2025年大学《资源化学》专业题库- 绿色化学技术在环境治理中的应用

2025年大学《资源化学》专业题库——绿色化学技术在环境治理中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的代表字母填在题后的括号内）1.下列哪项不属于绿色化学十二原则的具体内容？A.减少或消除有害物质的设计B.设计安全的化学品和过程C.使用可再生的原材料D.原子经济性最大化E.增强操作的安全性2.在水污染治理中，采用臭氧进行高级氧化处理的主要目的是？A.物理性吸附污染物B.通过催化反应降解污染物C.通过光化学反应分解污染物D.将溶解性污染物转化为不溶性沉淀E.改变污染物的电荷性质3.下列哪种治理技术主要利用微生物的代谢活动来降解环境中的有机污染物？A.吸附法B.离子交换法C.化学沉淀法D.好氧生物处理法E.电解法4.绿色化学原则强调使用可再生资源，下列哪种物质通常被认为是可再生的碳源？A.石油B.天然气C.天然气D.生物质E.煤炭5.在大气污染治理中，使用活性炭吸附有害气体主要是利用了其什么特性？A.强氧化性B.高催化活性C.强酸性或碱性D.高比表面积和孔隙结构E.可燃性6.某绿色化学技术要求在环境友好的条件下进行反应，且原子利用率为100%。该技术最符合绿色化学的哪个原则？A.安全性原则B.原子经济性原则C.可降解性原则D.使用更安全的化学合成方法E.避免使用有毒物质7.对于土壤重金属污染，下列哪种绿色治理技术侧重于将污染物固定在土壤中，降低其生物有效性？A.植物修复B.微生物修复C.化学稳定化/固化D.热脱附E.电动力学修复8.设计旨在预防污染产生的过程，而不是在产生后进行处理。这体现了绿色化学的哪个核心思想？A.源头控制B.末端治理C.循环利用D.替代技术E.安全设计9.下列哪种溶剂被认为是对环境危害较小的绿色溶剂？A.二氯甲烷B.丙酮C.乙醇D.甲苯E.乙酸乙酯10.将绿色化学技术应用于资源化学领域，其主要意义在于？A.仅提高资源回收率B.仅降低生产成本C.实现资源利用与环境友好的协调统一D.仅减少工业废水的排放E.仅提高化学反应速率二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在题中的横线上）1.绿色化学的核心理念是从源头预防污染，其十二原则中，关于______的原则要求合成化学产品和化学过程时应充分利用每个原子，使其转化为期望的最终产品。2.光催化氧化技术是一种典型的绿色环境治理技术，常用的光催化剂如______，它可以在光照下产生具有强氧化性的自由基，降解有机污染物。3.针对水体富营养化问题，生物操纵技术通过调控水体中的______群落结构，控制藻类过度生长。4.在绿色化学评价体系中，______和______是衡量化学品或过程环境友好性的重要指标。5.吸附法是水处理中常用的绿色技术，活性炭因其巨大的______和丰富的______而具有优异的吸附性能。6.对于挥发性有机物（VOCs）的治理，生物过滤法是一种常用的绿色技术，它利用填充有______的滤床，使VOCs在通过时被微生物降解。7.绿色化学要求优先使用______和______，减少使用或消除有毒有害物质。三、判断题（每小题1分，共10分。请将“正确”或“错误”填在题后的括号内）1.绿色化学就是环境化学。（）2.任何绿色化学技术都意味着处理效率会降低。（）3.使用可再生的生物质资源替代不可再生的化石资源是绿色化学的重要方向。（）4.原子经济性高的反应一定是绿色化学反应。（）5.吸附法治理水污染属于物理化学方法，不属于绿色化学技术范畴。（）6.高级氧化技术（AOPs）能将所有有机污染物彻底矿化为CO2和H2O。