2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物質(zhì)資源在能源化學(xué)中的應(yīng)用前景考試時(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)字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種生物質(zhì)資源主要含有纖維素和半纖維素，但木質(zhì)素含量相對(duì)較低？（）A.稻殼B.木材C.城市生活垃圾中的食物殘?jiān)麯.香蕉皮2.生物質(zhì)熱解過程中，主要發(fā)生的化學(xué)變化是？（）A.在氧氣充足的條件下完全燃燒B.在無氧或低氧條件下，生物質(zhì)大分子裂解為小分子C.生物質(zhì)與水發(fā)生水解反應(yīng)D.生物質(zhì)在微生物作用下發(fā)酵分解3.生物質(zhì)氣化技術(shù)產(chǎn)生的主要可燃?xì)怏w成分是？（）A.甲烷(CH4)和乙烷(C2H6)B.氫氣(H2)和一氧化碳(CO)C.二氧化碳(CO2)和水蒸氣(H2O)D.碳酸鈣(CaCO3)和氧化鈣(CaO)4.生物質(zhì)液化技術(shù)中，費(fèi)托合成（Fischer-Tropschsynthesis）主要用于將合成氣轉(zhuǎn)化為？（）A.生物油B.沼氣C.生物基化學(xué)品和燃料D.生物炭5.生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的主要缺點(diǎn)之一是？（）A.能量轉(zhuǎn)換效率通常較低B.可產(chǎn)生較高的污染物（如NOx,SOx,灰分）C.原料來源受限D(zhuǎn).技術(shù)復(fù)雜度非常高6.生物發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇的主要原料通常是？（）A.水煤氣B.生物質(zhì)熱解油C.含有豐富糖類的生物質(zhì)（如玉米、甘蔗、秸稈）D.天然氣7.評(píng)估生物質(zhì)能源技術(shù)環(huán)境效益的重要工具是？（）A.投資回報(bào)率分析B.生命周期評(píng)價(jià)(LCA)C.燃料效率測(cè)試D.市場(chǎng)份額統(tǒng)計(jì)8.生物質(zhì)能源發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)之一是？（）A.原料收集和運(yùn)輸成本高昂B.轉(zhuǎn)化技術(shù)已完全成熟且成本極低C.消費(fèi)者對(duì)生物能源接受度不高D.政府補(bǔ)貼力度足夠大9.生物炭作為一種固碳材料，其主要的應(yīng)用方向包括？（）A.直接燃燒發(fā)電B.作為土壤改良劑和肥料C.生產(chǎn)高價(jià)值有機(jī)溶劑D.替代金屬用于建筑10.與傳統(tǒng)化石能源相比，生物質(zhì)能利用的主要優(yōu)勢(shì)在于？（）A.能量密度更高B.幾乎不產(chǎn)生溫室氣體排放C.資源分布更加集中D.開采和加工過程更簡(jiǎn)單二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共25分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述生物質(zhì)熱解過程中主要產(chǎn)生三種產(chǎn)物（生物油、生物炭、煤氣）的化學(xué)成分差異。2.比較生物質(zhì)氣化技術(shù)和直接燃燒技術(shù)的主要區(qū)別。3.解釋什么是“生物基化學(xué)品”，并列舉兩種常見的生物基化學(xué)品。4.簡(jiǎn)述生物質(zhì)能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需要克服的主要障礙。5.簡(jiǎn)述沼氣發(fā)電的原理流程。三、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，分析和闡述下列問題）1.分析生物質(zhì)液化技術(shù)（包括快速熱解和費(fèi)托合成）在替代傳統(tǒng)石油基化學(xué)品和燃料方面的潛力和挑戰(zhàn)。2.以城市生活垃圾為例，論述其資源化利用（特別是能源化學(xué)轉(zhuǎn)化）的重要意義及面臨的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。3.