǎn)品A的產(chǎn)率會顯著下降，并伴有難聞氣味產(chǎn)生。請結(jié)合化學原理，回答以下問題：1.寫出合成路線中步驟一的可能化學反應方程式（若有多步，只需寫出關(guān)鍵步驟）。2.解釋為何步驟一的反應需要嚴格控制溫度和時間。3.分析粗產(chǎn)品A呈淡黃色以及提純過程中產(chǎn)生難聞氣味的原因。4.提出至少兩種提高產(chǎn)品A產(chǎn)率和純度的方法，并簡述其原理。5.結(jié)合本案例，簡述蒸餾提純的原理及其適用范圍。案例二：在一家制藥公司的研發(fā)實驗室，進行某藥物（目標產(chǎn)物X）的合成探索。研究人員嘗試使用兩種不同的路線（路線甲和路線乙）合成目標產(chǎn)物X。實驗數(shù)據(jù)如下：*路線甲：以Y為原料，收率60%，產(chǎn)物中檢測到雜質(zhì)Z（結(jié)構(gòu)未知）。*路線乙：以W為原料，收率75%，產(chǎn)物純度較高，未檢測到明顯雜質(zhì)。研究人員對路線甲產(chǎn)生的雜質(zhì)Z進行了初步分析，發(fā)現(xiàn)它可能是在反應過程中由原料Y自身分解產(chǎn)生的。進一步研究發(fā)現(xiàn)，雜質(zhì)Z在特定條件下可以轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物X，但該轉(zhuǎn)化過程條件苛刻，且會產(chǎn)生副產(chǎn)物。請回答以下問題：1.比較路線甲和路線乙，哪個路線更優(yōu)？說明理由。2.推測雜質(zhì)Z可能的結(jié)構(gòu)，并簡要說明其產(chǎn)生的可能原因。3.若要改進路線甲以減少或消除雜質(zhì)Z，可以嘗試哪些方法？請?zhí)岢鲋辽賰煞N方案并簡述原理。4.在藥物合成中，選擇合成路線時通常需要考慮哪些因素？案例三：某高?！稇没瘜W》專業(yè)進行“電解水制氫氣”的綜合性實踐教學。實驗中使用了鐵作陽極，碳棒作陰極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液。實驗過程中觀察到陽極鐵片逐漸溶解，陰極有無色氣泡產(chǎn)生，溶液顏色逐漸變淺。學生小組對收集到的氫氣進行了純度測定，發(fā)現(xiàn)氫氣中混雜有少量氧氣和二氧化碳。請回答以下問題：1.寫出陽極和陰極發(fā)生的半反應方程式。2.解釋陽極鐵片為什么會溶解。3.指出實驗中產(chǎn)生氧氣和二氧化碳的可能來源。4.為了提高氫氣的純度，可以采取哪些措施？請分別針對氧氣和二氧化碳的去除提出建議。5.結(jié)合本案例，簡述電解池的工作原理及其應用前景。試卷答案案例一：1.化學反應方程式（示例）：B+D--(催化劑C,80-90℃,t)-->A+E（具體方程式需根據(jù)B、D、A的實際化學性質(zhì)確定）*解析思路：根據(jù)題目描述，原料B和D在催化劑C作用下生成A和E，需書寫符合化學事實的反應方程式。2.控制溫度：過高可能導致副反應發(fā)生（如生成雜質(zhì)E或有難聞氣味的副產(chǎn)物），或加速反應物/產(chǎn)物分解；時間過長可能導致副反應進行，或產(chǎn)物分解，從而降低主產(chǎn)物A的產(chǎn)率。*解析思路：結(jié)合化學動力學和熱力學知識，分析溫度對反應速率、平衡和選擇性的影響，以及時間過長可能導致的副反應或分解。3.淡黃色可能原因：粗產(chǎn)品A不純，含有催化劑C的殘留、反應中間體或副產(chǎn)物等有色雜質(zhì)；提純過程中產(chǎn)生的炭化物。*解析思路：分析粗產(chǎn)品中可能存在的雜質(zhì)種類及其顏色，以及蒸餾過程中可能發(fā)生的側(cè)反應（如炭化）。*難聞氣味原因：可能是副產(chǎn)物（如題目中提到的E）具有特殊氣味，或反應物/產(chǎn)物在高溫下分解產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)。*解析思路：根據(jù)題目信息“伴有難聞氣味產(chǎn)生”以及溫度過高等條件，推斷可能產(chǎn)生氣味物質(zhì)的來源。4.提高產(chǎn)率方法及原理：*優(yōu)化反應條件：如精確控制最佳溫度、選擇合適的催化劑C并優(yōu)化其用量、控制反應時間在最佳點。