2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——化學(xué)催化技術(shù)在有機(jī)合成中的應(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)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是催化劑的基本特征？(A)改變反應(yīng)的活化能(B)被反應(yīng)物消耗(C)改變反應(yīng)的平衡常數(shù)(D)加快正反應(yīng)速率2.在均相催化反應(yīng)中，催化劑和反應(yīng)物處于相同的相態(tài)，以下哪種情況不屬于典型的均相催化？(A)酸或堿催化水解酯類(B)金屬羰基化合物催化烯烴氫化(C)固體酸催化Friedel-Crafts反應(yīng)(D)鉑碳催化劑催化乙烯加氫3.下列反應(yīng)中，屬于氧化還原催化反應(yīng)的是？(A)醛的縮合反應(yīng)(B)烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)(C)鹵代烷的消除反應(yīng)(D)乙烯與溴的加成反應(yīng)4.催化劑的選擇性是指？(A)催化劑能否重復(fù)使用(B)催化劑對(duì)反應(yīng)溫度的敏感性(C)催化劑在特定反應(yīng)中表現(xiàn)出的化學(xué)、區(qū)域或立體專一性(D)催化劑的質(zhì)量5.下列哪種催化劑通常用于碳-碳鍵的形成？(A)強(qiáng)酸性離子交換樹脂(B)鈀催化劑（Pd）及其衍生物(C)濃硫酸(D)氧化鋁6.相轉(zhuǎn)移催化劑在有機(jī)合成中的作用主要是？(A)降低反應(yīng)的活化能(B)將反應(yīng)從氣相轉(zhuǎn)移到液相(C)增加反應(yīng)物濃度(D)引入特定的官能團(tuán)7.在有機(jī)合成中，利用酶作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)，其主要優(yōu)點(diǎn)之一是？(A)反應(yīng)條件溫和，通常在室溫、水相中進(jìn)行(B)催化活性非常高(C)催化劑價(jià)格便宜，易得(D)催化劑可以無(wú)限次循環(huán)使用8.下列關(guān)于Wittig反應(yīng)的敘述，錯(cuò)誤的是？(A)通常使用磷葉立德作為親核試劑(B)可以實(shí)現(xiàn)烯烴的立體選擇性合成(C)是一種經(jīng)典的碳-碳鍵形成反應(yīng)(D)必須使用強(qiáng)堿性條件9.金屬卡賓催化烯烴的環(huán)化反應(yīng)，屬于哪種類型的催化？(A)酸催化(B)金屬有機(jī)催化(C)生物催化(D)相轉(zhuǎn)移催化10.提高催化反應(yīng)原子經(jīng)濟(jì)性的重要意義在于？(A)提高反應(yīng)速率(B)減少副產(chǎn)物生成，綠色環(huán)保(C)降低反應(yīng)溫度(D)提高催化劑的利用率二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.催化劑能夠改變反應(yīng)速率，但______反應(yīng)的平衡常數(shù)。2.催化劑的作用本質(zhì)是______反應(yīng)的活化能。3.固體酸催化劑具有______和______的優(yōu)點(diǎn)。4.在有機(jī)合成中，實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性通常需要考慮底物的______和催化劑的______。5.催化劑在催化循環(huán)中通常經(jīng)歷______、反應(yīng)和再生三個(gè)階段。6.Pd(PPh3)4是一種常用的______催化劑，在有機(jī)合成中可用于多種______反應(yīng)。7.C-H鍵活化是指利用催化劑使分子中相對(duì)惰性的______參與反應(yīng)的過程。8.酶催化反應(yīng)通常具有高度的______和______。9.設(shè)計(jì)高效催化劑時(shí)，除了考慮活性，還需要關(guān)注其______、______和壽命。10.相轉(zhuǎn)移催化的關(guān)鍵在于能夠?qū)_____或______的反應(yīng)物轉(zhuǎn)移到反應(yīng)相中。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述均相催化和多相催化的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述影響催化反應(yīng)選擇性的主要因素。3.簡(jiǎn)述綠色化學(xué)理念對(duì)催化劑設(shè)計(jì)提出的要求。