2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——環(huán)境友好型材料的合成及應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意）1.下列哪一項(xiàng)不屬于綠色化學(xué)十二原則的內(nèi)容？A.原子經(jīng)濟(jì)性B.使用更安全的化學(xué)合成方法C.催化反應(yīng)優(yōu)于stoichiometric方法D.最大限度地使用已有的、可再生的自然資源2.在環(huán)境友好型材料的合成中，采用水相合成方法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？A.反應(yīng)速率快B.通常使用廉價(jià)、無(wú)毒的溶劑C.產(chǎn)品純化容易D.可在高溫高壓下進(jìn)行3.下列哪種材料因其優(yōu)異的吸附性能和易降解性，被認(rèn)為是環(huán)境友好型吸附劑的有力候選者？A.聚丙烯腈纖維B.活性炭C.金屬磷酸鹽沸石D.混凝土4.用于合成環(huán)境友好型材料的多相催化劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是？A.反應(yīng)條件溫和，易于分離回收B.選擇性高，副產(chǎn)物少C.成本低廉，來(lái)源廣泛D.以上都是5.CO2資源化利用合成環(huán)境友好型材料，其核心優(yōu)勢(shì)在于？A.解決了溫室氣體排放問(wèn)題B.開(kāi)辟了新型材料來(lái)源C.提高了資源利用效率D.以上都是6.下列哪種方法不屬于典型的綠色化學(xué)合成策略？A.微波輻射合成B.溶劑熱合成C.高溫高壓干法合成D.水相合成7.用于水處理去除重金屬離子的環(huán)境友好型材料，應(yīng)具備的主要特性是？A.高比表面積和合適的孔結(jié)構(gòu)B.強(qiáng)的氧化還原能力C.高熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性D.良好的導(dǎo)電性8.金屬有機(jī)框架（MOFs）材料作為環(huán)境友好型材料，其在氣體儲(chǔ)存與分離方面的主要優(yōu)勢(shì)是？A.可重復(fù)使用性好B.對(duì)目標(biāo)氣體具有高選擇性C.通常由可持續(xù)來(lái)源的有機(jī)配體構(gòu)成D.以上都是9.在資源化學(xué)的視角下，環(huán)境友好型材料的合成與應(yīng)用，主要關(guān)注的是？A.材料的成本和產(chǎn)量B.材料的環(huán)境影響和資源利用效率C.材料的加工性能和外觀D.材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和專利情況10.下列哪種應(yīng)用領(lǐng)域不屬于環(huán)境友好型材料的主要應(yīng)用范疇？A.大氣污染治理B.廢水處理與回用C.醫(yī)療器械制造D.資源（如稀土）的高效提取與分離二、填空題（每空1分，共15分）1.環(huán)境友好型材料通常指在__________、__________、__________等方面對(duì)環(huán)境影響小，且性能優(yōu)異的材料。2.綠色化學(xué)合成方法強(qiáng)調(diào)使用無(wú)毒、無(wú)害的__________，并提高_(dá)_________。3.__________是一種由金屬離子或簇與有機(jī)配體自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。4.常見(jiàn)的吸附型環(huán)境友好材料如__________、__________等，可用于去除水體中的污染物。5.在資源化學(xué)領(lǐng)域，環(huán)境友好型催化劑常用于提高_(dá)_________的效率，并減少__________。6.生物基材料是指來(lái)源于__________或__________的可再生生物質(zhì)資源，通過(guò)化學(xué)過(guò)程合成的材料。7.環(huán)境友好型材料在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用，體現(xiàn)了__________和__________原則。8.溶劑熱合成是指在__________和__________條件下，利用溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行合成的方法。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述綠色化學(xué)合成方法相比于傳統(tǒng)合成方法的主要優(yōu)勢(shì)。2.請(qǐng)列舉三種不同類型的環(huán)境友好型材料，并簡(jiǎn)述其一種主要應(yīng)用。3.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)特點(diǎn)，簡(jiǎn)述在材料合成與應(yīng)用中應(yīng)如何貫徹可持續(xù)發(fā)展理念。4.簡(jiǎn)述環(huán)境友好型材料在使用過(guò)程中可能存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以及如何進(jìn)行評(píng)估。