2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學(xué)在有機(jī)合成中的新催化劑設(shè)計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在有機(jī)合成中，催化劑設(shè)計的目標(biāo)通常不包括以下哪一項？A.提高反應(yīng)速率B.提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性C.降低反應(yīng)活化能D.實現(xiàn)反應(yīng)條件的極端化（如超高溫、超高壓）2.對于均相催化反應(yīng)，下列說法錯誤的是？A.催化劑與反應(yīng)物通常形成可溶性絡(luò)合物B.催化劑通常易于從反應(yīng)體系中分離回收C.催化劑的活性位點通常分散在固體表面D.催化劑的穩(wěn)定性通常較高3.在設(shè)計負(fù)載型催化劑時，選擇合適的載體的重要性主要體現(xiàn)在？A.載體本身可以參與催化反應(yīng)B.載體可以提供足夠的比表面積以容納活性組分C.載體能夠無限延長活性組分的壽命D.載體決定了催化劑的最終顏色4.下列哪種技術(shù)通常不用于表征催化劑的比表面積和孔結(jié)構(gòu)？A.X射線衍射(XRD)B.透射電子顯微鏡(TEM)C.比表面積及孔徑分析(N?吸附-脫附)D.傅里葉變換紅外光譜(FTIR)5.有機(jī)金屬催化劑（如Grignard試劑、有機(jī)鋰試劑）在有機(jī)合成中廣泛應(yīng)用，其主要特點是？A.必須在無水無氧條件下使用B.通常催化加氫反應(yīng)C.反應(yīng)活性較低，需要高溫高壓D.只能作為氧化劑使用6.“原子經(jīng)濟(jì)性”是評價化學(xué)反應(yīng)的重要指標(biāo)，它主要關(guān)注？A.催化劑的循環(huán)使用次數(shù)B.反應(yīng)過程中原子向目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化程度C.反應(yīng)所需的時間長短D.催化劑的制備成本7.設(shè)計一種高選擇性催化劑時，以下哪種策略通常無效？A.改變活性位點的電子性質(zhì)B.調(diào)控活性位點的空間構(gòu)型C.增加反應(yīng)物的濃度D.選擇合適的反應(yīng)溶劑8.對于多相催化反應(yīng)，反應(yīng)物分子需要經(jīng)歷的過程通常包括？A.從氣相擴(kuò)散到催化劑表面、在表面進(jìn)行化學(xué)吸附和反應(yīng)、再脫附回到氣相或液相、從催化劑表面擴(kuò)散到體相B.直接在溶液中反應(yīng)，無需固體存在C.只需要經(jīng)過物理吸附即可D.通過均相絡(luò)合物中間體進(jìn)行反應(yīng)9.生物催化劑（酶）在有機(jī)合成中應(yīng)用的優(yōu)勢通常不包括？A.高度專一性（手性催化）B.在溫和條件下（常溫常壓、水相）具有高效性C.對底物結(jié)構(gòu)具有廣泛的適應(yīng)性D.通常易于分離純化和重復(fù)使用10.在設(shè)計用于交叉偶聯(lián)反應(yīng)（如Suzuki、Heck反應(yīng)）的鈀催化劑時，配體的選擇對催化性能的影響主要體現(xiàn)在？A.對催化反應(yīng)的活化能影響不大B.主要影響催化劑的穩(wěn)定性C.可以顯著調(diào)控催化劑的電子性質(zhì)、sterichindrance和選擇性D.決定了催化劑必須是均相還是多相二、填空題1.催化劑能夠改變反應(yīng)的_______能，但不能改變反應(yīng)的_______熵。2.設(shè)計綠色化學(xué)催化劑時，應(yīng)優(yōu)先考慮的因素包括高選擇性、高活性、可再生性和_______。3.表征催化劑表面化學(xué)狀態(tài)常用的技術(shù)有_______和X射線光電子能譜(XPS)。4.