（）7.植物修复技术适用于所有类型的重金属污染土壤。（）8.绿色催化剂通常具有高选择性和高稳定性，且易于回收重复使用。（）9.在环境治理中应用绿色化学技术，必然导致治理成本大幅增加。（）10.使用环境友好的溶剂代替传统有机溶剂是绿色化学的重要实践。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述绿色化学十二原则中的“设计安全的化学品”和“避免使用有毒物质”原则在环境治理中的意义。2.比较活性炭吸附技术和生物处理技术（如活性污泥法）在处理有机废水方面的主要区别。3.简述大气污染物（如NOx、SO2）对环境的主要危害。4.列举三种常用的绿色化学催化材料，并简述其特点。五、论述题（10分）结合资源化学专业的特点，论述将绿色化学理念和技术应用于工业资源（如矿产资源、化石能源）的开发利用过程中，对于环境保护和可持续发展的importance，并举例说明至少两种具体的绿色化改造措施。试卷答案一、选择题1.E2.B3.D4.D5.D6.B7.C8.A9.C10.C解析1.绿色化学十二原则包括：预防原则、原子经济性、少hazardous和更安全的化学合成方法、使用更安全的化学品、设计安全的化学品、减少衍生物的设计、催化剂设计、设计可降解化学品、实时分析预防污染、事故预防。A、B、C、D均属于原则内容。E项“增强操作的安全性”更偏向于实验室安全或过程安全，并非十二原则的直接表述。2.臭氧（O3）是一种强氧化剂，在水处理中作为高级氧化技术（AOPs）的关键组分，其作用机理主要是通过均相或非均相催化/光催化产生羟基自由基（•OH）等高活性自由基，这些自由基能氧化分解水中的各种有机污染物。因此，主要目的是通过氧化反应降解污染物。A是物理吸附；C是光化学分解；D是化学沉淀；E是改变电荷，均非臭氧主要目的。3.好氧生物处理法是利用好氧微生物（如细菌、真菌等）在新陈代谢过程中，将环境中的有机污染物氧化分解为二氧化碳、水和无机盐等无机物，从而实现净化。这个过程本质上就是微生物的代谢活动。A、B、C、E均为物化方法。4.可再生资源是指那些在自然界中可以再生、循环利用，取之不尽、用之不竭的资源。石油、天然气、煤炭属于化石燃料，形成周期极长，属于不可再生资源。生物质（如植物、动物粪便等）可以通过种植、养殖等方式持续获取，属于可再生资源。5.活性炭是一种多孔性碳材料，具有极高的比表面积（可达500-1700m²/g）和发达的孔隙结构（微孔、中孔、大孔）。这些特性使其具有强大的物理吸附能力，能够吸附水中的色素、异味、有机污染物等。因此，利用活性炭吸附有害气体主要是利用了其高比表面积和孔隙结构。6.原子经济性原则要求化学合成反应中，尽可能多地将原料中的原子转化到目标产物中，减少副产物的生成，从而提高资源利用效率，减少废物产生。该原则符合在环境友好条件下进行反应（减少废物=环境友好）且原子利用率100%（定义）的要求。A是安全性原则；C是可降解性原则；D是更安全的化学合成方法原则；E是避免使用有毒物质原则。7.化学稳定化/固化技术通过添加化学固化剂（如磷酸盐、硅酸盐等），与土壤中的重金属离子发生反应，生成稳定的无机或有机-无机复合矿物，从而将重金属固定在土壤固相中，降低其在土壤孔隙水中的溶解度和迁移性，进而降低其生物有效性，达到修复目的。A、B、D、E均侧重于去除或转化。8.源头控制是指在污染物的产生源头就采取措施，从源头上减少或消除污染物的产生，而不是在污染物已经产生并扩散到环境中后再进行治理（末端治理）。设计旨在预防污染产生的过程，正是源头控制的核心思想体现。9.