2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——能源化學(xué)在資源綜合利用中的突破考試時(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)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于能源化學(xué)在礦產(chǎn)資源綜合利用領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向？A.從低品位礦石中高效提取稀有金屬B.通過(guò)催化轉(zhuǎn)化將煤氣化生成合成氣C.利用太陽(yáng)能直接分解水制氫D.將工業(yè)副產(chǎn)鹽轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品2.在生物質(zhì)資源化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，下列哪種技術(shù)主要側(cè)重于通過(guò)生物催化劑（酶）實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的合成？A.生物質(zhì)氣化B.生物質(zhì)液化C.生物質(zhì)發(fā)酵D.生物質(zhì)熱解3.針對(duì)工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，能源化學(xué)相關(guān)技術(shù)可以將其轉(zhuǎn)化為哪種形式實(shí)現(xiàn)資源化利用？A.厭氧消化產(chǎn)生沼氣B.化學(xué)沉淀去除重金屬C.直接排放D.熱力焚燒4.電化學(xué)沉積技術(shù)用于資源綜合利用時(shí)，其核心原理是利用外加電流驅(qū)動(dòng)溶液中離子發(fā)生什么變化，在電極表面形成金屬或其他功能薄膜？A.光化學(xué)反應(yīng)B.催化分解C.電極反應(yīng)D.機(jī)械沉淀5.在多聯(lián)產(chǎn)（Polygeneration）系統(tǒng)中，能源化學(xué)技術(shù)通常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)什么目標(biāo)？A.僅生產(chǎn)單一能源產(chǎn)品B.將廢棄物轉(zhuǎn)化為電能C.同時(shí)生產(chǎn)多種能源（如電、熱、氫氣）和化學(xué)品D.降低能源生產(chǎn)成本6.為了提高費(fèi)托合成反應(yīng)選擇性和效率，能源化學(xué)家通常會(huì)研究如何改進(jìn)？A.原料油品質(zhì)B.催化劑結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)C.反應(yīng)溫度單一設(shè)定D.產(chǎn)品分離純化技術(shù)7.碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)中，能源化學(xué)的主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在哪一環(huán)節(jié)？A.大規(guī)模地質(zhì)封存庫(kù)的勘探B.從煙氣中捕集二氧化碳的化學(xué)吸收法C.將捕集的CO2運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程D.CO2資源化利用的化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)8.下列哪種能源化學(xué)技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”理念的關(guān)鍵支撐？A.高效燃燒技術(shù)B.廢棄物直接填埋C.廢舊電池材料的化學(xué)回收與再利用D.大規(guī)模地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)9.在太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)中，能源化學(xué)的貢獻(xiàn)主要在于什么？A.發(fā)電機(jī)組的制造B.高效光熱轉(zhuǎn)換材料（如吸光材料、儲(chǔ)熱材料）的研發(fā)C.發(fā)電電網(wǎng)的調(diào)度D.發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)10.對(duì)于能源化學(xué)領(lǐng)域在資源綜合利用方面的“突破”，以下哪種描述最為準(zhǔn)確？A.發(fā)現(xiàn)了全新的能源資源類(lèi)型B.開(kāi)發(fā)了效率極低但環(huán)境友好的轉(zhuǎn)化方法C.實(shí)現(xiàn)了低成本、高選擇性、高效率的資源轉(zhuǎn)化過(guò)程D.建立了全球統(tǒng)一的資源回收標(biāo)準(zhǔn)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.能源化學(xué)通過(guò)__________和__________等手段，將煤炭等含碳化石燃料轉(zhuǎn)化為更清潔、更高效的能源和化學(xué)品。2.在處理含有重金屬離子的工業(yè)廢水時(shí)，能源化學(xué)可以設(shè)計(jì)__________體系，使其轉(zhuǎn)化為不溶性的氫氧化物或硫化物沉淀下來(lái)。3.生物質(zhì)氣化過(guò)程中，生物質(zhì)在高溫缺氧條件下熱解生成主要成分為_(kāi)_________、CO和H?的混合氣體。4.電催化技術(shù)是能源化學(xué)的重要分支，其在氫燃料電池中用于加速__________和__________兩個(gè)關(guān)鍵的電化學(xué)反應(yīng)。5.