四、機(jī)理題（共15分）以Rh(CO)2Cl作為催化劑，催化烯烴加氫生成烷烴為例，繪制該催化循環(huán)的示意圖，并簡(jiǎn)要說明其中涉及的關(guān)鍵化學(xué)步驟（包括關(guān)鍵中間體的形成和轉(zhuǎn)化）。重點(diǎn)說明碳-金屬鍵的形成與斷裂過程。五、綜合應(yīng)用題（共20分）設(shè)計(jì)一個(gè)合成路線，將2-丁烯轉(zhuǎn)化為2-甲基丁烷。要求至少采用兩種不同的催化反應(yīng)步驟，并簡(jiǎn)要說明每一步所使用的催化劑類型以及選擇該催化劑的原因。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(B)4.(C)5.(B)6.(B)7.(A)8.(D)9.(B)10.(B)二、填空題1.不改變2.降低3.易得，可重復(fù)使用4.電子結(jié)構(gòu)，空間位阻5.活化6.均相，偶聯(lián)（或碳-碳鍵形成）7.C-H鍵8.高效，專一（或立體選擇性）9.選擇性，穩(wěn)定性10.非極性，極性三、簡(jiǎn)答題1.均相催化中，催化劑與反應(yīng)物處于同一相態(tài)（通常是液相），催化劑易流失，通常需要分離回收。多相催化中，催化劑為固體，反應(yīng)物通常為氣體或液體，催化劑不易流失，易于分離和重復(fù)使用。2.主要因素包括：反應(yīng)物結(jié)構(gòu)（如電子分布、空間位阻），催化劑結(jié)構(gòu)（如活性位點(diǎn)種類、電子性質(zhì)、空間構(gòu)型），反應(yīng)條件（如溫度、壓力、溶劑、添加劑等）。3.要求催化劑具有高活性、高選擇性（特別是區(qū)域選擇性和立體選擇性），易于回收和循環(huán)使用，穩(wěn)定性好，合成方法可行且經(jīng)濟(jì)，對(duì)環(huán)境友好（如不使用或使用毒性小的金屬，減少產(chǎn)生廢物等）。四、機(jī)理題（示意圖及文字描述如下）催化循環(huán)示意圖：```COCl/\/\Rh--(步驟1,H2)-->Rh-CH2-CH3/\/\/\/\HH--(步驟2,β-消除)-->H```簡(jiǎn)要說明：1.活化與加氫（步驟1）：氫氣分子(H2)在催化劑表面被活化（可能先分解），氫原子加成到Rh-Cl鍵上，生成Rh-CH2-CH3中間體和HCl。2.中間體再生（步驟2）：Rh-CH2-CH3中間體發(fā)生β-氫消除（一個(gè)氫原子從碳上消除，與Rh結(jié)合，一個(gè)氫原子與氯結(jié)合形成HCl），再生出催化劑Rh(CO)2Cl。解析思路：*需要理解Rh(CO)2Cl作為烯烴加氫催化劑的基本循環(huán)。*關(guān)鍵步驟是氫的活化加成到金屬碳鍵上，以及隨后中間體的β-消除過程，從而完成催化循環(huán)并再生催化劑。*烯烴加氫是典型的多相催化過程，此處以均相模型示意核心循環(huán)。*文字描述需清晰說明每步涉及的反應(yīng)物、產(chǎn)物和關(guān)鍵過程（如加氫、消除）。五、綜合應(yīng)用題合成路線設(shè)計(jì)：路線一：1.步驟1：異構(gòu)化將2-丁烯異構(gòu)化為更穩(wěn)定的順式-2-丁烯，使用酸性催化劑（如AlCl3或H3PO4），催化劑選擇性促進(jìn)順式異構(gòu)體生成。順式-2-丁烯2.步驟2：氫化順式-2-丁烯在Pd/C或Ni催化劑存在下進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成2-甲基丁烷。順式-2-丁烯--(Pd/C或Ni,H2)-->2-甲基丁烷路線二：1.步驟1：鹵代2-丁烯與鹵化氫（如HBr）在酸性催化劑（如FeBr3）存在下發(fā)生加成反應(yīng)，生成2-溴-2-甲基丙烷。2-丁烯+HBr--(FeBr3)-->2-溴-2-甲基丙烷2.步驟2：異構(gòu)化2-溴-2-甲基丙烷在酸性條件下（如濃硫酸）發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為2-甲基丁烷。2-溴-2-甲基丙烷--(H2SO4)-->2-甲基丁烷催化劑選擇原因：*路線一：*步驟1：選用酸性催化劑（如AlCl3）是因?yàn)樗岽呋梢杂行Т龠M(jìn)烯烴的異構(gòu)化，特別是從較不穩(wěn)定的反式-2-丁烯向更穩(wěn)定的順式-2-丁烯的轉(zhuǎn)化。*步驟2：選用Pd/C或Ni催化劑是因?yàn)樗鼈兪窍N加氫反應(yīng)中常用的、高效且選擇性好（在此條件下主要生成直鏈烷烴）的工業(yè)催化劑。*路線二：*步驟1：選用FeBr3作為催化劑，是因?yàn)樗艽龠M(jìn)鹵化氫與烯烴的加成反應(yīng)（Markovnikov加成）。*步驟2：選用濃硫酸作為異構(gòu)化試劑，是因?yàn)閺?qiáng)酸可以促進(jìn)鹵代烷發(fā)生分子內(nèi)重排或消