2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫及答案一、資源化學基礎與資源循環(huán)原理1.（單選）下列關于“資源化學”學科內涵的描述，最準確的是A.研究天然資源的開采技術B.以化學原理實現資源高效、清潔、循環(huán)轉化的新興交叉學科C.僅關注金屬資源的濕法冶金D.以經濟效益最大化為唯一目標答案：B解析：資源化學強調化學原理在資源全生命周期中的作用，涵蓋高效、清潔、循環(huán)三大核心，而非單純開采或經濟效益。2.（單選）在資源循環(huán)金字塔（RawMaterialLoopPyramid）中，位于最頂層、優(yōu)先級最高的策略是A.能量回收B.材料再制造C.產品再使用D.分子級閉路循環(huán)答案：D解析：金字塔頂層為“分子級閉路循環(huán)”，即通過化學手段將廢棄物直接轉化為與原生資源等價的分子，實現熱力學意義上的完全循環(huán)。3.（填空）根據ISO14040:2006，生命周期評價（LCA）四個相互關聯的階段依次為：目的與范圍定義、________、影響評價、________。答案：生命周期清單分析；結果解釋解析：LCA標準流程必須依次完成四個階段，缺少任一環(huán)節(jié)將無法形成可追溯的結論。4.（判斷）“碳足跡”與“碳手印”概念相同，均表示人類活動向大氣排放的CO?當量。答案：錯誤解析：碳足跡指排放總量；碳手印指通過技術或行為避免的潛在排放量，二者符號相反。5.（簡答）簡述“城市礦山”概念及其化學開發(fā)的關鍵瓶頸。答案：城市礦山指將城市廢棄物（如廢舊電子產品、汽車、建筑垃圾）視為富含金屬與高分子的“礦床”。化學開發(fā)瓶頸包括：①復雜多金屬矩陣導致選擇性浸出困難；②溴化阻燃劑、重金屬等有毒成分同步溶出；③塑料基體交聯度高，化學解聚能耗高；④經濟—環(huán)境平衡難以量化，缺乏普適性評價模型。解析：需從資源豐度、化學復雜性、環(huán)境風險三重維度說明瓶頸。6.（計算）某銅陽極泥含Ag3.2wt%、Cu20wt%、Pb12wt%，采用“氯化浸出—電積”工藝回收銀。假設浸出率98%，電積電流效率92%，日處理陽極泥100t，求每日可獲銀的質量（kg）。答案：銀總量=100×103kg×3.2%=3200kg浸出銀=3200×0.98=3136kg電積回收銀=3136×0.92=2885kg≈2.89t解析：注意單位換算，電流效率僅影響電積段，不影響浸出段。7.（綜合）結合資源化學視角，對比機械分選與濕法冶金在退役鋰電池回收中的優(yōu)劣，并給出一條“化學—物理”耦合流程。答案：機械分選優(yōu)勢：①無需酸堿，水耗低；②可預先剔除鋼殼、鋁箔，降低后續(xù)化學負荷。劣勢：①正負極粉末難以完全解離，導致Co、Ni分散；②石墨與鋰鹽無法分離，鋰回收率低。濕法冶金優(yōu)勢：①金屬浸出率>95%；②可同步回收Li、Co、Ni、Mn；③溶液化學便于后續(xù)分離純化。劣勢：①化學試劑消耗大；②廢鹽難處理。耦合流程：放電—拆解—低溫熱解（250°C，30min）去除粘結劑—剪切式破碎—氣流分選獲得富鈷黑粉—H?SO?+H?O?體系選擇性浸出Co/Ni—P204萃取分離Co/Ni—沉淀法回收Li?CO?—萃余液蒸發(fā)結晶得Na?SO?副產品。解析：熱解段降低PVDF韌性，提高黑粉剝離率；萃取分離系數β(Co/Ni)>400，保證電池級硫酸鈷純度。二、關鍵金屬資源的綠色分離化學8.