2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——納米多孔材料的吸附分離性能考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種材料不屬于納米多孔材料？A.沸石B.金屬有機框架C.共價有機框架D.二氧化硅2.物理吸附的主要特征是：A.吸附熱較高，化學鍵作用力強B.吸附熱較低，主要依靠分子間作用力C.不可逆吸附D.只能在特定溫度下進行3.下列哪個方程式描述了Langmuir吸附等溫線？A.Frenkel方程B.Temkin方程C.Langmuir方程D.BET方程4.吸附焓（ΔH）為負值，表明：A.吸附過程是吸熱的B.吸附過程是放熱的C.吸附過程不可逆D.吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力較弱5.納米多孔材料用于氣體分離時，主要利用的是：A.表面化學活性B.孔徑大小和形狀C.吸附熱力學D.吸附動力學6.比表面積較大的納米多孔材料，通常具有：A.較低的吸附能力B.較高的吸附能力C.較低的分離效率D.較高的分離成本7.下列哪種方法不屬于測定納米多孔材料比表面積和孔徑分布的方法？A.BET法B.N?吸附-脫附等溫線法C.X射線衍射法D.毛細管上升法8.吸附選擇性是指：A.吸附劑對某一特定吸附質(zhì)的吸附能力B.吸附劑對多種吸附質(zhì)吸附能力的比值C.吸附過程的反應速率D.吸附過程的平衡常數(shù)9.納米多孔材料在環(huán)境領域的主要應用不包括：A.水凈化B.廢氣處理C.催化劑載體D.燃料電池電極10.下列哪種因素不影響納米多孔材料的吸附分離性能？A.孔徑大小B.表面性質(zhì)C.吸附質(zhì)濃度D.外界溫度二、填空題（每空1分，共20分）1.納米多孔材料是指具有______和______的固體材料。2.物理吸附主要包括______、______和______三種作用力。3.吸附等溫線描述了在一定溫度下，吸附劑表面______與______之間的關系。4.吸附熱力學參數(shù)包括吸附焓______、吸附熵______和吸附吉布斯自由能______。5.影響納米多孔材料吸附性能的主要因素有______、______、______和______。6.納米多孔材料在氣體分離過程中，主要利用其______和______的特性。7.比表面積的常用測定方法是______。8.吸附選擇性的定義是______。9.納米多孔材料在能源領域的一個重要應用是______。10.金屬有機框架的簡稱是______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述物理吸附和化學吸附的區(qū)別。2.簡述Langmuir吸附等溫線模型的基本假設。3.簡述影響納米多孔材料吸附分離性能的因素。4.簡述納米多孔材料在環(huán)境領域的主要應用。四、計算題（每題10分，共20分）1.某納米多孔材料在298K下，吸附某氣體的Langmuir吸附等溫線符合Langmuir方程，實驗測得吸附飽和量（q_m）為10mol/g，平衡常數(shù)（K_L）為0.1L/mol。當吸附氣體的分壓（P）為0.2atm時，求該材料的吸附量（q）。（氣體常數(shù)R=0.0821L·atm/(mol·K)）2.某納米多孔材料用于分離乙醇和水混合物，已知乙醇在材料表面的吸附選擇性（S）為2.5，水在材料表面的吸附選擇性為1。如果乙醇和水的初始濃度分別為10mol/L和90mol/L，求材料對乙醇的分離效率。（假設吸附達到平衡）五、論述題（10分）結(jié)合實際應用，論述納米多孔材料在未來能源領域的發(fā)展前景。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.B5.B6.B7.C8.B9.C10.C二、填空題1.大量微孔或中孔，高比表面積2.vanderWaals力，倫敦色散力，偶極-偶極作用力3.吸附質(zhì)在吸附劑表面的濃度，吸附劑的量4.ΔH，ΔS，ΔG5.孔徑大小，表面性質(zhì)，吸附質(zhì)種類，溫度6.孔徑大小和形狀，表面性質(zhì)7.BET法8.吸附劑對兩種或多種吸附質(zhì)吸附能力的比值9.燃料電池電極材料10.MOF三、簡答題1.物理吸附：主要依靠分子間作用力，吸附熱較低，可逆吸附，吸附劑和吸附質(zhì)分子結(jié)構(gòu)無變化；化學吸附：主要依靠化學鍵作用力，吸附熱較高，不可逆吸附，吸附劑和吸附質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。2.(1)吸附劑表面存在均勻的單分子層；(2)吸附質(zhì)分子之間互不影響；(3)吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力只與吸附質(zhì)分子在表面的濃度有關，而與吸附劑的量無關。3.孔徑大小和形狀：影響吸附質(zhì)分子進入孔道的難易程度；表面性質(zhì)：影響吸附劑與吸附質(zhì)分子之間的作用力；吸附質(zhì)種類：不同吸附質(zhì)分子的大小、極性等性質(zhì)不同，與吸附劑的相互作用力也不同；溫度：影響吸附熱力學參數(shù)，進而影響吸附性能。4.納米多孔材料可用于水凈化，去除水中的重金屬離子、有機污染物等；可用于廢氣處理，去除工業(yè)廢氣中的有害氣體，如CO、NOx、VOCs等。四、計算題1.根據(jù)Langmuir吸附等溫線模型，q=q_m*K_L*P/(1+K_L*P)q=10mol/g*0.1L/mol*0.2atm/(1+0.1L/mol*0.2atm)q=0.01818mol/g*0.2L/mol/(1+0.02L/mol)q=0.003636mol/g/1.02L/molq≈0.00356mol/g將摩爾吸附量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量吸附量，需要知道吸附質(zhì)的摩爾質(zhì)量，假設吸附質(zhì)的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，則質(zhì)量吸附量q_m=0.00356Mg/g。由于題目未給出吸附質(zhì)的摩爾質(zhì)量，最終答案以摩爾吸附量表示：q≈0.00356mol/g。2.分離效率η=(C1-C1')/C1=(1-1/S)*C2/(C1+C2)其中，C1為乙醇的初始濃度，C2為水的初始濃度，S為乙醇在材料表面的吸附選擇性。η=(1-1/2.5)*90mol/L/(10mol/L+90mol/L)η=(1-0.4)*90mol/L/100mol/Lη=0.6*90mol/L/100mol/Lη=54mol/L/100mol/Lη=0.54轉(zhuǎn)換為百分比，η=54%五、論述題（由于篇幅限制，此處省略論述題的詳細答案，以下為答題思路）納米多孔材料在未來能源領域具有廣闊的發(fā)展前景。首先