原理：提高主反應速率和選擇性，抑制副反應。*改進分離提純方法：如增加反應時間讓雜質(zhì)充分轉(zhuǎn)化后分離，或采用更高效的提純技術(shù)（如分餾、萃取等）。原理：提高目標產(chǎn)物A的回收率，減少損失。*解析思路：從影響化學平衡和反應速率的因素入手，結(jié)合分離提純的原則，提出可行的改進措施并闡述其科學依據(jù)。5.蒸餾提純原理：利用混合物中各組分沸點的差異，通過加熱使低沸點組分先氣化，再冷凝收集，從而實現(xiàn)分離提純。適用范圍：適用于沸點差異較大（通常大于30-40℃）且各組分揮發(fā)性均不太低的液體混合物。*解析思路：闡述蒸餾的基本原理（基于沸點差異的汽液相平衡），并說明其適用條件。案例二：1.路線乙更優(yōu)。理由：路線乙的收率（75%）高于路線甲（60%），且產(chǎn)物純度更高（未檢測到明顯雜質(zhì)），說明路線乙效率更高，產(chǎn)物更容易純化，合成過程更理想。*解析思路：直接比較兩個路線的關(guān)鍵指標（收率和純度），選擇綜合表現(xiàn)更好的路線。2.雜質(zhì)Z可能結(jié)構(gòu)：需根據(jù)Y的結(jié)構(gòu)進行推測；例如，若Y是某醇，雜質(zhì)Z可能是其氧化產(chǎn)物醛或酸，或脫水產(chǎn)物烯烴等。產(chǎn)生原因：原料Y在反應條件下（如高溫、催化劑存在）發(fā)生自身分解、氧化或脫水等副反應。*解析思路：根據(jù)雜質(zhì)Z的來源信息（原料Y自身分解），結(jié)合常見的有機化學反應類型（氧化、脫水等），推測可能的結(jié)構(gòu)和生成機理。3.改進方案及原理：*調(diào)整反應條件：如降低反應溫度、縮短反應時間、優(yōu)化催化劑種類或用量，以抑制副反應的發(fā)生。原理：改善反應選擇性，使反應向主產(chǎn)物方向進行。*增加反應步驟或引入阻斷劑：如增加一步中和或萃取步驟去除可能催化副反應的雜質(zhì)，或在反應體系中加入能選擇性消耗副反應中間體的物質(zhì)。原理：消除或減少副反應發(fā)生的途徑。*解析思路：針對雜質(zhì)產(chǎn)生的具體原因（副反應），從控制反應條件、改變反應路徑等角度提出解決方案。4.選擇合成路線考慮因素：目標產(chǎn)物的收率和純度、反應條件（溫度、壓力、催化劑）的溫和性與經(jīng)濟性、原料的易得性與成本、反應過程的綠色環(huán)保性（原子經(jīng)濟性、副產(chǎn)物少）、操作安全性、合成路線的簡便性與可放大性等。*解析思路：列舉藥物合成中選擇路線時需要權(quán)衡考慮的關(guān)鍵因素。案例三：1.陽極反應：Fe-2e?=Fe2?（或Fe-3e?=Fe3?，取決于電解質(zhì)酸堿度和條件）陰極反應：2H?+2e?=H?↑*解析思路：根據(jù)電解池原理，陽極發(fā)生氧化反應失去電子，陰極發(fā)生還原反應得到電子。鐵作陽極失去電子生成亞鐵離子（或鐵離子），稀硫酸提供氫離子在陰極得到電子生成氫氣。2.陽極鐵片溶解：因為鐵在陽極失去電子發(fā)生氧化反應，生成了亞鐵離子（或鐵離子）溶解到溶液中。*解析思路：直接回答陽極發(fā)生的電化學反應，即鐵被氧化。3.氧氣來源：可能是空氣中的氧氣在陰極區(qū)域溶解或擴散進入電解液，然后在陰極還原（在酸性條件下）；或者是水電解的副反應（2H?O+4e?=O?+4H?）。*解析思路：分析電解水主反應外，可能發(fā)生的其他副反應，特別是氧氣相關(guān)的反應。*二氧化碳來源：可能是空氣中的二氧化碳溶解在水中，然后參與反應（如與氫離子反應）；或者是實驗裝置漏氣帶入空氣中的。*解析思路：分析氫氣中可能混有的其他氣體來源，通?？紤]空氣污染和電解副反應。4.提高氫氣純度措施：*針對氧氣：使用惰性氣體（如氮氣）保護電解液和收集系統(tǒng)，或在陰極區(qū)域通入少量氯氣將氧氣氧化成氯酸根等。原理：排除氧氣來源或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為非氣態(tài)物質(zhì)。*針對二氧化碳：使用堿溶液（如氫氧化鈉溶液）洗滌收集到的氫氣，吸收二氧化碳。原理：二氧化碳與堿反應生成碳酸鹽被吸收。*解析