2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)專業(yè)學(xué)術(shù)研究綜述考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、閱讀以下關(guān)于鋰離子電池正極材料研究進(jìn)展的摘要，回答問題：“近年來，鋰離子電池作為清潔能源的核心技術(shù)之一，其高能量密度和長(zhǎng)壽命特性備受關(guān)注。層狀氧化物（如LiCoO?,LiNiO?,LiMnO?）和尖晶石型（如LiMn?O?）是兩種主要的正極材料。然而，傳統(tǒng)層狀氧化物存在鈷資源稀缺、成本高、安全性差等問題，而尖晶石型材料則面臨放電容量相對(duì)較低、倍率性能不佳的挑戰(zhàn)。為了克服這些限制，研究人員致力于開發(fā)新型正極材料。其中，富鋰材料（如Li?.?Ni?.?Mn?.?O?）因其高理論容量（>250mAh/g）而備受矚目，但其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、循環(huán)壽命短等問題亟待解決。同時(shí)，固溶體材料，如Li[Li?.?Ni?.?Mn?.?]O?，通過將過渡金屬離子嵌入鋰層結(jié)構(gòu)中，展現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，非化學(xué)計(jì)量比氧化物和聚陰離子型材料（如Li?TiO?,LiFePO?）也在安全性、資源利用率和環(huán)境友好性方面顯示出潛力。然而，這些新型材料的能量密度、倍率性能和成本效益仍需進(jìn)一步優(yōu)化?！?.根據(jù)摘要信息，簡(jiǎn)述目前主流鋰離子電池正極材料（層狀氧化物和尖晶石型）各自面臨的主要挑戰(zhàn)。2.概括摘要中提到的幾種新型正極材料的潛在優(yōu)勢(shì)，并指出其中一種你認(rèn)為最具研究前景的材料，簡(jiǎn)述其優(yōu)勢(shì)所在。二、近年來，關(guān)于二氧化碳（CO?）資源化利用的研究取得了顯著進(jìn)展，旨在將其從溫室氣體轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品或燃料。其中，利用CO?電化學(xué)還原制備多碳產(chǎn)物（如甲醇、甲烷、乙二醇等）引起了廣泛關(guān)注。請(qǐng)就CO?電化學(xué)還原制備甲醇這一研究方向，結(jié)合資源化學(xué)的專業(yè)背景，回答以下問題：1.寫出CO?電化學(xué)還原制備甲醇的可能機(jī)理（至少提及兩個(gè)關(guān)鍵步驟）。2.分析影響CO?電化學(xué)還原選擇性的主要因素（至少列舉三方面）。3.從資源化學(xué)的角度，論述發(fā)展CO?電化學(xué)還原技術(shù)對(duì)于緩解資源壓力和環(huán)境問題的意義。三、稀土元素（REEs）因其獨(dú)特的磁、光、電、催化等性質(zhì)，在高科技產(chǎn)業(yè)中扮演著不可或缺的角色。然而，傳統(tǒng)稀土開采和提取方法往往存在環(huán)境負(fù)荷大、資源利用率低、分離純化困難等問題。請(qǐng)結(jié)合化學(xué)專業(yè)知識(shí)，論述發(fā)展新型稀土資源高效、綠色提取與分離技術(shù)的必要性和可行性。1.闡述傳統(tǒng)稀土提取方法存在的主要環(huán)境問題和化學(xué)難題。2.介紹至少兩種你認(rèn)為具有前景的新型稀土提取或分離技術(shù)（如溶劑萃取、離子交換、膜分離、生物冶金、溶劑化冶金等），并簡(jiǎn)述其基本原理和優(yōu)勢(shì)。3.探討從資源化學(xué)學(xué)科視角出發(fā)，未來稀土高效、綠色提取與分離技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵研究方向。四、閱讀以下關(guān)于核燃料后處理與核廢料安全處置的研究動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)報(bào)：“核能作為清潔能源的重要組成部分，其安全高效利用備受關(guān)注。核燃料（如鈾、钚）經(jīng)反應(yīng)堆輻照后，產(chǎn)生大量高放、中放核廢料，其長(zhǎng)期安全處置是核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。核燃料后處理技術(shù)旨在將乏燃料中的鈾、钚與長(zhǎng)壽命放射性核素分離，實(shí)現(xiàn)鈾、钚的回收利用和長(zhǎng)壽命核廢料的減容、固化處置。