（單選）下列哪種萃取劑對Li?/Mg2?分離系數最高（水相0.1molL?1LiCl+4molL?1MgCl?，pH=7）A.D2EHPAB.Cyanex272C.β二酮LIX54D.苯并15冠5答案：D解析：冠醚對Li?具有尺寸匹配效應，且在高鹽析劑MgCl?存在下，Li?活度系數升高，分離系數α(Li/Mg)可達120。9.（填空）寫出用草酸沉淀法從稀土硫酸浸出液中分離Ce??的離子方程式：________。答案：2Ce??+H?C?O?+2H?O→2Ce3?+2CO?+4H?解析：Ce??被草酸還原為Ce3?并放出CO?，草酸本身被氧化為CO?，反應需酸性介質抑制Ce(OH)?沉淀。10.（判斷）在深海富鈷結殼的濕法冶金中，采用“還原焙燒—氨浸”工藝，可將Co、Ni、Cu同時浸出，而Fe留在渣中。答案：正確解析：還原焙燒將Fe3?轉化為Fe?O?磁性相，氨浸選擇性絡合Co2?、Ni2?、Cu2?，Fe?O?在氨水中不溶。11.（計算）某紅土鎳礦含Ni1.2wt%、Co0.08wt%，采用高壓酸浸（HPAL）工藝，鎳浸出率96%，鈷浸出率94%，若年處理礦石300萬t，求年產出NiSO?·6H?O（M=262.85gmol?1）的理論量（萬t）。答案：Ni金屬量=300×10?×1.2%×0.96=34560tNiSO?·6H?O量=34560×(262.85/58.69)=154800t≈15.5萬t解析：注意結晶水分子量計入，Ni原子量58.69。12.（簡答）說明為什么“離子印跡聚合物（IIP）”在從海水中提取鈾時比傳統偕胺肟樹脂更具選擇性，并指出其化學設計要點。答案：IIP通過模板離子（UO?2?）與功能單體（如甲基丙烯酸、乙烯基膦酸）預組裝，交聯聚合后形成與UO?2?空間、電荷、配位數完全匹配的空腔，因而對UO?2?具有“記憶效應”。傳統偕胺肟樹脂僅通過平面配位，易受VO??、Fe3?干擾。設計要點：①模板離子需用弱配位陰離子（NO??）保證可逆去除；②功能單體配位原子（O、N）與UO?2?赤道配位鍵長控制在2.3–2.5?；③交聯度>80%維持孔道穩(wěn)定性；④引入親水鏈段（聚乙二醇）降低海水鹽析效應。13.（綜合）設計一條從粉煤灰中提取Ga的“酸堿交替浸出—電沉積”流程，要求Ga純度>99.99%，并估算能耗。答案：流程：粉煤灰磁選除鐵—Na?CO?活化焙燒（850°C，1h）—鹽酸浸出（6molL?1，80°C，L/S=3:1）—N503萃取Ga（O/A=1:1，t=5min）—反萃用2molL?1NaOH—中和得Ga(OH)?—溶于NaOH得NaGaO?—電沉積（陰極不銹鋼，陽極DSA，電流密度200Am?2，槽壓3.2V，溫度50°C，電流效率85%）—熔鑄得4N鎵。能耗估算：每kgGa需電量=3.2V×(1000/69.72)×3×96485/(0.85×3600)=4.3kWhkg?1，加上前段加熱、泵送，總計≈6.8kWhkg?1。解析：焙燒段將Ga包裹的玻璃相破壞；N503（N,N二(1甲基庚基)乙酰胺）對GaCl??萃取率>98%，Fe3?共萃<1%；電沉積電流密度過高會導致析氫，降低效率。三、能源資源化學與CO?資源化14.（單選）在CO?電還原制乙烯的反應路徑中，決定C–C偶聯的電位決定步驟（PDS）是A.CO+CO→COCOB.CO+H→CHOC.CH?+CH?→C?H?D.CO+OH→COOH答案：A解析：雙CO中間體直接偶聯形成COCO是生成C?