2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——石油化學(xué)與新能源材料研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。多選、錯(cuò)選、漏選均不得分。）1.下列屬于烷烴的是（），屬于環(huán)烷烴的是（），屬于芳香烴的是（）。A.甲烷B.乙烷C.丙烷D.環(huán)己烷E.苯F.甲苯2.石油煉制過(guò)程中，常壓蒸餾和減壓蒸餾的主要區(qū)別在于（）。A.操作溫度B.操作壓力C.餾分范圍D.分離原理E.所用催化劑3.下列石油加工過(guò)程中，主要目的是獲得更多輕質(zhì)液體燃料的是（），主要目的是提高輕質(zhì)油產(chǎn)率的是（）。A.脫鹽脫水B.催化重整C.催化裂化D.加氫精制E.減壓蒸餾4.下列高分子合成反應(yīng)中，屬于加聚反應(yīng)的是（），屬于縮聚反應(yīng)的是（）。A.聚乙烯的合成B.聚氯乙烯的合成C.聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的合成D.聚己二酸己二胺的合成E.聚丙烯腈的合成5.光伏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是（）。A.半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)B.光子能量大于材料帶隙寬度C.光照引起半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生載流子分離D.電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)載流子定向移動(dòng)E.P-N結(jié)的形成二、填空題（每空2分，共20分）1.石油主要由______、______和少量非烴類化合物組成。2.催化裂化（FCC）常用的催化劑是______，其主要產(chǎn)物包括______和______。3.乙烯基單體通過(guò)______反應(yīng)可以合成聚乙烯，單體對(duì)苯二甲酸和乙二醇通過(guò)______反應(yīng)可以合成聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）。4.鋰離子電池放電過(guò)程中，鋰離子從正極______，通過(guò)電解質(zhì)遷移到負(fù)極______。5.染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）的核心組件包括______、______、______和電解質(zhì)。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.閃點(diǎn)2.聚合物降解3.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池4.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述催化重整的主要目的和產(chǎn)物特點(diǎn)。2.簡(jiǎn)述硅基太陽(yáng)能電池的基本工作原理。3.簡(jiǎn)述鋰離子電池中正極材料LiFePO4的主要優(yōu)缺點(diǎn)。4.簡(jiǎn)述燃料電池的基本工作原理及其主要組成部分。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述提高汽油辛烷值的主要方法及其原理。2.論述發(fā)展新能源材料對(duì)于解決能源和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵作用及面臨的挑戰(zhàn)。六、計(jì)算題（共8分）已知某原油的常壓蒸餾數(shù)據(jù)如下：200℃前餾出量為30%，350℃前餾出量為75%。假設(shè)200℃～350℃餾分中只含飽和烷烴，且平均相對(duì)分子質(zhì)量為120。試估算該餾分中碳原子數(shù)在C10至C14之間的烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（提示：飽和烷烴的通式為CnH2n+2，其相對(duì)分子質(zhì)量為14n+2）---一、選擇題1.A,B,C;D,E,F2.B,C,D;A,B3.C,E;A,B,D4.A,B;C,D,E5.A,B,C,D,E二、填空題1.烴類，非烴類2.催化裂化催化劑（如Y型分子篩），汽油，烯烴3.加聚，縮聚4.遷移出來(lái)，嵌入5.染料敏化劑，半導(dǎo)體電極，對(duì)電極，電解質(zhì)三、名詞解釋1.閃點(diǎn)是指液體在規(guī)定條件下加熱至揮發(fā)出的蒸氣與空氣的混合物在接觸火源時(shí)能發(fā)生閃燃的最低溫度，是衡量液體易燃性的指標(biāo)。2.