2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——分子篩分離技術(shù)在材料制備中的應(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)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種材料通常具有規(guī)整的分子孔道結(jié)構(gòu)，孔徑在分子尺度范圍，且孔徑大小可調(diào)？A.活性炭B.蜂窩狀泡沫金屬C.沸石分子篩D.金屬有機(jī)框架（MOFs）2.分子篩分離技術(shù)的核心原理是基于分子間的作用力差異，其中最主要的是：A.離子鍵作用B.共價(jià)鍵作用C.?范德華力與氫鍵D.靜電引力3.下列關(guān)于沸石分子篩的結(jié)構(gòu)敘述，錯(cuò)誤的是：A.主要由硅氧四面體（SiO?）和鋁氧四面體（AlO?）構(gòu)成骨架B.骨架內(nèi)部存在可容納分子的大小均一的孔道和孔穴C.孔道的大小主要由硅鋁比決定D.分子篩的化學(xué)穩(wěn)定性主要取決于骨架中的金屬陽(yáng)離子4.在石油煉制過(guò)程中，用于催化裂化將重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油的分子篩，通常具有哪種特性？A.極高的比表面積B.強(qiáng)的酸性位點(diǎn)C.極小的孔徑D.良好的水熱穩(wěn)定性5.下列哪種分子篩因其具有較大的孔徑（通常>1納米）而常被用作天然氣（特別是分離CO?和CH?）的吸附劑？A.ZSM-5B.FAU型（如SBA-15，雖為聚合物但常歸此類討論）C.MFI型（如ZSM-11）D.碳分子篩（CMS）6.將分子篩用于負(fù)載貴金屬催化劑時(shí)，其主要優(yōu)勢(shì)之一是：A.貴金屬成本極低B.催化劑不易失活C.催化劑與產(chǎn)物易于分離D.顯著提高反應(yīng)速率7.在利用分子篩進(jìn)行水處理脫除有機(jī)污染物時(shí)，主要利用的是其：A.強(qiáng)酸性B.大比表面積吸附C.分子尺寸選擇性D.離子交換能力8.金屬有機(jī)框架（MOFs）材料相比傳統(tǒng)沸石分子篩，其主要優(yōu)勢(shì)可能在于：A.更高的熱穩(wěn)定性B.更小的孔徑可調(diào)范圍C.更低的合成溫度D.更低的比表面積9.評(píng)價(jià)一種分子篩在分離應(yīng)用中的性能，除了選擇性，通常還關(guān)注：A.吸附容量B.機(jī)械強(qiáng)度C.再生性能D.以上都是10.分子篩的“水熱穩(wěn)定性”是指其在何種條件下的結(jié)構(gòu)和性能保持不變的能力？A.常溫常壓干燥環(huán)境B.高溫高壓水溶液環(huán)境C.低溫真空環(huán)境D.高濃度酸堿環(huán)境二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.分子篩的分離作用主要依賴于其孔道尺寸與分子大小的__________關(guān)系，以及分子與孔壁之間的__________差異。2.常用的分子篩合成方法包括__________法、__________法和溶膠-凝膠法等。3.分子篩作為吸附劑用于天然氣凈化脫除CO?時(shí)，主要利用了CO?分子較小的尺寸和與分子篩孔道之間的__________效應(yīng)。4.在多相催化反應(yīng)中，分子篩載體能提供__________和__________，并有助于分散活性組分，提高催化效率和選擇性。5.沸石分子篩的孔道結(jié)構(gòu)主要由硅氧四面體和鋁氧四面體構(gòu)成，鋁的引入使得骨架帶有__________，表現(xiàn)為酸性。6.評(píng)價(jià)分子篩分離效率的關(guān)鍵指標(biāo)是__________，它表示分離后兩種組分的純度或濃度比值。7.金屬有機(jī)框架（MOFs）是由金屬離子或簇與有機(jī)配體通過(guò)__________鍵自組裝形成的具有周期性孔道結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。8.分子篩的比表面積是指單位質(zhì)量分子篩所具有的表面積，通常用__________（m2/g）來(lái)表示。9.分子篩的“選擇性”是指其在分離過(guò)程中對(duì)目標(biāo)組分的__________能力，是衡量分離效果的核心參數(shù)。10.常用的表征分子篩結(jié)構(gòu)和性能的技術(shù)包括X射線衍射（XRD）、N?