2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成技術(shù)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)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在設(shè)計(jì)用于CO2資源化合成的催化劑時(shí)，優(yōu)先考慮其具有高選擇性，這意味著（）。A.催化劑能催化盡可能多的反應(yīng)B.催化劑只催化CO2轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，對(duì)其他副反應(yīng)抑制能力強(qiáng)C.催化劑的反應(yīng)速率越快越好D.催化劑的穩(wěn)定性不重要2.利用分子模擬預(yù)測(cè)某有機(jī)分子的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)其氣相能量越高，則該分子（）。A.在溶液中越穩(wěn)定B.實(shí)際上越不穩(wěn)定（需要更多能量才能形成）C.越容易發(fā)生異構(gòu)化D.與其他分子相互作用力越強(qiáng)3.設(shè)計(jì)一種高效合成路線時(shí)，原子經(jīng)濟(jì)性高通常意味著（）。A.反應(yīng)步驟少B.產(chǎn)物的純度高C.副產(chǎn)物少，原料中的原子盡可能多地進(jìn)入目標(biāo)產(chǎn)物D.反應(yīng)速率快4.對(duì)于涉及固體催化劑的反應(yīng)，選擇合適的溶劑時(shí)，通常優(yōu)先考慮（）。A.溶劑能顯著提高催化劑的溶解度B.溶劑的極性要與催化劑表面性質(zhì)匹配，以促進(jìn)吸附和反應(yīng)C.溶劑必須廉價(jià)易得D.溶劑應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性，避免分解5.流化床反應(yīng)器在合成資源化學(xué)產(chǎn)品（如多相催化劑）時(shí)，相比傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器的主要優(yōu)勢(shì)之一是（）。A.溫度分布更均勻B.易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)C.催化劑不易發(fā)生燒結(jié)D.操作壓力更低6.設(shè)計(jì)一個(gè)利用礦石為原料合成某種金屬氧化物催化劑的路線，關(guān)鍵步驟之一是控制（）。A.原料中雜質(zhì)的種類B.燒結(jié)的溫度和時(shí)間C.原料的粒度分布D.所用溶劑的pH值7.在設(shè)計(jì)一個(gè)將天然氣轉(zhuǎn)化為甲醇的合成路線時(shí)，若考慮使用非傳統(tǒng)金屬（如釕）作為催化劑，其設(shè)計(jì)思路可能側(cè)重于（）。A.降低反應(yīng)溫度B.提高對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率C.利用廉價(jià)廢料D.增強(qiáng)對(duì)甲烷的活化能力8.自組裝技術(shù)在資源化學(xué)中的應(yīng)用，可能用于制備具有特定孔道結(jié)構(gòu)的吸附劑，以高效吸附（）。A.氣體分子（如H2、CO2）B.液體分子（如有機(jī)溶劑）C.固體顆粒D.金屬離子9.設(shè)計(jì)一種電催化還原CO2制備甲酸鹽的方法時(shí)，需要考慮的關(guān)鍵因素不包括（）。A.電極材料的本征電催化活性B.電極材料的穩(wěn)定性（耐腐蝕性）C.電解液的組成D.反應(yīng)器的機(jī)械強(qiáng)度10.對(duì)于一種需要高溫合成的無機(jī)功能材料，若想提高合成效率并可能降低成本，可以考慮采用（）。A.溶膠-凝膠法B.微波加熱合成C.水熱合成法D.氣相沉積法二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成技術(shù)不僅關(guān)注分子的______，更關(guān)注其______與性能的關(guān)系。2.在綠色化學(xué)原則中，______和______是評(píng)價(jià)合成路線的重要指標(biāo)。3.利用計(jì)算化學(xué)預(yù)測(cè)分子性質(zhì)時(shí)，密度泛函理論（DFT）是一種常用的方法，其核心思想是用電子密度代替波函數(shù)，從而簡(jiǎn)化計(jì)算。4.設(shè)計(jì)合成路線時(shí)，除了考慮目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，還需考慮起始原料的______、反應(yīng)條件的______以及產(chǎn)物的______。5.對(duì)于資源化學(xué)專業(yè)，化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成技術(shù)常用于開發(fā)高效、環(huán)保的______材料和______方法。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述在進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如何根據(jù)資源化學(xué)原料的特性（如來源、組成）來限定目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)要求？2.簡(jiǎn)要比較流化床反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器在合成多相催化材料時(shí)的主要區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)。3.闡述分子模擬技術(shù)在化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成中的作用。四、合成路線設(shè)計(jì)題（15分）已知甲烷（CH4）和CO2是重要的資源化學(xué)原料，設(shè)計(jì)一條利用甲烷和CO2為起始原料，合成一種含氮有機(jī)化合物（如尿素或其衍生物）的合成路線。要求：（1）寫出目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。