聚合物降解是指聚合物在光、熱、氧、機(jī)械力等作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，導(dǎo)致性能下降的現(xiàn)象。3.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種以鈣鈦礦型半導(dǎo)體材料作為吸光層的薄膜太陽(yáng)能電池，具有效率高、成本低、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)。4.質(zhì)子交換膜燃料電池是一種以質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，直接將氫氣和氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。四、簡(jiǎn)答題1.催化重整的主要目的是提高汽油的辛烷值，同時(shí)生產(chǎn)富含芳烴的化工原料。其原理是利用催化劑在較高溫度下，將烷烴和環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為辛烷值高、富含芳烴的產(chǎn)物。2.硅基太陽(yáng)能電池的基本工作原理是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光子照射到硅片上時(shí)，如果光子能量足夠大，就會(huì)激發(fā)出電子-空穴對(duì)。在P-N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子和空穴被分離并分別向N區(qū)和P區(qū)移動(dòng)，形成光電流。3.LiFePO4的主要優(yōu)點(diǎn)是安全性高（不易熱失控）、循環(huán)壽命長(zhǎng)、資源豐富且價(jià)格低廉。主要缺點(diǎn)是電導(dǎo)率較低、倍率性能較差、首次庫(kù)侖效率不高。4.燃料電池的基本工作原理是利用燃料（通常是氫氣）和氧化劑（通常是氧氣）在催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，直接生成電能、水和熱量。主要組成部分包括陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和燃料供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)等。五、論述題1.提高汽油辛烷值的主要方法包括：①加入辛烷值添加劑，如四乙基鉛（已禁用）、甲基叔丁基醚（MTBE，部分禁用）和烷基化油等；②采用催化重整工藝，將烷烴和環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為辛烷值高的芳烴和異構(gòu)烷烴；③采用烷基化工藝，將低辛烷值的烷烴轉(zhuǎn)化為高辛烷值的異構(gòu)烷烴。這些方法的原理在于通過(guò)改變汽油的化學(xué)組成，增加抗爆震性能，從而可以在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用更高的壓縮比，提高熱效率。2.發(fā)展新能源材料對(duì)于解決能源和環(huán)境問(wèn)題至關(guān)重要。首先，新能源材料是太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、生物質(zhì)能等新能源技術(shù)的基礎(chǔ)，如高效太陽(yáng)能電池材料、儲(chǔ)氫材料、燃料電池催化劑等，能夠提高能源轉(zhuǎn)換和利用效率。其次，新能源材料的應(yīng)用有助于減少對(duì)化石燃料的依賴，降低溫室氣體排放，緩解環(huán)境污染問(wèn)題。然而，發(fā)展也面臨挑戰(zhàn)，如部分新能源材料制備成本高、資源有限、性能有待提高（如電池的循環(huán)壽命和安全性）、規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)不成熟、回收利用體系不完善等?？朔@些挑戰(zhàn)需要持續(xù)的研發(fā)投入和跨學(xué)科合作。六、計(jì)算題解：設(shè)該餾分質(zhì)量為100g，則C10-C14烷烴的質(zhì)量為100g×75%-100g×30%=45g。C10-C14烷烴的碳原子數(shù)n的范圍為10到14。對(duì)于CnH2n+2，其相對(duì)分子質(zhì)量M=14n+2。當(dāng)n=10時(shí)，M=14×10+2=142；當(dāng)n=11時(shí)，M=14×11+2=156；當(dāng)n=12時(shí)，M=14×12+2=170；當(dāng)n=13時(shí)，M=14×13+2=184；當(dāng)n=14時(shí)，M=14×14+2=198。該餾分中烷烴的平均相對(duì)分子質(zhì)量為120，說(shuō)明其碳數(shù)分布不均勻，但題目要求估算C10-C14烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即計(jì)算這五種烷烴在該餾分中的比例。