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述水相合成方法在制備環(huán)境友好型材料方面的優(yōu)勢(shì)及其面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述環(huán)境友好型材料在解決特定環(huán)境污染問(wèn)題（如水體富營(yíng)養(yǎng)化或空氣中有毒氣體污染）中的應(yīng)用潛力和關(guān)鍵考量因素。五、計(jì)算題（共15分）某工業(yè)廢水含有的某重金屬離子濃度為50mg/L?，F(xiàn)采用一種環(huán)境友好型吸附劑處理該廢水，吸附劑投加量為2g/L。在特定條件下，吸附平衡后，測(cè)得廢水中該重金屬離子剩余濃度為5mg/L。假設(shè)吸附過(guò)程符合Langmuir吸附模型，且吸附劑的最大吸附量Qmax為200mg/g。（1）計(jì)算該條件下該重金屬離子的平衡吸附量qe(mg/g)。（3分）（2）根據(jù)Langmuir模型，簡(jiǎn)述該模型的基本假設(shè)，并寫(xiě)出其吸附等溫線方程式。（4分）（3）若要使該廢水的出水濃度達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（1mg/L），理論上每升廢水至少需要投加多少克該吸附劑？（吸附劑密度視為1g/cm3）（4分）（4）簡(jiǎn)述在設(shè)計(jì)和應(yīng)用該吸附材料處理廢水時(shí)，除了吸附容量和速率外，還應(yīng)考慮哪些重要的性能參數(shù)。（4分）試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意）1.D解析：綠色化學(xué)原則強(qiáng)調(diào)減少對(duì)非可再生資源的依賴，優(yōu)先使用可再生的自然資源。選項(xiàng)A、B、C均為綠色化學(xué)原則內(nèi)容。選項(xiàng)D描述的是可持續(xù)性原則，而非綠色化學(xué)十二原則的具體內(nèi)容。2.B解析：水相合成方法通常使用水作為溶劑。水廉價(jià)、無(wú)毒、來(lái)源豐富，是理想的綠色溶劑，這是水相合成方法的主要優(yōu)點(diǎn)之一。選項(xiàng)A、C、D描述的是其他合成方法的優(yōu)點(diǎn)或共性。3.C解析：金屬磷酸鹽沸石（如沸石）具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，且其合成過(guò)程和最終材料的環(huán)境友好性（如熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、潛在可降解性）相對(duì)較好，是環(huán)境友好型吸附劑的典型代表。選項(xiàng)A、B、D雖也有吸附性，但環(huán)境和降解特性可能不如沸石。4.D解析：多相催化劑不溶于反應(yīng)物或產(chǎn)物，易于分離回收，可以循環(huán)使用，降低了成本和環(huán)境污染（符合綠色化學(xué)原則）。同時(shí)，好的多相催化劑通常具有較高的活性和選擇性。因此，選項(xiàng)D是綜合優(yōu)點(diǎn)。5.D解析：CO2資源化利用合成材料，不僅解決了溫室氣體排放問(wèn)題（A），還提供了新型材料來(lái)源（B），并且將低價(jià)值或無(wú)價(jià)值的CO2轉(zhuǎn)化為高價(jià)值材料，極大地提高了碳資源和能源的利用效率（C）。因此，D選項(xiàng)最全面。6.C解析：微波輻射合成、溶劑熱合成、水相合成都屬于綠色化學(xué)合成策略，利用特殊條件提高效率、降低能耗或使用綠色溶劑。高溫高壓干法合成通常能耗高、溶劑使用可能不友好，不屬于典型的綠色合成策略。7.A解析：去除重金屬離子需要材料具有足夠的表面積和合適的孔徑，以便重金屬離子能夠擴(kuò)散進(jìn)入材料內(nèi)部并發(fā)生吸附或離子交換。因此，高比表面積和合適的孔結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵特性。選項(xiàng)B、C、D對(duì)于去除重金屬不是主要需求。8.D解析：MOFs材料具有可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)和高的比表面積（A），使其對(duì)特定氣體（如CO2、H2、CH4）具有高選擇性（B）。許多MOFs的構(gòu)成單元（金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體）可以來(lái)源于可持續(xù)的生物質(zhì)資源（C）。因此，D選項(xiàng)最全面。9.B解析：資源化學(xué)關(guān)注資源的有效、高效利用以及環(huán)境友好。因此，環(huán)境友好型材料的合成與應(yīng)用，核心關(guān)注點(diǎn)在于其合成過(guò)程的環(huán)境影響（如能耗、污染）和材料本身能否促進(jìn)資源的可持續(xù)利用（如資源提取、循環(huán)利用效率）。10.C解析：大氣污染治理、廢水處理與回用、資源（如稀土）的高效提取與分離都屬于環(huán)境友好型材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域。醫(yī)療器械制造雖然可能用到某些高性能材料，但通常不屬于環(huán)境友好型材料的核心應(yīng)用范疇，除非是用于替代傳統(tǒng)材料以減少環(huán)境污染（如可降解植入物）。