目前，液態(tài)高溫鈉冷卻快堆（FHRS）配合先進(jìn)后處理系統(tǒng)（如PFR）是實(shí)現(xiàn)核燃料閉式循環(huán)和高效處置的重要途徑。研究熱點(diǎn)包括開發(fā)新型高效分離萃取劑和流程、先進(jìn)嬗變材料（如次錒系元素）的應(yīng)用、以及實(shí)現(xiàn)高放廢液嬗變的技術(shù)。同時(shí)，深地質(zhì)處置（如法國(guó)Cigéo項(xiàng)目）作為最終處置方案，也面臨地質(zhì)選擇、工程設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等挑戰(zhàn)。此外，放射性核素（如氚）的回收與安全儲(chǔ)存技術(shù)也是研究重點(diǎn)。”1.根據(jù)簡(jiǎn)報(bào)內(nèi)容，簡(jiǎn)述核燃料后處理的主要目的及其對(duì)于核能可持續(xù)發(fā)展的意義。2.介紹簡(jiǎn)報(bào)中提及的至少兩種核廢料處理或處置的技術(shù)方向，并分別說明其核心思想或面臨的挑戰(zhàn)。3.從化學(xué)專業(yè)角度，分析實(shí)現(xiàn)核廢料高效、安全處置所需要的關(guān)鍵化學(xué)技術(shù)創(chuàng)新。試卷答案一、1.解析思路：要求學(xué)生從摘要中定位到關(guān)于LiCoO?和LiMn?O?的描述部分，提取其核心缺點(diǎn)。層狀氧化物的主要問題在于鈷元素的成本高、儲(chǔ)量有限、且對(duì)環(huán)境有潛在影響（隱含）。尖晶石型材料的主要問題在于其理論容量相對(duì)較低，且倍率性能（即快充放電性能）不夠好。*答案：層狀氧化物（如LiCoO?）面臨鈷資源稀缺、成本高的問題；尖晶石型（如LiMn?O?）材料面臨放電容量相對(duì)較低、倍率性能不佳的挑戰(zhàn)。2.解析思路：要求學(xué)生概括摘要中提到的各種新型材料（富鋰材料、固溶體、非化學(xué)計(jì)量比氧化物、聚陰離子型）的優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)行比較和選擇。需要從摘要中找出每種材料的積極描述，如富鋰材料高容量、固溶體熱穩(wěn)定性好、循環(huán)穩(wěn)定性好、非化學(xué)計(jì)量比和聚陰離子型安全性高、資源利用環(huán)保等。最具研究前景的材料選擇具有較大共識(shí)或明確優(yōu)勢(shì)方向即可，并需結(jié)合其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。例如，固溶體因其兼具高電壓和高倍率性能而備受關(guān)注。*答案：新型正極材料的潛在優(yōu)勢(shì)包括：富鋰材料容量高；固溶體材料熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性好；非化學(xué)計(jì)量比氧化物和聚陰離子型材料安全性高、資源利用率好、環(huán)境友好。最具研究前景的材料：以固溶體為例，其優(yōu)勢(shì)在于通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了較好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性，且通常具有較寬的電化學(xué)窗口和良好的倍率性能，綜合性能優(yōu)異。二、1.解析思路：要求學(xué)生根據(jù)化學(xué)知識(shí)寫出CO?在堿性介質(zhì)中電化學(xué)還原制備甲醇的可能機(jī)理。需要回憶或推斷CO?在電極表面失去質(zhì)子（或氫核）形成碳酸根/碳酸根陰離子，隨后發(fā)生還原反應(yīng)，可能涉及中間體如碳酸氫根、甲酸鹽等，最終生成甲醇。寫出關(guān)鍵步驟即可。*答案：可能的機(jī)理包括：CO?在陰極得到電子生成碳酸根離子（CO?2?）或碳酸氫根離子（HCO??）；碳酸根/碳酸氫根離子進(jìn)一步得到電子和質(zhì)子（來自電解液或水電解）生成甲酸鹽（HCOO?）；甲酸鹽在進(jìn)一步還原或得到更多質(zhì)子后生成甲醇（CH?OH）。關(guān)鍵步驟示例：CO?+2e?+H?O→HCOO?+OH?；HCOO?+2H?+2e?→CH?OH。2.解析思路：要求學(xué)生列舉影響CO?電化學(xué)還原選擇性的因素。這涉及到電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的知識(shí)。影響因素主要包括：電極材料（表面性質(zhì)、催化活性）；電解液成分（pH值、添加劑）；電位（過電位大?。环磻?yīng)溫度；CO?濃度和分壓。選擇其中三個(gè)即可。