假設(shè)C10-C14烷烴的混合物中各組分含量接近均勻分布（實(shí)際分布復(fù)雜，此為簡(jiǎn)化估算），則可近似認(rèn)為C10-C14烷烴的平均相對(duì)分子質(zhì)量約為(142+156+170+184+198)/5=170。設(shè)C10-C14烷烴的總摩爾數(shù)為n_total，則有45g/170g/mol=n_total。該餾分（假設(shè)為純C10-C14烷烴）的總摩爾數(shù)n_total'=45g/170g/mol≈0.2647mol。對(duì)于純C10-C14烷烴混合物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)w=(各組分質(zhì)量之和)/(總質(zhì)量)。由于假設(shè)各組分含量均勻，且共有5種組分，理論上每種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1/5=20%。但考慮到平均分子量120低于170，實(shí)際C10-C14烷烴在餾分中的比例應(yīng)高于20%。根據(jù)估算，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為(45g/100g)×(1/5)=9%，顯然不合理，說(shuō)明簡(jiǎn)化假設(shè)偏差大。更合理的估算方法是考慮平均分子量120對(duì)應(yīng)的碳數(shù)范圍。若平均分子量為120，則n≈(120-2)/14≈8.4。即該餾分中主要烷烴碳數(shù)在C8-C9之間。C10-C14烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)相對(duì)較低。若要估算C10-C14烷烴的實(shí)際比例，需要更復(fù)雜的成分分析數(shù)據(jù)或采用更精確的模型?；陬}目要求和簡(jiǎn)化，只能說(shuō)C10-C14烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)取決于具體的餾分組成，但遠(yuǎn)小于整個(gè)餾分（75%餾出量）的總量，且平均分子量120暗示其主要成分碳數(shù)小于10。若強(qiáng)行估算一個(gè)比例，考慮到C10-C14烷烴占整個(gè)餾分（75%）的一部分，且平均分子量高于整體平均值，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能在幾個(gè)百分點(diǎn)到十幾個(gè)百分點(diǎn)之間，精確值需依據(jù)具體組分確定。試卷答案一、選擇題1.A,B,C;D,E,F解析：烷烴是飽和烴，通式CnH2n+2，包括甲烷、乙烷、丙烷等。環(huán)烷烴是環(huán)狀飽和烴，通式CnH2n。芳香烴是含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的烴，包括苯、甲苯、二甲苯等。2.B,C,D;A,B解析：常壓蒸餾和減壓蒸餾的主要區(qū)別在于操作壓力不同（減壓蒸餾在較低壓力下進(jìn)行）。操作溫度、餾分范圍、分離原理都因蒸餾方式而異。脫鹽脫水是物理過(guò)程，不涉及催化劑。3.C,E;A,B,D解析：催化裂化（FCC）的主要目的是將重質(zhì)油裂解成更多的輕質(zhì)液體燃料（汽油、煤油、柴油）。催化重整的主要目的是提高輕質(zhì)油（汽油）的辛烷值，并生產(chǎn)芳烴。脫鹽脫水是預(yù)處理過(guò)程；加氫精制是提高油品質(zhì)量的過(guò)程。4.A,B;C,D,E解析：加聚反應(yīng)是單體通過(guò)不飽和鍵斷裂，相互加成形成聚合物的反應(yīng)，無(wú)小分子副產(chǎn)物。聚乙烯、聚氯乙烯是典型的加聚反應(yīng)產(chǎn)物?？s聚反應(yīng)是單體通過(guò)官能團(tuán)反應(yīng)，同時(shí)生成聚合物和小分子副產(chǎn)物（如水、醇等）的反應(yīng)。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二胺是典型的縮聚反應(yīng)產(chǎn)物。5.A,B,C,D,E解析：光伏效應(yīng)的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)；需要光子能量大于材料帶隙寬度才能激發(fā)載流子；光照導(dǎo)致產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)；內(nèi)建電場(chǎng)使載流子分離；P-N結(jié)的形成是器件結(jié)構(gòu)，有助于載流子分離和電流收集。二、填空題1.