二、填空題（每空1分，共15分）1.生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品使用過(guò)程、廢棄后解析：環(huán)境友好型材料應(yīng)在其整個(gè)生命周期（從生產(chǎn)到廢棄）中減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。2.溶劑、原子經(jīng)濟(jì)性解析：綠色化學(xué)合成強(qiáng)調(diào)使用環(huán)境友好的溶劑替代有毒有害溶劑，并盡可能提高反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性，減少副產(chǎn)物。3.金屬有機(jī)框架(MOFs)解析：MOFs是由金屬離子/簇作為節(jié)點(diǎn)，有機(jī)配體作為連接體自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。4.活性炭、生物炭解析：活性炭和生物炭（如農(nóng)業(yè)廢棄物熱解產(chǎn)物）因其高比表面積和發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附性能，是常見(jiàn)的吸附型環(huán)境友好材料。5.資源轉(zhuǎn)化、污染物排放解析：催化劑的作用是加速化學(xué)反應(yīng)。在資源化學(xué)背景下，高效催化劑能提升資源（如礦石、廢棄物）轉(zhuǎn)化成有用產(chǎn)品（如金屬、燃料、化學(xué)品）的效率，同時(shí)減少反應(yīng)過(guò)程中的能源消耗和污染物排放。6.植物類、動(dòng)物類解析：生物基材料來(lái)源于可再生生物質(zhì)，包括植物來(lái)源（如淀粉、纖維素、木質(zhì)素）和動(dòng)物來(lái)源（如殼聚糖、蛋白質(zhì)）。7.減少污染、資源循環(huán)利用解析：環(huán)境友好型材料的應(yīng)用旨在減少環(huán)境污染，同時(shí)促進(jìn)資源的循環(huán)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的核心思想。8.高溫、高壓解析：溶劑熱合成是指在高于溶劑正常沸點(diǎn)的溫度下，在高壓釜中利用溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行合成的方法，需要高溫和高壓條件來(lái)維持溶劑的液相狀態(tài)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述綠色化學(xué)合成方法相比于傳統(tǒng)合成方法的主要優(yōu)勢(shì)。解析：綠色化學(xué)合成方法主要優(yōu)勢(shì)包括：①減少或消除使用和生成有害物質(zhì)，降低對(duì)環(huán)境和人類健康的風(fēng)險(xiǎn)；②提高資源利用效率（原子經(jīng)濟(jì)性），減少浪費(fèi)；③使用可再生資源替代不可再生資源；④通常在更溫和的條件下進(jìn)行，降低能耗和設(shè)備要求；⑤產(chǎn)物易于分離和回收，可循環(huán)使用，減少?gòu)U棄物排放；⑥許多方法操作更安全。2.請(qǐng)列舉三種不同類型的環(huán)境友好型材料，并簡(jiǎn)述其一種主要應(yīng)用。解析：①環(huán)境友好催化劑：主要應(yīng)用是作為多相催化劑，用于化工合成、環(huán)境污染物降解、資源轉(zhuǎn)化等過(guò)程中，提高反應(yīng)效率、選擇性和原子經(jīng)濟(jì)性，減少污染物生成。②環(huán)境吸附劑：如活性炭、生物炭、環(huán)境友好沸石等，主要應(yīng)用是吸附水或空氣中的污染物（如重金屬離子、有機(jī)物、二氧化硫等），用于水處理、空氣凈化等。③可降解高分子材料：如聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）等，主要應(yīng)用是替代傳統(tǒng)塑料，用于包裝、農(nóng)用地膜、一次性醫(yī)療用品等，減少白色污染。3.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)特點(diǎn)，簡(jiǎn)述在材料合成與應(yīng)用中應(yīng)如何貫徹可持續(xù)發(fā)展理念。解析：在資源化學(xué)領(lǐng)域貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，意味著在材料合成與應(yīng)用中：①優(yōu)先選擇和使用可再生資源作為原料；②開(kāi)發(fā)和采用環(huán)境友好的合成路線（綠色化學(xué)），最大限度地減少能源消耗、廢物產(chǎn)生和有害物質(zhì)使用；③設(shè)計(jì)和制備環(huán)境友好型材料，使其在使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境影響小，廢棄后易于回收、降解或資源化利用；④提高材料在資源提取、加工、使用和最終處置全生命周期中的資源利用效率；⑤關(guān)注材料的經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的統(tǒng)一。