（2）設(shè)計(jì)核心的合成步驟，并簡(jiǎn)要說明每步的反應(yīng)類型或原理。（3）指出該合成路線設(shè)計(jì)可能需要克服的技術(shù)挑戰(zhàn)或考慮的因素（至少兩點(diǎn)）。五、論述題（20分）結(jié)合資源化學(xué)的特點(diǎn)，論述化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成技術(shù)在推動(dòng)資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展方面的重要性。請(qǐng)從資源轉(zhuǎn)化效率、環(huán)境影響、新能源材料、環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行闡述。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.B6.B7.D8.A9.D10.B二、填空題1.構(gòu)成，預(yù)期功能2.原料可獲得性，經(jīng)濟(jì)性，分離純化3.吸引能/反應(yīng)能4.可得性/來源，溫和性，分離純化/選擇性5.催化，資源轉(zhuǎn)化三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：分析資源原料的化學(xué)組成、物理狀態(tài)、主要活性組分等，據(jù)此確定目標(biāo)產(chǎn)物的元素構(gòu)成、可能存在的官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)單元，并結(jié)合資源利用效率、產(chǎn)品價(jià)值、市場(chǎng)需求等因素，提出具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。2.解析思路：流化床通過流體（氣體或液體）使固體顆粒懸浮，實(shí)現(xiàn)良好混合和傳熱傳質(zhì)，反應(yīng)器內(nèi)固體濃度高，反應(yīng)速率快，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；固定床固體顆粒固定，傳質(zhì)限制可能更明顯，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但溫度均勻性可能較差。比較優(yōu)缺點(diǎn)需結(jié)合具體反應(yīng)體系。3.解析思路：分子模擬可預(yù)測(cè)分子結(jié)構(gòu)、能量、穩(wěn)定性、反應(yīng)路徑、光譜性質(zhì)等，輔助進(jìn)行分子設(shè)計(jì)；模擬吸附和催化反應(yīng)過程，篩選和設(shè)計(jì)高效催化劑；評(píng)估不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能差異，優(yōu)化合成路線，降低實(shí)驗(yàn)成本，加速研發(fā)進(jìn)程。四、合成路線設(shè)計(jì)題（1）目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式（示例：尿素CO(NH2)2）：略（2）合成路線設(shè)計(jì)（示例思路：CO2與H2反應(yīng)生成甲醇，再與氨氣反應(yīng)生成尿素）步驟一：CO2+3H2→催化劑→CH3OH+H2O（合成氣制甲醇，可能需要設(shè)計(jì)特殊催化劑以利用CO2）步驟二：2NH3+CO2→催化劑→CO(NH2)2+H2O（氨合成CO2的方法，如烏爾曼反應(yīng)）解析思路：設(shè)計(jì)需基于原料（CH4,CO2），產(chǎn)物（含氮化合物），合理連接中間體（如甲醇），選擇可能的反應(yīng)類型（如催化加氫、氧化、偶聯(lián)、carboxylation等），并簡(jiǎn)要說明原理。路線設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能利用起始原料，體現(xiàn)資源化學(xué)特點(diǎn)。（3）技術(shù)挑戰(zhàn)/考慮因素：挑戰(zhàn)/因素1：CO2活化困難，反應(yīng)活性低，需要開發(fā)高效催化劑。挑戰(zhàn)/因素2：甲烷轉(zhuǎn)化和選擇性問題，避免產(chǎn)生過多副產(chǎn)物。挑戰(zhàn)/因素3：合成過程能量需求高，需要考慮綠色環(huán)保的工藝。挑戰(zhàn)/因素4：原料來源與混合的工程問題。解析思路：分析路線中關(guān)鍵步驟的難易程度（如CO2活化），考慮實(shí)際操作中的問題（如催化劑成本、選擇性、能量效率），結(jié)合資源化學(xué)領(lǐng)域常見的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行闡述。五、論述題（論述內(nèi)容要點(diǎn)，非完整答案）要點(diǎn)應(yīng)涵蓋：1.提高資源轉(zhuǎn)化效率：通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化催化劑或反應(yīng)物結(jié)構(gòu)，提高目標(biāo)產(chǎn)物的收率和選擇性，減少副反應(yīng)，從而提高原料（如礦石、煤、天然氣）的利用效率。2.降低環(huán)境影響：設(shè)計(jì)綠色合成路線，選用環(huán)境友好溶劑和催化劑，減少有害副產(chǎn)物的生成，實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)性最大化，推動(dòng)資源化學(xué)工業(yè)的環(huán)境可持續(xù)性。3.推動(dòng)新能源材料發(fā)展：設(shè)計(jì)和合成具有特定功能的材料（如儲(chǔ)氫材料、電池電極材料、光催化材料），用于能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換，助力能源轉(zhuǎn)型。4.改善環(huán)境保護(hù)：設(shè)計(jì)和合成高效吸附劑、催化劑等，用于環(huán)境污染物的處理（如廢水凈化、空氣凈化、二氧化碳捕集），改善環(huán)境質(zhì)量。5.體現(xiàn)學(xué)科交叉：強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成技術(shù)