資源綜合利用強(qiáng)調(diào)的是從“__________”向“__________”的轉(zhuǎn)變理念。6.將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱(chēng)為_(kāi)_________，其核心部件是能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)的__________。7.為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物的資源化，能源化學(xué)需要開(kāi)發(fā)針對(duì)不同廢棄物（如塑料、污泥）的__________轉(zhuǎn)化技術(shù)。8.在CO?資源化利用中，將CO?轉(zhuǎn)化為甲烷或碳酸乙烯酯等化學(xué)品是常見(jiàn)的__________途徑。9.催化劑在能源化學(xué)過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色，它可以__________反應(yīng)速率，并提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。10.隨著對(duì)碳中和目標(biāo)的要求日益提高，能源化學(xué)在__________和__________領(lǐng)域的創(chuàng)新顯得尤為重要。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述能源化學(xué)中“綠色化學(xué)”原則在資源綜合利用實(shí)踐中的指導(dǎo)意義。2.對(duì)比說(shuō)明生物質(zhì)直接燃燒與生物質(zhì)氣化在資源利用方面的主要區(qū)別。3.解釋電化學(xué)沉積技術(shù)相較于傳統(tǒng)物理方法（如真空蒸發(fā)）在制備某些功能薄膜材料時(shí)的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)。4.簡(jiǎn)述碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)鏈條中，能源化學(xué)主要涉及哪些環(huán)節(jié)和技術(shù)類(lèi)型。四、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例或原理，深入分析和闡述下列問(wèn)題）1.論述能源化學(xué)催化技術(shù)在提高化石能源利用效率、減少環(huán)境污染方面的作用和面臨的挑戰(zhàn)。2.選擇一種你熟悉的工業(yè)廢棄物（如廢塑料、工業(yè)污泥、冶煉廢渣等），詳細(xì)闡述能源化學(xué)可以采用哪些技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源或能源，并分析其可能的技術(shù)路徑和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。3.結(jié)合當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的背景，論述能源化學(xué)在實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)中的關(guān)鍵作用，并展望未來(lái)可能的技術(shù)突破方向。試卷答案一、選擇題1.C解析：選項(xiàng)A、B、D均屬于能源化學(xué)在礦產(chǎn)資源綜合利用的應(yīng)用，如從低品位礦石中提取金屬是冶金化學(xué)范疇，煤氣化是能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，鹽轉(zhuǎn)化是化工過(guò)程。選項(xiàng)C，利用太陽(yáng)能直接分解水制氫是太陽(yáng)能化學(xué)或光化學(xué)轉(zhuǎn)換，主要利用的是太陽(yáng)能而非傳統(tǒng)意義上的“能源化學(xué)”對(duì)資源的“綜合利用”，更偏向于可再生能源領(lǐng)域。2.C解析：生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)包括物理法（熱解、氣化、液化）和化學(xué)法。生物質(zhì)發(fā)酵是利用微生物（生物催化劑）將糖類(lèi)等生物質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為乙醇、乳酸等化學(xué)品的過(guò)程，符合題意。氣化、液化、熱解主要是物理或化學(xué)熱解過(guò)程，不主要依賴(lài)生物催化劑。3.A解析：能源化學(xué)通過(guò)化學(xué)和電化學(xué)等方法處理廢水。厭氧消化是利用微生物在無(wú)氧條件下分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣（主要成分為甲烷），實(shí)現(xiàn)了能源和資源化利用。其他選項(xiàng)B是處理方法而非資源化，C是處理目標(biāo)，D是處理方法但未體現(xiàn)資源化。4.C解析：電化學(xué)沉積的核心是利用外加電流驅(qū)動(dòng)電解質(zhì)溶液中的金屬離子（或其他離子）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在電極表面獲得金屬沉積層或其他功能物質(zhì)。A是光化學(xué)，B是催化分解，D是機(jī)械沉淀，均非電化學(xué)沉積的核心原理。5.C解析：多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的核心特征是集成多種能源生產(chǎn)過(guò)程（如發(fā)電、產(chǎn)熱、產(chǎn)氫等）或物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)能源和物質(zhì)的梯級(jí)利用，從而提高整體效率和經(jīng)濟(jì)性。