負(fù)載型催化劑中，活性組分與載體之間的相互作用（如化學(xué)吸附、協(xié)同效應(yīng)）對催化劑的_______和_______有重要影響。5.有機(jī)合成中常用的氧化劑催化劑包括金屬氧化物（如CuO）、金屬過氧化物（如H?O?）和_______。6.金屬催化劑的電子結(jié)構(gòu)，特別是_______軌道的電子排布，對其催化活性具有決定性作用。7.評價一個催化劑的優(yōu)劣，除了活性、選擇性外，還需考慮其_______、穩(wěn)定性、壽命和成本等因素。8.分子篩是一類具有規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的_______材料，常被用作固體酸催化劑或載體。9.設(shè)計新型有機(jī)催化劑時，除了關(guān)注其催化性能外，還應(yīng)考慮其_______性和_______性。10.基于密度泛函理論(DFT)的計算化學(xué)方法是研究催化劑作用機(jī)理和設(shè)計新催化劑的重要工具，它可以從_______層面揭示反應(yīng)的本質(zhì)。三、簡答題1.簡述均相催化和多相催化的主要區(qū)別。2.解釋什么是“催化循環(huán)”，并簡述其在催化劑設(shè)計中的應(yīng)用意義。3.為什么說開發(fā)可回收、可再生的催化劑是綠色化學(xué)合成的重要方向？4.簡述表征催化劑比表面積和孔徑常用的物理方法及其原理。四、論述題1.以過渡金屬催化下的烯烴加氫反應(yīng)為例，闡述活性位點、反應(yīng)機(jī)理以及催化劑設(shè)計（如選擇不同的金屬、配體或載體）如何影響催化性能（活性、選擇性、穩(wěn)定性）。2.結(jié)合實例，論述在設(shè)計用于合成手性目標(biāo)分子的不對稱催化劑時，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？如何通過調(diào)控這些因素來提高催化劑的對映選擇性和非對映選擇性？---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.A5.A6.B7.C8.A9.C10.C二、填空題1.活化，生成2.環(huán)境友好性（或可持續(xù)性）3.紅外光譜(IR)（或傅里葉變換紅外光譜FTIR）4.活性，選擇性5.過氧化物（或高價金屬氧化物）6.d（或d軌道）7.易操作性（或易于分離）8.金屬9.化學(xué)穩(wěn)定性，生物相容性（或環(huán)境友好性）10.理論三、簡答題1.解析思路：區(qū)分催化劑形態(tài)（分子/離子在溶液中vs.物質(zhì)表面）和分離方式（易分離vs.難分離）。均相催化催化劑與反應(yīng)物形成均一相態(tài)，通常難以分離；多相催化催化劑為固體，與反應(yīng)物處于不同相態(tài)，易于分離。答案要點：均相催化指催化劑為可溶的分子或離子，與反應(yīng)物形成均一相態(tài)，反應(yīng)后需通過蒸餾、萃取等方法分離催化劑；多相催化指催化劑為固體，通常負(fù)載在載體上，與反應(yīng)物處于不同相態(tài)，反應(yīng)后催化劑易于通過過濾等方式分離。兩者在反應(yīng)物濃度、擴(kuò)散步驟、產(chǎn)物分離等方面存在差異。2.解析思路：闡述催化循環(huán)的概念（反應(yīng)物吸附-轉(zhuǎn)化-產(chǎn)物脫附的過程），并說明其在設(shè)計中的應(yīng)用（通過改變循環(huán)步驟中的關(guān)鍵步驟或能量壘來調(diào)控催化性能）。答案要點：催化循環(huán)是催化劑參與反應(yīng)并循環(huán)使用的一系列基元步驟，包括反應(yīng)物吸附、化學(xué)轉(zhuǎn)化、產(chǎn)物脫附。理解催化循環(huán)有助于分析反應(yīng)機(jī)理，并通過理性設(shè)計（如改變配體、載體、反應(yīng)條件）來調(diào)優(yōu)吸附強(qiáng)度、降低活化能、提高選擇性或穩(wěn)定性。3.