烴類，非烴類解析：石油是復(fù)雜的混合物，按化學(xué)組成可分為烴類（主要是各種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴）和非烴類化合物（如含硫、氮、氧的有機(jī)物和瀝青質(zhì)等）。2.催化裂化催化劑（如Y型分子篩），汽油，烯烴解析：催化裂化是重油輕質(zhì)化的關(guān)鍵工藝，常用催化劑是具有高酸性的分子篩（如Y型分子篩）。主要產(chǎn)物是汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)液體燃料和富含烯烴的裂解氣。3.加聚，縮聚解析：乙烯（CH2=CH2）含有碳碳雙鍵，可通過(guò)加聚反應(yīng)聚合生成聚乙烯（-CH2-CH2-）n。對(duì)苯二甲酸和乙二醇都含有兩個(gè)官能團(tuán)，可以通過(guò)縮聚反應(yīng)脫去水分子生成聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（-CO-O-CH2-CH2-O-CO-）n。4.遷移出來(lái)，嵌入解析：鋰離子電池工作原理涉及鋰離子（Li+）在充放電過(guò)程中的轉(zhuǎn)移。放電時(shí)，鋰離子從正極材料表面脫出（遷移出來(lái)），通過(guò)電解質(zhì)溶液遷移到負(fù)極材料內(nèi)部嵌入（嵌入）。5.染料敏化劑，半導(dǎo)體電極，對(duì)電極，電解質(zhì)解析：DSSC由感光染料敏化劑（吸收光子并產(chǎn)生電子）、寬譜響應(yīng)的半導(dǎo)體納米顆粒電極（傳遞電子、提供表面）、作為電子給體的對(duì)電極（通常是鉑黑或碳材料，參與氧化還原反應(yīng)）以及離子導(dǎo)電的電解質(zhì)（傳遞鋰離子）組成。三、名詞解釋1.閃點(diǎn)是指液體在規(guī)定條件下加熱至揮發(fā)出的蒸氣與空氣的混合物在接觸火源時(shí)能發(fā)生閃燃的最低溫度，是衡量液體易燃性的指標(biāo)。解析：閃點(diǎn)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定的，表示液體揮發(fā)性的參數(shù)。閃點(diǎn)越低，表示液體越易揮發(fā)，形成的爆炸性混合氣體越易被點(diǎn)燃，危險(xiǎn)性越大。2.聚合物降解是指聚合物在光、熱、氧、機(jī)械力等作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，導(dǎo)致性能下降的現(xiàn)象。解析：聚合物降解是聚合物大分子鏈發(fā)生化學(xué)或物理變化的總稱，這些變化破壞了聚合物的結(jié)構(gòu)完整性或分子量，使其力學(xué)性能、光學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等下降。3.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種以鈣鈦礦型半導(dǎo)體材料作為吸光層的薄膜太陽(yáng)能電池，具有效率高、成本低、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)。解析：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是指其關(guān)鍵的光吸收層由鈣鈦礦型化合物（ABX3結(jié)構(gòu)，常為金屬鹵化物）構(gòu)成。這類電池近年來(lái)發(fā)展迅速，光電轉(zhuǎn)換效率較高，且制備方法多樣，成本相對(duì)較低。4.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種以質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，直接將氫氣和氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。解析：PEMFC是一種類型燃料電池，其核心部件是質(zhì)子交換膜（如Nafion），它允許質(zhì)子（H+）通過(guò)，而阻止電子和氣體分子通過(guò)。在陽(yáng)極，氫氣分解為質(zhì)子和電子；電子經(jīng)外部電路流向陰極；質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極；在陰極，質(zhì)子和電子與氧氣結(jié)合生成水，同時(shí)釋放熱量。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述催化重整的主要目的和產(chǎn)物特點(diǎn)。解析：催化重整的主要目的是提高原油輕質(zhì)液體燃料（尤其是汽油）的辛烷值，同時(shí)生產(chǎn)富含芳烴的化工原料。其原理是利用催化劑（如鉑-錸或鉑-錫體系）在較高溫度（約500℃）和適當(dāng)壓力下，使烷烴和環(huán)烷烴發(fā)生脫氫、異構(gòu)化、芳構(gòu)化等反應(yīng)，生成高辛烷值的異構(gòu)烷烴和芳香烴，并降低烷烴含量。