探討生物質(zhì)能技術(shù)在未來能源結(jié)構(gòu)中的地位和作用，并分析其可能面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.B6.C7.B8.A9.B10.B二、簡(jiǎn)答題1.解析思路：考察對(duì)熱解產(chǎn)物的基本化學(xué)認(rèn)識(shí)。熱解產(chǎn)物包含不同性質(zhì)的物質(zhì)。*生物油：主要是有機(jī)化合物（包括糖類、脂肪酸酯類、酚類、酮類、醇類等）的混合物，呈液態(tài)，成分復(fù)雜。*生物炭：主要由碳元素組成的高度芳香化的固體殘留物，含少量氧、氫、氮等元素，呈固態(tài)，具有多孔結(jié)構(gòu)。*煤氣：主要由氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水蒸氣（H2O）、氮?dú)猓∟2）等氣體組成，呈氣態(tài)。答案：生物油主要成分是有機(jī)酸、酚類、醛類、酮類等復(fù)雜有機(jī)物；生物炭主要是富碳的固體炭材料，結(jié)構(gòu)多孔；煤氣主要成分是氫氣、一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣等氣體。2.解析思路：考察對(duì)兩種技術(shù)核心差異的理解。關(guān)鍵在于反應(yīng)條件、產(chǎn)物和目的不同。*直接燃燒：在相對(duì)較高的溫度和充足的氧氣條件下進(jìn)行，目的是將生物質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能，通常用于發(fā)電或供暖。主要產(chǎn)物是二氧化碳、水、灰分等。*氣化：在缺氧或限制氧氣的條件下進(jìn)行，目的是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含氫氣和一氧化碳的合成氣（主要成分是CO和H2），合成氣可作燃料或化工原料。是一個(gè)復(fù)雜的熱解和部分氧化過程。答案：直接燃燒通常在富氧條件下進(jìn)行，目的是直接產(chǎn)生熱量，主要產(chǎn)物是CO2和H2O；而氣化在缺氧條件下進(jìn)行，目的是產(chǎn)生合成氣（H2+CO），可用于多種后續(xù)利用。3.解析思路：考察對(duì)生物基化學(xué)品的定義和實(shí)例的掌握。*定義：指以生物質(zhì)為原料（或來源）生產(chǎn)的化學(xué)品，區(qū)別于石油基化學(xué)品。*實(shí)例：可以列舉常見的如乙醇（生物乙醇）、乳酸、琥珀酸、戊二醇、生物基塑料（如聚乳酸PLA）等。答案：生物基化學(xué)品是指主要來源于生物質(zhì)（如植物、動(dòng)物、微生物）的化學(xué)品。例如，生物乙醇、乳酸、琥珀酸等。4.解析思路：考察對(duì)生物質(zhì)能發(fā)展挑戰(zhàn)的宏觀認(rèn)識(shí)。需從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政策等多方面考慮。*技術(shù)：轉(zhuǎn)化效率有待提高，規(guī)模化技術(shù)不成熟，產(chǎn)物分離純化困難等。*經(jīng)濟(jì)：原料成本（收集、運(yùn)輸），初期設(shè)備投資高，與傳統(tǒng)能源比缺乏價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。*社會(huì)：公眾接受度，可能涉及的土地利用沖突（如使用耕地種植能源作物）。*政策：政府支持力度不夠穩(wěn)定，缺乏長(zhǎng)期有效的激勵(lì)政策。答案：主要障礙包括：技術(shù)方面，轉(zhuǎn)化效率不高，規(guī)模化應(yīng)用技術(shù)難題；經(jīng)濟(jì)方面，成本過高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；社會(huì)方面，原料獲取可能引發(fā)環(huán)境問題（如土地沖突），公眾認(rèn)知度有待提高；政策方面，支持政策不穩(wěn)定或力度不足。5.解析思路：考察對(duì)沼氣發(fā)電基本流程的理解。*核心：厭氧消化產(chǎn)生沼氣，沼氣凈化后用于發(fā)電。*流程：原料（如有機(jī)廢物）->厭氧消化罐（微生物作用產(chǎn)生沼氣）->沼氣預(yù)處理（去除雜質(zhì)如H2S、水分）->內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)（燃燒沼氣發(fā)電）->發(fā)電機(jī)->電力輸出。