產物的關鍵，需要克服0.7–0.8eV能壘。15.（填空）寫出光催化CO?還原為CH?的半反應式（以導帶電子為還原劑，pH=7）：________。答案：CO?+8e?+8H?→CH?+2H?O解析：導帶電子能量需<0.24Vvs.NHE（pH=7），才能將CO?還原為CH?。16.（判斷）在鈣鈦礦太陽能電池中，A位陽離子用FA?（HC(NH?)??）比MA?（CH?NH??）具有更好的熱穩(wěn)定性，但帶隙更大。答案：錯誤解析：FA?離子半徑更大，晶格容忍因子更接近1，熱穩(wěn)定性提高，但帶隙反而減?。▇1.48eVvsMA~1.55eV）。17.（計算）某流動電解池在200mAcm?2下連續(xù)運行，陰極CO?單程轉化率為25%，出口氣體流量為30sccm，求乙烯的偏電流密度（mAcm?2）。答案：總CO?進量=30×10?3/22.4=1.34×10?3molmin?1反應CO?=1.34×10?3×0.25=3.35×10??molmin?1乙烯生成速率=3.35×10??/2=1.67×10??molmin?1電流密度=1.67×10??×2×96485/60=537mAcm?2解析：CO?→C?H?需12e?，但題目給出單程轉化率僅指CO?，未說明C?H?選擇性，若FE(C?H?)=60%，則實際偏電流密度=537×0.6=322mAcm?2。題目未給選擇性，默認100%生成乙烯，故537mAcm?2為理論上限。18.（簡答）說明“質子耦合電子轉移（PCET）”在CO?還原中的作用，并舉一例均相催化劑。答案：PCET通過同步轉移H?+e?，避免高能中間體（如CO???）積累，降低過電位。例：鐵卟啉配合物Fe(TPP)(Cl)，在乙腈/苯酚體系中，通過酚羥基提供質子，將CO?還原為CO，法拉第效率>90%，過電位<200mV。19.（綜合）設計一條將工業(yè)副產石膏（CaSO?·2H?O）與CO?耦合轉化為硫酸銨和碳酸鈣的工藝，要求硫酸銨達到肥料級（N>20.5%），并估算CO?固定量。答案：工藝：石膏漿化—通入NH?+CO?（40°C，1MPa）—轉化反應CaSO?+2NH?+CO?+H?O→CaCO?+(NH?)?SO?—過濾—蒸發(fā)結晶得硫酸銨—煅燒CaCO?→CaO+CO?（CO?回用）。反應熱力學：ΔG°=28.4kJmol?1，K=1.2×10?，反應完全。每t石膏（CaSO?·2H?O，M=172.17）可固定CO?=44/172.17=0.256t，同時得(NH?)?SO?=132/172.17=0.767t，含N=21.2%，滿足肥料級。解析：反應溫度不宜過高，避免NH?HCO?分解；蒸發(fā)結晶采用MVR技術，蒸汽耗<0.3t/t。四、水資源化學與非常規(guī)水利用20.（單選）在正滲透（FO）海水淡化中，下列哪種驅動溶質（DS）具有最高的滲透壓且可熱再生A.NH?HCO?B.NaClC.MgCl?D.葡萄糖答案：A解析：NH?HCO?在60°C分解為NH?+CO?，可通過低溫蒸餾再生，理論滲透壓可達25MPa（2molL?1）。21.（填空）寫出電容去離子（CDI）在恒流模式下，電極表面電吸附NaCl的法拉第反應式（以Na?.??MnO?為陽極）：________。答案：Na?.??MnO?+xNa?+xe?→Na?.????MnO?解析：錳氧化物為插層型電極，Na?可逆嵌入，理論容量為120Cg?1。22.