A、B、D描述均不全面或不符合多聯(lián)產(chǎn)定義。6.B解析：費(fèi)托合成等催化反應(yīng)，其產(chǎn)物的選擇性和反應(yīng)效率對(duì)催化劑極為敏感。因此，研究如何設(shè)計(jì)具有更高活性、選擇性（特定產(chǎn)物）和穩(wěn)定性的催化劑是提高該技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵方向。A、C、D均是影響因素，但改進(jìn)催化劑結(jié)構(gòu)是核心研究?jī)?nèi)容。7.B解析：CCUS技術(shù)包括捕集、運(yùn)輸、利用和封存。捕集環(huán)節(jié)有多種技術(shù)，化學(xué)吸收法是其中一種，利用化學(xué)溶劑選擇性地吸收煙氣中的CO?，這是能源化學(xué)在捕集環(huán)節(jié)的具體貢獻(xiàn)。A、C、D分別屬于地質(zhì)、運(yùn)輸和利用/封存環(huán)節(jié)的其他學(xué)科或領(lǐng)域。8.C解析：“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”強(qiáng)調(diào)資源的高效利用和閉環(huán)流動(dòng)。廢舊電池材料的化學(xué)回收與再利用，是將不能再用的電池材料通過(guò)化學(xué)手段分解，提取有價(jià)金屬或化合物，重新用于制造新電池或其他產(chǎn)品，完美體現(xiàn)了資源循環(huán)利用的理念。A、B、D與循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念不符。9.B解析：太陽(yáng)能光熱發(fā)電利用太陽(yáng)光加熱工質(zhì)（如熔鹽），將熱能轉(zhuǎn)化為電能。能源化學(xué)在其中的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在研發(fā)更高效的吸光材料（能吸收更多太陽(yáng)光）、更高熱穩(wěn)定性的儲(chǔ)熱材料（能儲(chǔ)存更多熱量用于發(fā)電）以及工質(zhì)體系等方面。A、C、D是光熱發(fā)電系統(tǒng)以外的其他環(huán)節(jié)。10.C解析：“突破”意味著顯著的進(jìn)步，通常指在效率、成本、選擇性等方面有大幅提升。選項(xiàng)C描述了低成本、高選擇、高效率，符合技術(shù)突破的特征。A是資源發(fā)現(xiàn)，B描述的技術(shù)不佳，D是標(biāo)準(zhǔn)制定，均非技術(shù)突破本身。二、填空題1.催化轉(zhuǎn)化；化學(xué)合成解析：能源化學(xué)利用催化劑改變化學(xué)反應(yīng)路徑，提高化石燃料轉(zhuǎn)化效率和選擇性；同時(shí)通過(guò)化學(xué)合成方法生成目標(biāo)化學(xué)品。2.化學(xué)沉淀解析：處理含重金屬?gòu)U水常用化學(xué)沉淀法，即加入沉淀劑（如NaOH、Na?S），與重金屬離子反應(yīng)生成不溶性氫氧化物或硫化物沉淀，實(shí)現(xiàn)分離。3.合成氣解析：生物質(zhì)氣化是熱解過(guò)程，主要產(chǎn)物是包含CO、H?、CO?和少量CH?等的可燃?xì)怏w混合物，統(tǒng)稱(chēng)為合成氣或水煤氣。4.析氫反應(yīng)；析氧反應(yīng)解析：氫燃料電池中，陽(yáng)極發(fā)生燃料（如H?）氧化失去電子的析氫反應(yīng)，陰極發(fā)生氧化劑（如O?）得到電子的析氧反應(yīng)，兩極反應(yīng)共同構(gòu)成電池工作原理。5.線(xiàn)性思維；循環(huán)思維解析：資源綜合利用旨在改變傳統(tǒng)線(xiàn)性經(jīng)濟(jì)（資源開(kāi)采-產(chǎn)品使用-廢棄）模式，轉(zhuǎn)向資源-產(chǎn)品-再生資源閉環(huán)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。6.燃料電池；電極解析：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置是燃料電池。其核心部件是發(fā)生氧化還原反應(yīng)的兩個(gè)電極（正極和負(fù)極）。7.化學(xué)解析：針對(duì)不同廢棄物性質(zhì)差異大，需要開(kāi)發(fā)特定的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，如塑料的熱解氣化、催化裂解，污泥的厭氧消化、堆肥等。8.化學(xué)轉(zhuǎn)化解析：將CO?轉(zhuǎn)化為甲烷（如通過(guò)Sabatier反應(yīng)）、碳酸乙烯酯（如通過(guò)CO?加成環(huán)氧乙烷）等過(guò)程，都是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成新化學(xué)物質(zhì)，屬于化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑。9.提高解析：催化劑通過(guò)降低反應(yīng)活化能，顯著提高化學(xué)反應(yīng)速率；同時(shí)，通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)控等手段，可以提高特定目標(biāo)產(chǎn)物的生成選擇性，抑制副反應(yīng)。10.氫能；碳捕集利用解析：為應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和，能源化學(xué)在發(fā)展可再生能源制氫（氫能）以及高效、低成本碳捕集技術(shù)并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或燃料（碳捕集利用）方面需要持續(xù)創(chuàng)新。三、簡(jiǎn)答題1.