传统有机溶剂如二氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯等往往具有一定的毒性、挥发性和环境Persistence，对环境和人体健康有潜在危害。乙醇（C2H5OH）作为一种生物质基溶剂，毒性相对较低，可生物降解，环境影响较小，被认为是环境友好的绿色溶剂之一。丙酮虽然毒性相对较低，但环境足迹不如乙醇。10.资源化学专业涉及资源的开采、冶炼、加工利用等过程，这些过程往往伴随着能源消耗、污染排放等问题。将绿色化学理念和技术应用于其中，意味着在资源开发利用的各个环节，都要考虑如何减少污染、降低能耗、提高效率、使用可再生资源、开发环境友好的工艺和化学品，最终实现经济效益与环境效益的统一，这是其核心意义。A、B、D、E只是资源化学绿色化的一部分或结果。二、填空题1.原子经济性2.二氧化钛（或TiO2）3.浮游生物4.生态毒理学、生态足迹5.比表面积、孔结构6.微生物填料（或生物滤料、载体）7.物理溶剂、化学溶剂三、判断题1.错误2.错误3.正确4.正确5.错误6.错误7.错误8.正确9.错误10.正确解析1.绿色化学是一个更宏观、更基础的化学理念，强调从源头上预防污染、提高原子经济性、使用安全化学品等。环境化学是研究环境中的化学问题，包括污染物化学、环境监测、污染治理等。两者联系紧密，但绿色化学范围更广，更侧重于化学过程的源头设计和绿色化，而环境化学更侧重于环境中的化学物质及其行为和影响。2.绿色化学并非意味着效率一定降低。例如，通过优化反应条件提高原子经济性，虽然可能步骤减少，但整体效率可能更高；使用高效的绿色催化剂，可以降低能耗，提高选择性，总体效率可能不变甚至提高。绿色化学关注的是在整个生命周期内（包括资源利用、环境影响、安全等）的可持续性，效率只是其中一个方面。3.生物质资源是可再生的，通过种植、收获等方式可以持续获得，是替代不可再生化石资源（如石油、煤、天然气）的重要途径，符合绿色化学优先使用可再生资源的原则。4.原子经济性高意味着反应物原子更多地进入了目标产物，副产物少。这通常意味着反应更高效，资源利用率高，废物少，符合绿色化学的要求。因此，原子经济性高的反应通常被认为是绿色化学反应。5.吸附法是利用吸附剂（如活性炭、树脂等）的表面能吸附水中的污染物，属于物理化学方法。吸附法符合绿色化学的原则，因为它通常不引入化学试剂，过程相对简单，吸附剂可回收，是一种环境友好的水处理技术。6.高级氧化技术（AOPs）能够利用强氧化剂或光照等手段产生羟基自由基（•OH）等氧化性极强的物质，能有效降解许多有机污染物。但是，并非所有有机污染物都能被彻底矿化为CO2和H2O，特别是对于一些结构稳定、抗降解能力强的污染物（如某些PersistentOrganicPollutants,POPs），可能需要更长的反应时间、更高的剂量或组合工艺才能有效处理。7.植物修复（Phytoremediation）的效率受到植物种类、重金属种类与浓度、土壤类型、气候条件等多种因素影响。对于高浓度、强酸碱性的重金属污染土壤，或者修复周期要求短的场景，植物修复可能效率过低或不适用，此时可能需要化学稳定化/固化、电动修复等技术。8.绿色催化剂通常具有以下特点：高选择性（能选择性催化目标反应，减少副反应）、高活性（能在温和条件下催化反应）、高稳定性（在反应条件下不易失活）、易回收重复使用（降低成本和环境污染）、环境友好（本身及其产物对环境无害）。这些特点使其符合绿色化学的要求。9.应用绿色化学技术不一定导致治理成本大幅增加。虽然某些绿色技术的初始投入可能较高（如购买环保设备、研发绿色催化剂），但长远来看，由于资源利用率提高、废物减少、能耗降低、环境风险减小、符合环保法规要求等，往往能降低总成本。