答案：城市生活垃圾等有機(jī)廢物進(jìn)入?yún)捬跸蓿趨捬蹙饔孟路纸猱a(chǎn)生沼氣（主要成分是甲烷），沼氣經(jīng)過脫水和脫硫等凈化處理，然后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電，發(fā)電后的尾氣可能用于供熱，最終產(chǎn)生電力。三、論述題1.解析思路：考察對(duì)生物質(zhì)液化技術(shù)潛力和挑戰(zhàn)的深入分析和綜合評(píng)價(jià)能力。需要分別闡述其優(yōu)勢(shì)（潛力）和不足（挑戰(zhàn)）。*潛力（優(yōu)勢(shì)）：*原料廣泛：可利用各種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)、廢棄物等。*產(chǎn)物多樣：可生產(chǎn)液體燃料（生物柴油、航空煤油）和多種高附加值生物基化學(xué)品（如平臺(tái)化合物），實(shí)現(xiàn)資源的高值化利用。*減少化石依賴：有助于替代傳統(tǒng)石油基產(chǎn)品，保障能源安全。*環(huán)境友好：相比化石燃料，燃燒時(shí)CO2排放可能更少（考慮整個(gè)生命周期）。*挑戰(zhàn)：*技術(shù)：熱解液化（如快速熱解）存在焦油問題處理困難；費(fèi)托合成等合成路線對(duì)催化劑要求高，反應(yīng)條件苛刻，選擇性問題。*經(jīng)濟(jì)：工藝復(fù)雜，初始投資高，運(yùn)行成本較高，目前與化石產(chǎn)品的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力不足。*原料預(yù)處理：木質(zhì)纖維素原料需要復(fù)雜的預(yù)處理以去除木質(zhì)素保護(hù)作用，增加成本。*規(guī)?；捍笠?guī)模工業(yè)化應(yīng)用仍面臨諸多技術(shù)經(jīng)濟(jì)瓶頸。答案：生物質(zhì)液化技術(shù)（快速熱解和費(fèi)托合成等）在替代石油基產(chǎn)品方面具有巨大潛力。潛力體現(xiàn)在：原料來源廣泛，可生產(chǎn)生物燃料和多種高價(jià)值生物基化學(xué)品，有助于能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和減少碳排放。然而，其挑戰(zhàn)也十分顯著：技術(shù)方面，如熱解液化焦油處理、費(fèi)托合成催化劑效率和選擇性等仍需突破；經(jīng)濟(jì)方面，工藝復(fù)雜度高導(dǎo)致成本高昂，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)；原料方面，木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理成本高；規(guī)?；矫妫I(yè)化應(yīng)用面臨諸多障礙。未來需在提高效率、降低成本、開發(fā)高效催化劑和優(yōu)化工藝路徑等方面持續(xù)研發(fā)。2.解析思路：考察對(duì)城市生活垃圾資源化利用（特別是能源化學(xué)轉(zhuǎn)化）重要性和問題的綜合分析能力。需要結(jié)合垃圾特性、技術(shù)特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。*重要意義（優(yōu)勢(shì)）：*處理海量廢物：城市生活垃圾產(chǎn)量巨大，能源化學(xué)轉(zhuǎn)化是有效處理途徑之一。*變廢為寶：將廢棄物轉(zhuǎn)化為能源和化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)資源化利用，減少填埋占地。*能源補(bǔ)充：為城市提供部分能源（電力、熱力），提高能源利用效率。*減少環(huán)境污染：減少垃圾填埋帶來的土壤、水體污染和甲烷等溫室氣體排放。*促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)：符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。*面臨問題（挑戰(zhàn)）：*技術(shù)：垃圾成分復(fù)雜多變，對(duì)分選預(yù)處理要求高，不同轉(zhuǎn)化技術(shù)（如氣化、焚燒發(fā)電）適用于不同組分，技術(shù)穩(wěn)定性要求高。產(chǎn)物（如合成氣、燃?xì)猓┑暮罄m(xù)高值化利用技術(shù)有待完善。