解析思路：從綠色化學(xué)原則出發(fā)，強(qiáng)調(diào)可回收和可再生催化劑能減少資源浪費、降低環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本，符合可持續(xù)發(fā)展要求。答案要點：開發(fā)可回收催化劑可以避免催化劑流失造成資源浪費和環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本；開發(fā)可再生催化劑可以持續(xù)利用催化資源，減少對有限資源的依賴。這些都符合綠色化學(xué)的原則，有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。4.解析思路：介紹兩種常用的物理方法（BET法和氣體吸附法），并簡述其原理（基于氣體分子在固體表面吸附和解吸的行為，利用不同溫度或壓力下的吸附等溫線數(shù)據(jù)計算比表面積和孔徑）。答案要點：常用的物理方法是利用N?、H?等氣體在低溫下吸附在催化劑表面。BET（Brunauer-Emmett-Teller）法通過分析低壓吸附等溫線計算比表面積；壓汞法通過測量液體在高壓下進(jìn)入催化劑孔內(nèi)的體積來測定孔容和孔徑分布。這些方法基于氣體吸附/脫附行為，是表征多孔材料結(jié)構(gòu)和比表面積的標(biāo)準(zhǔn)手段。四、論述題1.解析思路：結(jié)合烯烴加氫反應(yīng)，分點闡述：①活性位點（金屬種類，如Pd比Ni更易加氫，活性更高）；②反應(yīng)機(jī)理（吸附-氫解-脫附，金屬與H?、烯烴的相互作用是關(guān)鍵）；③設(shè)計策略：改變金屬（如Pdvs.Pt，影響活性選擇性）；改變配體（對金屬電子結(jié)構(gòu)影響，如膦配體）；改變載體（如活性炭、氧化鋁，影響分散度、穩(wěn)定性、選擇性）。答案要點：過渡金屬催化劑（如Pd,Pt,Ni）的活性位點是其核心。反應(yīng)機(jī)理通常涉及烯烴在金屬表面吸附，然后氫氣解離，氫原子與烯烴加成，最終產(chǎn)物脫附。活性位點金屬種類顯著影響活性（如Pd加氫活性通常高于Ni）。催化劑設(shè)計通過調(diào)控活性位點：*金屬選擇：不同金屬具有不同電子結(jié)構(gòu)和吸附能力，影響活性和選擇性（如Pd對乙烯加氫活性高，選擇性優(yōu)于Pt）。*配體工程（針對均相或一些多相前驅(qū)體）：配體可以調(diào)節(jié)金屬的電子性質(zhì)，影響吸附強(qiáng)度和反應(yīng)路徑，從而調(diào)控活性和選擇性（如電子給體配體能降低氫氣解離能，提高加氫活性）。*載體效應(yīng)：載體影響活性組分分散度、穩(wěn)定性、電子性質(zhì)和孔道環(huán)境，進(jìn)而影響整體催化性能。合適的載體可以提高活性、選擇性和穩(wěn)定性，并可能改變選擇性（如酸性載體可能促進(jìn)異構(gòu)化）。2.解析思路：從不對稱催化原理出發(fā)，分析影響手性選擇性的因素，主要包括：①催化劑本身的手性（如手性配體、手性金屬中心）；②反應(yīng)底物的空間位阻和相互作用；③反應(yīng)環(huán)境（溶劑、pH等）對對映選擇性影響；④反應(yīng)機(jī)理（哪個對映異構(gòu)體過渡態(tài)能壘更低）。設(shè)計時需綜合考慮這些因素，通過篩選或設(shè)計來優(yōu)化。答案要點：設(shè)計用于合成手性分子的不對稱催化劑，關(guān)鍵在于提高對映選擇性。主要影響因素及設(shè)計策略包括：*催化劑手性來源：*使用手性配體：這是最常用的策略，手性配體可以與金屬中心配位形成手性催化環(huán)境，誘導(dǎo)底物產(chǎn)生手性。*使用手性金屬中心：某些金屬原子本身就具有手性（如手性鈷、銠催化劑）。*使用手性載體或骨架：部分催化劑基于手性無機(jī)或有機(jī)骨架。*底物影響：底物的空間結(jié)構(gòu)、電子分布會影響其與催化劑的相互作用模式，進(jìn)而影響對映選擇性。設(shè)計時需考慮底物與催化