*答案：影響選擇性的主要因素包括：電極材料的選擇（不同的材料對(duì)生成不同產(chǎn)物的催化活性不同）；電解液的pH值和組成（影響反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性和反應(yīng)路徑）；電極電位（過電位的大小直接影響主要產(chǎn)物和副產(chǎn)物的比例）。3.解析思路：要求學(xué)生結(jié)合資源化學(xué)背景，論述CO?電化學(xué)還原的意義。需要從資源（CO?作為廉價(jià)碳源、減少對(duì)化石燃料的依賴）、環(huán)境（減少溫室氣體排放）、經(jīng)濟(jì)（變廢為寶，創(chuàng)造新的碳化學(xué)品市場(chǎng)）以及化學(xué)學(xué)科發(fā)展（推動(dòng)電催化、新材料等領(lǐng)域發(fā)展）等角度進(jìn)行闡述。*答案：發(fā)展CO?電化學(xué)還原技術(shù)具有重要意義。從資源角度看，利用廉價(jià)的CO?作為碳源，可以減少對(duì)日益緊張的化石燃料資源的依賴，拓展碳資源供給，助力實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。從環(huán)境角度看，將大氣中的CO?轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)，有助于緩解全球氣候變化壓力，實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。從化學(xué)學(xué)科看，該技術(shù)推動(dòng)了對(duì)CO?活化、轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究，促進(jìn)了電催化、高效電極材料等化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。結(jié)合資源化學(xué)，此技術(shù)有助于開發(fā)基于CO?的綠色化學(xué)工藝，提升資源利用效率和可持續(xù)性。三、1.解析思路：要求學(xué)生闡述傳統(tǒng)稀土提取方法的缺點(diǎn)。需要結(jié)合化學(xué)知識(shí)，回憶傳統(tǒng)方法（如硫酸法浸出）涉及的環(huán)境問題（高酸性廢水、氟污染、氨氮污染）和化學(xué)難題（稀土元素性質(zhì)相似、化學(xué)性質(zhì)接近、難以分離純化，常需要多步沉淀、萃取等復(fù)雜流程，試劑消耗大）。*答案：傳統(tǒng)稀土提取方法主要存在環(huán)境負(fù)荷大和化學(xué)分離難題。環(huán)境方面，常產(chǎn)生大量高酸性廢水、含氟、含氨氮等有毒有害廢水，處理困難，對(duì)土壤和水體造成嚴(yán)重污染。化學(xué)難題方面，稀土元素化學(xué)性質(zhì)相似，離子半徑相近，傳統(tǒng)的物理化學(xué)分離方法（如沉淀法、萃取法）效率低、流程長(zhǎng)、試劑消耗量大，分離純化難度高。2.解析思路：要求學(xué)生介紹兩種新型稀土提取分離技術(shù)并簡(jiǎn)述原理優(yōu)勢(shì)。需要列舉并解釋溶劑萃?。ɡ幂腿┻x擇性地萃取稀土離子）、離子交換（利用離子交換樹脂選擇性吸附稀土離子）、膜分離（如納濾、反滲透選擇性透過或截留稀土離子）、生物冶金（利用微生物選擇性富集或轉(zhuǎn)化稀土元素）、溶劑化冶金（利用有機(jī)溶劑將稀土從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相）等技術(shù)的原理和優(yōu)點(diǎn)（如高效、選擇性高、環(huán)境友好、流程簡(jiǎn)化等）。選擇其中兩種即可。*答案：新型稀土提取分離技術(shù)包括：①溶劑萃取技術(shù)，利用對(duì)稀土離子具有選擇性絡(luò)合能力的萃取劑，在有機(jī)相和水相之間將稀土離子選擇性萃取出來，具有分離效率高、選擇性好、易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。②離子交換技術(shù)，利用離子交換樹脂上帶有功能基團(tuán)的活性位點(diǎn)與稀土離子發(fā)生選擇性交換，實(shí)現(xiàn)分離和富集，具有選擇性高、可重復(fù)使用、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。3.解析思路：要求學(xué)生從資源化學(xué)角度探討未來發(fā)展方向的關(guān)鍵研究。需要思考稀土高效利用面臨的瓶頸（如低品位礦、共伴生礦、二次資源回收難）以及綠色化需求，從而指向如高效浸出劑、高選擇性分離材料、低能耗分離工藝、新型萃取或吸附材料、生物冶金或溶劑化冶金技術(shù)、基于模型或人工智能的工藝優(yōu)化等方向。