（判斷）在太陽能驅動界面蒸發(fā)系統中，引入“鹽擴散通道”可解決高鹽廢水濃縮過程中的鹽結晶堵塞問題。答案：正確解析：鹽擴散通道利用毛細力將濃鹽連續(xù)回流至體相，避免局部過飽和，實現連續(xù)蒸發(fā)。23.（計算）某反滲透（RO）裝置操作壓力5.5MPa，回收率40%，進水鹽濃度35000mgL?1，膜通量35Lm?2h?1，求比能耗（kWhm?3）。答案：理論功=W=RTln(Cf/Cp)/η，簡化近似：W=ΔP/(2η回收率)=5.5/(2×0.4)=6.875MPa·L=1.91kWhm?3考慮泵效率75%，實際比能耗=1.91/0.75=2.55kWhm?3解析：未考慮能量回收裝置（ERD），若配置PX型ERD（效率92%），則比能耗降至1.9kWhm?3。24.（簡答）說明“電芬頓—膜生物反應器（EFMBR）”耦合工藝處理垃圾滲濾液的化學原理及膜污染控制機制。答案：電芬頓段：陰極原位生成H?O?，Fe2?催化產生?OH，氧化難降解有機物（如腐殖酸、對羥基苯甲酸），COD去除率>70%。MBR段：超濾膜截留生物量，進一步硝化/反硝化脫氮。膜污染控制：①?OH氧化使SMP（可溶性微生物產物）分子量下降，降低膜孔堵塞；②電泳作用使膠體顆粒帶負電，減少沉積；③周期倒極（+?切換）抑制生物膜生長，通量恢復率>95%。25.（綜合）設計一條從頁巖氣返排水中回收Li并同步制備H?O?的電化學工藝，要求Li?CO?純度>99.5%，H?O?濃度>3wt%。答案：流程：返排水預處理（除油、軟化）—納濾分鹽（一價/二價分離）—電滲析濃縮Li?至2gL?1—雙室電解槽（陽極DSA，陰極氣體擴散電極GDE）陰極氧還原生成H?O?，陽極析出Cl?（用于消毒）—Na?CO?沉淀Li?CO?（90°C，pH=12）—離心干燥。參數：電流密度80mAcm?2，槽壓2.1V，H?O?電流效率70%，能耗3.2kWhkg?1H?O?；Li回收率>85%，Li?CO?純度99.6%。解析：納濾膜選用NF90，對Mg2?/Li?分離系數>8；GDE采用炭黑—PTFE疏水層，避免水淹。五、資源化學過程模擬與生命周期評價26.（單選）在GaBi軟件中，用于處理多輸出過程并避免重復計算環(huán)境負荷的算法是A.CutoffB.SystemexpansionC.MassallocationD.Economicallocation答案：B解析：Systemexpansion通過擴展系統邊界，將副產品替代市場產品，從而不分配，符合ISO14044首選原則。27.（填空）寫出ReCiPe2016終點指標（Endpoint）三大損害類別：________、________、________。答案：人類健康、生態(tài)系統、資源可用性解析：ReCiPe2016將中點指標聚合為三大終點，用于決策支持。28.（判斷）在SimaPro中，EF（EnvironmentalFootprint）方法采用單一分數（SingleScore）單位是μPt（微點）。答案：錯誤解析：EF方法使用“PDF·m2·yr”或“DALY”等單位，不采用μPt；μPt為Ecoindicator99特有。29.（計算）某廢塑料熱解制蠟工藝，輸入1t混合PE/PP（比例7:3），輸出蠟0.65t、燃氣0.25t、炭黑0.08t。已知蠟替代石蠟的排放因子為1.8tCO?et?1，燃氣替代天然氣為2.7tCO?et?1，炭黑作為填料無替代效應。采用系統擴展法，求凈GHG減排量（tCO?e）。答案：蠟替代減排=0.65