*經(jīng)濟(jì)：垃圾收集、運(yùn)輸、分選、處理成本高，加上環(huán)保要求，導(dǎo)致整體處理成本偏高，經(jīng)濟(jì)可行性受市場(chǎng)價(jià)格和政策補(bǔ)貼影響大。*社會(huì)：垃圾分類和源頭減量是前提，需要公眾參與和長(zhǎng)期習(xí)慣養(yǎng)成。處理廠選址可能面臨公眾反對(duì)。安全與環(huán)境影響（如二噁英排放）需嚴(yán)格控制。*政策與管理：需要完善的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系和有效的監(jiān)管機(jī)制，以及穩(wěn)定的政策支持。答案：城市生活垃圾資源化利用（特別是能源化學(xué)轉(zhuǎn)化）具有重要意義。它能夠有效處理日益增長(zhǎng)的城市固體廢物，減少環(huán)境污染（特別是填埋場(chǎng)甲烷排放），實(shí)現(xiàn)資源回收和能源補(bǔ)充，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的要求。然而，其面臨諸多挑戰(zhàn)：技術(shù)方面，垃圾成分復(fù)雜給分選和穩(wěn)定處理帶來困難，高效且經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)及高附加值產(chǎn)物利用路徑是關(guān)鍵；經(jīng)濟(jì)方面，整體成本較高，盈利模式需探索；社會(huì)方面，涉及垃圾分類、公眾接受度、選址等問題；政策方面，需要強(qiáng)有力的法規(guī)支持和有效的管理體系。因此，需綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政策因素，構(gòu)建適合國情和城市特點(diǎn)的垃圾能源化學(xué)轉(zhuǎn)化體系。3.解析思路：考察對(duì)生物質(zhì)能在未來能源結(jié)構(gòu)中角色和前景的宏觀思考和前瞻性分析能力。*地位和作用（潛力）：*可再生能源的重要組成部分：生物質(zhì)能是重要的可再生能源形式，可提供靈活的調(diào)峰填谷電力，補(bǔ)充風(fēng)能、太陽能等波動(dòng)性電源。*多元能源供應(yīng)：可提供電力、熱力、燃料（交通用油、天然氣），滿足不同能源需求。*生物基材料來源：為生物基化學(xué)品和材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)，推動(dòng)化學(xué)工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。*碳循環(huán)和氣候減緩：作為可再生能源，其利用過程實(shí)現(xiàn)碳的閉環(huán)（光合作用固定CO2），有助于減緩氣候變化。*促進(jìn)農(nóng)村發(fā)展和就業(yè)：生物質(zhì)資源（特別是農(nóng)林廢棄物）多分布于農(nóng)村，其利用可帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。*機(jī)遇與挑戰(zhàn)：*機(jī)遇：技術(shù)進(jìn)步（效率提升、成本下降），政策支持力度加大，化石能源價(jià)格波動(dòng)，全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和碳中和的追求，市場(chǎng)對(duì)生物基產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)。*挑戰(zhàn)：技術(shù)瓶頸（如規(guī)?；⒏咝?、低成本轉(zhuǎn)化技術(shù)），原料供應(yīng)的可持續(xù)性和收集物流成本，與化石能源的競(jìng)爭(zhēng)壓力，土地利用沖突，部分地區(qū)生物質(zhì)資源相對(duì)匱乏，環(huán)境和社會(huì)影響（如土地利用變化、水資源消耗）需評(píng)估和緩解。*未來發(fā)展展望：技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，與其他能源（如太陽能、風(fēng)能）結(jié)合，產(chǎn)業(yè)鏈延伸（能源+化工+材料），智能化和數(shù)字化管理，更加注重全生命周期評(píng)估和綜合效益。答案：生物質(zhì)能在未來能源結(jié)構(gòu)中扮演著日益重要的角色