*答案：未來發(fā)展的關(guān)鍵研究方向包括：開發(fā)高效、低毒的浸出劑和預(yù)處理技術(shù)，以適應(yīng)低品位、復(fù)雜共伴生稀土資源；設(shè)計(jì)具有更高選擇性和更寬pH適用范圍的離子交換樹脂、萃取劑或膜材料；研究低能耗、短流程的綠色分離純化工藝；探索生物冶金、溶劑化冶金等環(huán)境友好的新途徑；結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)、過程模擬和人工智能等技術(shù)，優(yōu)化稀土提取分離過程，提高資源總回收率和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)稀土資源的高效、清潔、可持續(xù)利用。四、1.解析思路：要求學(xué)生根據(jù)簡(jiǎn)報(bào)內(nèi)容，總結(jié)核燃料后處理的目的和意義。目的要從簡(jiǎn)報(bào)中提取“分離鈾、钚回收利用”和“減容、固化處置長(zhǎng)壽命核廢料”兩個(gè)核心點(diǎn)。意義要結(jié)合核能發(fā)展和核廢料問題，說明后處理是實(shí)現(xiàn)核燃料閉式循環(huán)、提高資源利用率、保障核廢料長(zhǎng)期安全的關(guān)鍵。*答案：核燃料后處理的主要目的是將乏燃料中的鈾、钚與長(zhǎng)壽命放射性核素進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)鈾、钚的回收利用（支持核燃料閉式循環(huán)），并對(duì)長(zhǎng)壽命核廢料進(jìn)行減容和固化處置。其意義在于，有助于提高鈾資源利用效率，減少對(duì)天然鈾的需求；可以實(shí)現(xiàn)核燃料的閉式循環(huán)，降低放射性廢物產(chǎn)生量；是解決高放核廢料長(zhǎng)期安全處置問題、保障核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.解析思路：要求學(xué)生介紹簡(jiǎn)報(bào)中提及的兩種技術(shù)方向并說明其核心思想或挑戰(zhàn)。需要從簡(jiǎn)報(bào)中篩選出FHRS+PFR、深地質(zhì)處置、氚回收等技術(shù)，選擇其中兩種。FHRS+PFR的核心是結(jié)合先進(jìn)反應(yīng)堆和后處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃料循環(huán)；深地質(zhì)處置的核心是將廢物埋入地下深層地質(zhì)構(gòu)造中；氚回收的核心是分離回收放射性氚。需要簡(jiǎn)述其目的或面臨的主要困難。*答案：兩種技術(shù)方向及其說明：①FHRS配合先進(jìn)后處理系統(tǒng)（如PFR）：核心思想是通過液態(tài)鈉冷卻的反應(yīng)堆（FHRS）運(yùn)行，配合能夠?qū)崿F(xiàn)鈾、钚回收和嬗變的后處理系統(tǒng)（PFR），旨在構(gòu)建核燃料閉式循環(huán)體系，提高資源利用率并減少長(zhǎng)壽命核廢料。面臨的挑戰(zhàn)在于技術(shù)復(fù)雜性高、系統(tǒng)成本昂貴、以及需要確保運(yùn)行安全。②深地質(zhì)處置：核心思想是將高放核廢料封裝后，將其長(zhǎng)期埋存于地下深處（數(shù)百至數(shù)千米）的穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造中，利用地質(zhì)屏障和工程屏障實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的長(zhǎng)期隔離。面臨的挑戰(zhàn)在于地質(zhì)選址的長(zhǎng)期性和不確定性、工程建造的難度和成本、以及對(duì)長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)和管理的嚴(yán)格要求。3.解析思路：要求學(xué)生從化學(xué)專業(yè)角度，分析實(shí)現(xiàn)核廢料高效、安全處置所需的關(guān)鍵化學(xué)技術(shù)創(chuàng)新。需要思考核廢料處置涉及的化學(xué)過程，如放射性核素的分離純化（化學(xué)分離是核心）、化學(xué)形態(tài)的穩(wěn)定化（如玻璃固化中的化學(xué)鍵合、鈍化膜的化學(xué)穩(wěn)定性）、新型固化基質(zhì)的開發(fā)、長(zhǎng)期化學(xué)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)、以及放射性環(huán)境下的化