2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——有機(jī)合成催化劑設(shè)計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于衡量有機(jī)合成催化劑性能的關(guān)鍵指標(biāo)？A.催化活性B.選擇性C.穩(wěn)定性D.復(fù)雜性2.在均相催化反應(yīng)中，催化劑和反應(yīng)物通常處于相同的物理狀態(tài)，以下哪種催化劑不屬于均相催化劑？A.金屬羰基化合物B.負(fù)載型Pd/CC.固體酸D.有機(jī)金屬試劑3.下列哪種效應(yīng)是指催化劑的載體對活性組分物理化學(xué)性質(zhì)（如分散度、電子結(jié)構(gòu)）產(chǎn)生的影響？A.活性位點效應(yīng)B.載體效應(yīng)C.原子經(jīng)濟(jì)效應(yīng)D.誘導(dǎo)效應(yīng)4.催化劑能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率，但在反應(yīng)前后其自身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)保持不變，這是催化劑的哪個基本特征？A.催化性B.中間性C.可逆性D.特異性5.下列哪類反應(yīng)通常不是由過渡金屬催化劑催化的？A.碳-碳鍵偶聯(lián)反應(yīng)B.烯烴加氫反應(yīng)C.醇的氧化反應(yīng)D.醛的還原反應(yīng)6.在有機(jī)合成中，利用分子篩（如ZSM-5）作為催化劑，主要利用了其哪種特性？A.高比表面積B.強(qiáng)酸性C.特定的孔道結(jié)構(gòu)D.易于回收7.原子經(jīng)濟(jì)性是衡量化學(xué)反應(yīng)綠色程度的重要指標(biāo)，它表示什么？A.催化劑的轉(zhuǎn)化率B.反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性C.反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的原子比例D.催化劑的用量8.對于多相催化反應(yīng)，反應(yīng)物首先需要被吸附到催化劑表面，吸附的強(qiáng)度通常用哪個概念來描述？A.活性B.選擇性C.吸附熱D.穩(wěn)定性9.“轉(zhuǎn)移氫化”技術(shù)利用何種物質(zhì)作為氫源？A.分子氫（H?）B.醇C.醛D.氫化物離子（H?）10.下列哪種技術(shù)常用于測定負(fù)載型催化劑中活性金屬的分散程度和比表面積？A.X射線衍射（XRD）B.透射電子顯微鏡（TEM）C.比表面積與孔徑分析（BET）D.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.催化劑能夠改變化學(xué)反應(yīng)的________，通常通過降低反應(yīng)的________來實現(xiàn)。2.________催化劑是指催化劑和反應(yīng)物處于同一液相中的催化劑。3.在設(shè)計金屬催化劑時，通過調(diào)節(jié)金屬的________或________可以改變其催化活性和選擇性。4.沸石分子篩因其具有規(guī)整的________和可調(diào)節(jié)的孔徑，在多相催化中應(yīng)用廣泛。5.酸堿催化劑在有機(jī)合成中可用于促進(jìn)________反應(yīng)、________反應(yīng)等。6.催化劑的穩(wěn)定性包括________穩(wěn)定性和________穩(wěn)定性兩個方面。7.________是指催化劑只對反應(yīng)的特定部分或特定立體異構(gòu)體具有催化活性。8.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）可用于表征催化劑表面的________和________。9.在綠色化學(xué)背景下，設(shè)計高效、可回收的催化劑是重要的研究方向。10.有機(jī)金屬催化劑如格氏試劑（RMgX）通常在________溶劑中反應(yīng)。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.催化活性2.多相催化3.選擇性氧化4.負(fù)載型催化劑5.原子經(jīng)濟(jì)性四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述均相催化和多相催化的主要區(qū)別。2.為什么載體在多相催化劑的設(shè)計中扮演著重要角色？3.簡述影響加氫反應(yīng)催化劑選擇性的主要因素。4.簡述綠色化學(xué)理念在有機(jī)合成催化劑設(shè)計中的體現(xiàn)。五、論述題（每小題10分，共20分）1.結(jié)合具體實例，論述金屬催化劑的電子效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)對催化活性和選擇性的影響。2.以一種具體的有機(jī)合成反應(yīng)為例（如Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)），分析催化劑設(shè)計在提高反應(yīng)效率、選擇性和綠色化方面的重要性，并簡述可能的催化劑設(shè)計策略。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.A5.C6.C7.C8.C9.A10.C二、填空題1.反應(yīng)路徑；活化能2.均相3.化學(xué)態(tài)；配位環(huán)境4.孔道結(jié)構(gòu)5.酯化；水解6.結(jié)構(gòu)；化學(xué)7.特異性8.化學(xué)吸附；物理吸附9.可持續(xù)10.非極性三、名詞解釋1.催化活性：指催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率的程度，常用單位時間內(nèi)單位催化劑量（如摩爾或克）促使反應(yīng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需的速率來表示。2.