吸附-脫附等溫線、透射電子顯微鏡（TEM）等。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述分子篩分離技術(shù)的分子尺寸選擇性原理。2.比較沸石分子篩和碳分子篩在結(jié)構(gòu)和主要應(yīng)用領(lǐng)域上的異同。3.簡(jiǎn)述分子篩作為催化劑載體的主要作用。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述分子篩分離技術(shù)在制備高效石油化工催化劑方面的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。2.結(jié)合實(shí)例，論述分子篩在環(huán)境保護(hù)（如空氣凈化、水處理）方面的應(yīng)用潛力。五、方案設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)利用分子篩技術(shù)從工業(yè)廢氣中分離回收某一種有價(jià)值氣體（如H?或乙烯）的方案，簡(jiǎn)要說(shuō)明所選分子篩類型、分離原理、工藝流程以及需要考慮的關(guān)鍵因素。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.B5.D6.C7.C8.C9.D10.B二、填空題1.匹配，作用力2.溶膠-凝膠，水熱3.匹配4.載體，活性位點(diǎn)5.負(fù)電荷6.選擇性7.共價(jià)8.比表面積9.偏向10.X射線衍射（XRD），N?吸附-脫附等溫線，透射電子顯微鏡（TEM）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：闡述分子篩具有均勻的孔道結(jié)構(gòu)，當(dāng)混合物中的分子尺寸小于分子篩孔徑時(shí)可以被吸附進(jìn)入孔道內(nèi)，而尺寸稍大的分子則無(wú)法進(jìn)入，從而實(shí)現(xiàn)按分子尺寸大小的分離。強(qiáng)調(diào)其選擇性的基礎(chǔ)是孔徑的均一性和精確性。2.解析思路：比較沸石分子篩（硅鋁酸鹽，骨架結(jié)構(gòu)，酸性，孔徑通常<2nm，應(yīng)用在催化等）和碳分子篩（碳基材料，微孔或中孔，應(yīng)用在氣體分離等）。指出它們?cè)诨瘜W(xué)本質(zhì)、孔道結(jié)構(gòu)類型、孔徑范圍、酸堿性及主要應(yīng)用領(lǐng)域上的區(qū)別。3.解析思路：說(shuō)明分子篩作為載體能提供大量的活性位點(diǎn)，并且其多孔結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)物擴(kuò)散和產(chǎn)物脫附。強(qiáng)調(diào)負(fù)載后，催化劑可以方便地從反應(yīng)體系中分離和回收，提高催化劑的利用率和反應(yīng)過(guò)程的可操作性。四、論述題1.解析思路：論述沸石分子篩具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)、高比表面積、可調(diào)的孔徑和豐富的酸性或堿性位點(diǎn)。結(jié)合實(shí)例（如ZSM-5用于裂化、POM用于重整等），說(shuō)明分子篩能有效負(fù)載貴金屬或非貴金屬活性組分，形成高活性和高選擇性的催化劑，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)程，提高產(chǎn)物收率，并實(shí)現(xiàn)催化劑的易分離回收，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。2.解析思路：結(jié)合具體實(shí)例，如利用沸石分子篩（如13X,沸石咪唑酯）吸附去除空氣中的氨氣、硫化物；利用MOFs或活性炭分子篩吸附去除水中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）或重金屬離子。闡述分子篩的高比表面積、分子尺寸選擇性和表面活性位點(diǎn)使其成為高效的吸附劑，能夠?qū)⑽廴疚飶臍怏w或液體混合物中富集并去除，達(dá)到凈化目的，并討論其環(huán)境友好性和應(yīng)用前景。五、方案設(shè)計(jì)題解析思路：選擇一種目標(biāo)氣體（如H?），選擇合適的分子篩（如具有合適孔徑、高H?吸附容量和選擇性的MOFs，如IRMOF系列或Cu-MOFs，或特定的沸石如3A用于H?吸