4.簡(jiǎn)述環(huán)境友好型材料在使用過(guò)程中可能存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以及如何進(jìn)行評(píng)估。解析：環(huán)境友好型材料在使用過(guò)程中可能存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)包括：①持久性：某些材料（如某些高性能聚合物、MOFs）可能非常穩(wěn)定，難以在環(huán)境中降解，長(zhǎng)期累積造成潛在風(fēng)險(xiǎn)；②生物毒性：材料本身或其降解產(chǎn)物可能對(duì)生物體具有毒性；③生態(tài)影響：材料進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能產(chǎn)生不利影響；④資源消耗：如果材料依賴稀缺或高能耗資源制成，其大規(guī)模應(yīng)用可能帶來(lái)間接的環(huán)境壓力。評(píng)估方法包括：①進(jìn)行環(huán)境持久性、生物降解性測(cè)試；②評(píng)估材料在環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化行為；③進(jìn)行生態(tài)毒性測(cè)試（水生、陸生）；④進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)（LCA），評(píng)估材料從生產(chǎn)到廢棄整個(gè)生命周期的環(huán)境影響；⑤關(guān)注材料的生產(chǎn)過(guò)程和最終處置的環(huán)境影響。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述水相合成方法在制備環(huán)境友好型材料方面的優(yōu)勢(shì)及其面臨的挑戰(zhàn)。解析：優(yōu)勢(shì)：①溶劑環(huán)境友好：水是廉價(jià)、無(wú)毒、可再生的理想綠色溶劑，使用水相合成符合綠色化學(xué)原則，減少了對(duì)環(huán)境和操作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。②環(huán)境兼容性：水基體系通常與環(huán)境和生物體系更兼容，有利于后續(xù)的應(yīng)用（如生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用）或環(huán)境處理。③易于分離：許多水相合成產(chǎn)物（如無(wú)機(jī)鹽、金屬氧化物、水溶性聚合物）不溶于水或微溶于水，易于通過(guò)過(guò)濾、離心、沉淀等方法進(jìn)行分離純化，簡(jiǎn)化了后處理過(guò)程。④反應(yīng)條件溫和：水的高介電常數(shù)和良好的溶解能力，有時(shí)可以使反應(yīng)在相對(duì)溫和的條件下進(jìn)行。⑤多功能性：水相合成可以用于制備多種類型的材料，包括無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、生物材料等。挑戰(zhàn)：①溶解性限制：許多目標(biāo)材料（如疏水性金屬氧化物、有機(jī)大分子）在水中的溶解度低，可能導(dǎo)致合成困難、產(chǎn)物分散性差或難以純化。②傳質(zhì)限制：水的高粘度可能限制反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)速率，導(dǎo)致反應(yīng)效率不高或反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。③副反應(yīng)：水可能參與反應(yīng)或促進(jìn)某些不期望的副反應(yīng)。④高溫高壓需求：對(duì)于某些難溶性或需要高溫合成的材料，水相合成可能需要在加壓釜中進(jìn)行，增加了設(shè)備要求和安全風(fēng)險(xiǎn)。⑤產(chǎn)物純化復(fù)雜性：對(duì)于水不溶性產(chǎn)物，如果產(chǎn)物與水溶性雜質(zhì)分離困難，純化過(guò)程可能依然復(fù)雜。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述環(huán)境友好型材料在解決特定環(huán)境污染問(wèn)題（如水體富營(yíng)養(yǎng)化或空氣中有毒氣體污染）中的應(yīng)用潛力和關(guān)鍵考量因素。解析：環(huán)境友好型材料在解決環(huán)境污染問(wèn)題中具有巨大應(yīng)用潛力。以水體富營(yíng)養(yǎng)化為例，其核心問(wèn)題是水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)量。環(huán)境友好型吸附材料（如改性生物炭、環(huán)境友好沸石、MOFs）具有高比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)，可以有效吸附水中的磷酸根、氨氮等污染物。例如，富含氧官能團(tuán)的生物炭對(duì)磷酸根有很強(qiáng)的親和力；負(fù)載了特定金屬離子（如Fe3?,Al3?）的吸附劑或改性沸石可以通過(guò)離子交換去除氨氮。這些材料通常來(lái)源廣泛（如農(nóng)業(yè)廢棄物）、環(huán)境友好（吸附飽和后