多相催化：指催化劑和反應(yīng)物處于不同相態(tài)（通常是固-液或固-氣）的催化過程。催化劑通常是固體，反應(yīng)物是液體或氣體。3.選擇性氧化：指催化劑促使底物進(jìn)行氧化反應(yīng)，但僅限于生成特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的過程，可以是對區(qū)域選擇性、化學(xué)選擇性或立體選擇性的控制。4.負(fù)載型催化劑：指將活性催化劑組分負(fù)載在多孔性的載體（如硅膠、氧化鋁、分子篩等）上的催化劑。載體可以提供活性位點、提高分散度、增強(qiáng)熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，并便于催化劑的回收。5.原子經(jīng)濟(jì)性：指在化學(xué)反應(yīng)中，目標(biāo)產(chǎn)物中原子與反應(yīng)物中總原子的比值（或目標(biāo)產(chǎn)物摩爾質(zhì)量與反應(yīng)物總摩爾質(zhì)量之比）。它衡量反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)物的效率，原子經(jīng)濟(jì)性越高，副產(chǎn)物越少，反應(yīng)越綠色。四、簡答題1.均相催化是指催化劑和反應(yīng)物處于同一液相（或氣相）中的催化過程。催化劑通常是溶解在溶劑中的可溶性分子或離子。反應(yīng)物與催化劑分子能充分接觸和相互作用，反應(yīng)機(jī)理通常較為簡單，動力學(xué)研究較容易。多相催化是指催化劑和反應(yīng)物處于不同相態(tài)（通常是固-液或固-氣）的催化過程。催化劑通常是固體，反應(yīng)物是液體或氣體。反應(yīng)發(fā)生在催化劑的固體表面，反應(yīng)物需要吸附到表面才能參與反應(yīng)。通常催化劑易于回收，但表面化學(xué)復(fù)雜，動力學(xué)研究較困難。2.載體在多相催化劑中扮演著重要角色，主要原因包括：提供大量的活性位點，增加催化劑的比表面積，從而提高催化活性；分散活性組分，防止其團(tuán)聚長大，保持小粒徑活性中心的高活性；改變活性組分的電子性質(zhì)或提供特定的微環(huán)境，從而調(diào)節(jié)催化活性與選擇性；提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，延長其使用壽命；便于催化劑的分離、回收和重復(fù)使用，降低成本并提高過程的綠色化程度。3.影響加氫反應(yīng)催化劑選擇性的主要因素包括：催化劑活性組分的化學(xué)性質(zhì)，如金屬的種類、氧化態(tài)和電子結(jié)構(gòu)，不同的金屬對不同的加氫反應(yīng)具有不同的選擇性；反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)，如雙鍵的位阻、官能團(tuán)的種類等，會影響其在表面的吸附方式和反應(yīng)路徑；反應(yīng)條件，如溫度、壓力、溶劑、添加劑等，不同的條件會促進(jìn)不同的加氫產(chǎn)物生成；催化劑的電子修飾，通過添加助劑或改變制備方法來調(diào)節(jié)活性中心的電子結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對特定加氫產(chǎn)物選擇性的控制。4.綠色化學(xué)理念在有機(jī)合成催化劑設(shè)計中的體現(xiàn)包括：設(shè)計高選擇性的催化劑，以減少副產(chǎn)物的生成，提高原子經(jīng)濟(jì)性；開發(fā)可重復(fù)使用或可回收的催化劑，減少廢棄物和環(huán)境污染；選用環(huán)境友好的溶劑和反應(yīng)條件，如水相催化、室溫催化、使用可見光等；設(shè)計原位或非原位表征方法，實時監(jiān)控催化過程，優(yōu)化反應(yīng)條件，提高效率；開發(fā)生物基或可再生的催化劑或原料，實現(xiàn)原料的可持續(xù)性。五、論述題1.金屬催化劑的電子效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)對催化活性和選擇性的影響非常重要。電子效應(yīng)是指改變金屬催化劑表面活性位點電子云密度或酸堿性后，對反應(yīng)物吸附、中間體形成和反應(yīng)路徑的影響。例如，通過引入路易斯酸或路易斯堿助劑，可以調(diào)節(jié)金屬中心的電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對親電或親核試劑的吸附能力，從而影響反應(yīng)的選擇性。例如，在鈀催化下，通過調(diào)節(jié)配體電子給體能力，可以控制烯烴的加氫選擇性（氫化、異構(gòu)化或環(huán)化）?？臻g位阻效應(yīng)是指催化劑表面活性位點的幾何構(gòu)型或附近基團(tuán)的位阻大小對反應(yīng)物吸附取向、中間體遷移和轉(zhuǎn)化的影響。例如，在多相催化劑中，活性金屬顆粒的大小和形狀會影響反應(yīng)物的吸附和擴(kuò)散，納米顆粒的表面原子具有更高的活性，而較大的顆粒則可能有利于特定反應(yīng)路徑。在均相催化中，大位阻配體可以阻止空間位阻較大的反應(yīng)物或中間體吸附，從而實現(xiàn)對特定反應(yīng)的選擇性控制，如不對稱催化中手性配體對底物吸附位向的強(qiáng)制。2.以Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)為例，催化劑設(shè)計在提高反應(yīng)效率、選擇性和綠色化方面至關(guān)重要。Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建碳-碳鍵的重要方法，其效率、產(chǎn)率和選擇性直接影響合成路線的可行性和成本。催化劑設(shè)計的目標(biāo)是：提高反應(yīng)速率（效率），通常通過選擇高活性的鈀或鎳催化劑，并優(yōu)化其電子結(jié)構(gòu)（如使用合適的配體）；提高區(qū)域選擇性和立體選擇性（選擇性），通過選擇特定配體來控制鈀中心的電子性質(zhì)，實現(xiàn)對底物吸附模式和中間體轉(zhuǎn)化的調(diào)控，避免不期望的副反應(yīng)；提高