綠色化學(xué)原則在資源綜合利用實(shí)踐中的指導(dǎo)意義在于，它從源頭上就要求設(shè)計(jì)和選擇那些對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境危害小的資源轉(zhuǎn)化過(guò)程。這意味著在開(kāi)發(fā)新的綜合利用技術(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮使用可再生資源替代不可再生資源，采用原子經(jīng)濟(jì)性高的化學(xué)反應(yīng)路線(xiàn)，減少有害中間體的產(chǎn)生，提高能源效率以減少能耗和碳排放，并確保最終產(chǎn)物或廢棄物易于降解或回收。遵循這些原則，有助于實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的可持續(xù)發(fā)展，最大限度地降低其對(duì)環(huán)境的不利影響。2.生物質(zhì)直接燃燒主要將生物質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能，過(guò)程簡(jiǎn)單，但效率相對(duì)較低，且容易產(chǎn)生煙塵、CO、NOx等空氣污染物，未能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的深度利用。生物質(zhì)氣化則是在缺氧條件下熱解生物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為富含CO、H?等可燃?xì)怏w（合成氣）的燃?xì)?，燃?xì)饪梢杂糜诎l(fā)電、供熱或作為化工原料，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能的提取和更高效率的能量利用，并且通過(guò)后續(xù)處理可以減少污染物排放。氣化過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，但產(chǎn)物更具利用價(jià)值，更符合資源綜合利用的理念。3.電化學(xué)沉積技術(shù)相比傳統(tǒng)物理方法（如真空蒸發(fā)）制備功能薄膜的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是可以在較低溫度下進(jìn)行。許多需要沉積的金屬或合金材料在高溫下可能發(fā)生相變、氧化或分解。電化學(xué)沉積通常在接近室溫或稍高的溶液溫度下進(jìn)行，避免了高溫對(duì)材料性能和設(shè)備的要求，特別適用于制備對(duì)溫度敏感的材料（如某些合金、納米晶薄膜），并且可以方便地控制薄膜的厚度、成分和微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒取向）。4.能源化學(xué)在CCUS技術(shù)鏈條中的主要貢獻(xiàn)環(huán)節(jié)包括：首先是捕集環(huán)節(jié)，開(kāi)發(fā)高效、低能耗的化學(xué)吸收法、物理吸收法（如膜分離）、以及吸附法等CO?捕集技術(shù)；其次是轉(zhuǎn)化利用環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)將捕集的CO?高效轉(zhuǎn)化為化學(xué)品（如甲醇、乙醇、碳酸乙烯酯）、燃料（如合成氣、甲醇制氫、費(fèi)托合成油）或燃料添加劑等過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)路徑和催化劑；最后在封存環(huán)節(jié)，雖然地質(zhì)封存本身更多屬于地質(zhì)學(xué)和工程學(xué)范疇，但能源化學(xué)在評(píng)估封存安全性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面（如CO?與地層水的化學(xué)反應(yīng)）也提供理論支持。整個(gè)過(guò)程涉及反應(yīng)化學(xué)、催化化學(xué)、過(guò)程化學(xué)等多個(gè)能源化學(xué)分支。四、論述題1.能源化學(xué)催化技術(shù)在提高化石能源利用效率、減少環(huán)境污染方面扮演著至關(guān)重要的角色。其作用體現(xiàn)在：通過(guò)開(kāi)發(fā)高效催化劑，可以將低品位、難利用的化石資源（如劣質(zhì)煤、重油、天然氣水合物）轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品（如潔凈燃料、化學(xué)品），顯著提高了能源利用效率。例如，費(fèi)托合成可以將合成氣轉(zhuǎn)化為汽油等液體燃料，煤間接液化技術(shù)可以將煤炭轉(zhuǎn)化為潔凈燃料和化學(xué)品。在減少環(huán)境污染方面，催化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煙氣凈化（如選擇性催化還原SCR脫NOx、催化燃燒分解VOCs）、汽車(chē)尾氣處理（三元催化器）、煉油過(guò)程中的脫硫脫硝等，有效降低了有害物質(zhì)的排放。然而，催化技術(shù)也面臨挑戰(zhàn)：如許多高效催化劑成本較高、壽命有限、抗中毒能力不足；如何進(jìn)一步提高反應(yīng)選擇性以減少副產(chǎn)物生成、開(kāi)發(fā)綠色、可持續(xù)的催化材料和方法仍需深入研究。2.以廢舊塑料為例，能源化學(xué)可以采用多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)其資源化利用。主要技術(shù)路徑包括：一是化學(xué)回收，如通過(guò)催化裂解（Pyrolysis）將塑料熱解成單體或低聚物，再進(jìn)行聚合；或者通過(guò)裂解氣化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為合成氣，用于生產(chǎn)甲醇、氨或作為燃料；二是熱解氣化，將塑料在高溫缺氧條件下分解，產(chǎn)生包含氫氣、一氧化碳、