2.簡(jiǎn)述硅基太陽(yáng)能電池的基本工作原理。解析：硅基太陽(yáng)能電池（主要是單晶硅太陽(yáng)能電池）的基本工作原理是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光照射到硅片上時(shí)，光子攜帶的能量被硅原子吸收，如果光子能量足夠大（大于硅的帶隙寬度約1.1eV），就能激發(fā)電子脫離原子束縛，產(chǎn)生自由電子和空穴。這些電子-空穴對(duì)在硅內(nèi)部形成的內(nèi)建電場(chǎng)（P-N結(jié)）的作用下被分離，電子向N區(qū)移動(dòng)，空穴向P區(qū)移動(dòng)，從而在電池兩端形成光生電壓和光電流。在外電路連接的情況下，光電流可以對(duì)外供電。3.簡(jiǎn)述鋰離子電池中正極材料LiFePO4的主要優(yōu)缺點(diǎn)。解析：LiFePO4（磷酸鐵鋰）作為鋰離子電池正極材料的主要優(yōu)點(diǎn)是安全性高（熱穩(wěn)定性好，不易發(fā)生熱失控）、循環(huán)壽命長(zhǎng)（可達(dá)數(shù)千次循環(huán)）、資源豐富（鐵和磷地殼儲(chǔ)量豐富）、環(huán)境友好（無(wú)毒性）、成本相對(duì)較低。主要缺點(diǎn)是電導(dǎo)率較低（電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)都較低），導(dǎo)致倍率性能較差（大電流充放電效率不高）、充電平臺(tái)電壓較低（約3.45VvsLi/Li+），首次庫(kù)侖效率不高（約75-80%）。4.簡(jiǎn)述燃料電池的基本工作原理及其主要組成部分。解析：燃料電池是一種將燃料（通常是氫氣）和氧化劑（通常是氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作過(guò)程是電化學(xué)過(guò)程，不產(chǎn)生燃燒和高溫?；竟ぷ髟硎牵涸诖呋瘎┳饔孟?，燃料在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)失電子，氧化劑在陰極發(fā)生還原反應(yīng)得電子，電子通過(guò)外部電路從陽(yáng)極流向陰極，形成電流，同時(shí)生成副產(chǎn)物（如水）。主要組成部分包括：①陽(yáng)極：燃料進(jìn)入并發(fā)生氧化反應(yīng)的電極；②陰極：氧化劑進(jìn)入并發(fā)生還原反應(yīng)的電極；③電解質(zhì)：允許離子（如質(zhì)子H+或氧離子O2-）通過(guò)，而在電子電路中起到電絕緣作用；④催化劑：促進(jìn)陽(yáng)極和陰極反應(yīng)的進(jìn)行；⑤燃料供給系統(tǒng)和氧化劑供給系統(tǒng)：分別提供燃料和氧化劑；⑥分離器/流場(chǎng)板：用于支撐電極、流導(dǎo)氣體、分配反應(yīng)物和收集產(chǎn)物。五、論述題1.論述提高汽油辛烷值的主要方法及其原理。解析：提高汽油辛烷值的主要方法包括：①加入辛烷值添加劑：向汽油中加入高辛烷值組分，如四乙基鉛（已禁用因其毒性）、甲基叔丁基醚（MTBE，部分國(guó)家已禁用因其環(huán)境污染問(wèn)題）和烷基化油（如異丁烯與異丁烯酸反應(yīng)生成的甲基叔丁基醚，或苯與辛烯烴烷基化生成的烷基苯）。這些添加劑能顯著提高汽油的抗爆震性（辛烷值）。原理在于它們能改變汽油的化學(xué)組成，增加高抗爆震性的組分（如異構(gòu)烷烴和芳香烴），抑制爆震的發(fā)生。②采用催化重整工藝：催化重整是在催化劑作用下，將鏈烷烴和環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為辛烷值高的異構(gòu)烷烴和芳香烴的過(guò)程。原理是利用分子重排和脫氫等反應(yīng)，打破穩(wěn)定的C-C單鍵，形成更抗爆震的結(jié)構(gòu)。③采用烷基化工藝：烷基化是將低辛烷值的烷烴（如正丁烷）作為烷基供體，與含有多重不飽和鍵的烯烴（如異丁烯）或芳香烴（如苯）反應(yīng)，生成高辛烷值的異構(gòu)烷烴。原理是利用親電加成或自由基取代反應(yīng)，將低辛烷值組分轉(zhuǎn)化為高辛烷值組分。這些方法共同作用，可以有效提高汽油的抗爆震性能，允許發(fā)動(dòng)機(jī)使用更高的壓縮比，從而提高燃油效率和動(dòng)力性。2.論述發(fā)展新能源材料對(duì)于解決能源和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵作用及面臨的挑戰(zhàn)。解析：發(fā)展新能源材料對(duì)于解決能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題具有至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵作用體現(xiàn)在：①提供技術(shù)基礎(chǔ)：新能