当然，也有些技术可能成本较高，需要技术进步和规模化应用来降低。10.使用环境友好的溶剂替代传统有机溶剂是绿色化学的重要实践之一。传统有机溶剂可能具有毒性、易燃性、生物降解性差等问题。绿色溶剂（如超临界流体、水、乙醇、丙酮等）通常具有毒性低、环境友好、可再生等优点，替代传统溶剂有助于减少环境污染。四、简答题1.设计安全的化学品原则要求化学产品的设计应优先考虑其对人体健康和环境的安全性，避免产生或使用具有毒性、长期累积性、生物放大性的化学品。在环境治理中，这意味着开发和使用毒性更低、更易降解、不易在环境中累积的化学品，从源头上减少污染物对环境生态系统的危害。避免使用有毒物质原则则直接要求在化学合成和产品中使用对环境和生物体有害的物质，优先选用无毒或低毒的替代品。这两个原则共同指导着环境友好化学品的设计和选择，旨在从源头上预防污染，保护环境和人类健康。2.活性炭吸附技术是利用活性炭的多孔结构和高比表面积，通过物理吸附或化学吸附将水中的溶解性有机污染物、色素、异味等吸附到其表面。该技术通常处理速度较快，吸附容量高，对水质变化适应性较强，但吸附剂不易再生（尤其对于有毒有害物质），运行成本（吸附剂费用、再生能耗）可能较高，且对某些小分子或离子污染物效果不佳。生物处理技术（如活性污泥法）是利用微生物的代谢活动，将水中的有机污染物氧化分解为无害的无机物（如CO2、H2O、NH4+等）。该技术通常运行成本较低（主要能耗在曝气），处理效果稳定，吸附剂（微生物）可重复使用，但处理速度相对较慢，对水温、pH等条件敏感，且可能产生污泥问题，对某些难降解有机物效果有限。两者都是水处理的重要方法，但原理、优缺点、适用范围不同。3.大气污染物NOx（氮氧化物，主要指NO和NO2）和SO2（二氧化硫）是造成大气污染和酸雨的主要物质。NOx主要来源于高温燃烧（如电厂、汽车尾气）和工业过程。它们参与大气光化学反应，形成光化学烟雾（以臭氧O3为代表），危害人体呼吸系统健康，损害植被。NO2本身具有红棕色，能降低大气能见度，并参与形成酸性物质和臭氧。SO2主要来源于含硫化石燃料的燃烧和工业排放。它在大气中与水、氧气等反应生成硫酸，形成酸雨，酸雨会酸化土壤和水体，腐蚀建筑物和材料，危害生态系统和人类健康。此外，SO2和NOx也是形成大气细颗粒物（PM2.5）的前体物，加剧空气污染。4.常用的绿色化学催化材料包括：*金属酶（或称有机金属催化剂）：如固定化细胞色素P450、固定化过氧化物酶等。它们模拟生物酶的催化功能，具有高选择性、高效率、环境友好等优点。*无机光催化剂：如二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）等半导体材料。它们在光照下能产生强氧化性自由基，用于光催化降解有机污染物，具有环境友好、可持续性的特点。*固体超强酸/碱催化剂：如杂多酸（如磷钼酸、硅钨酸）、离子液体等。它们具有极高的催化活性，可用于多种有机合成反应，且通常易于分离回收。这些材料的特点是：通常具有高选择性、高活性、环境友好（可再生、低毒或无毒）、易于回收利用等，符合绿色化学对催化剂的要求。五、论述题将绿色化学理念和技术应用于资源化学专业的工业资源（如矿产资源、化石能源）开发利用过程，对于环境保护和可持续发展具有极其重要的意义。资源化学旨在高效、综合利用资源，而传统资源开发利用方式往往伴随着高能耗、高污染、资源浪费等问题，与可持续发展的目标相悖。绿色化学提供了一套从分子设计、合成、工艺优化到废物处理的全生命周期理念和技术手段，能够显著改善资源利用的环境足迹。其重要性体现在：1.减少污染排放：通过绿色化学的源头预防原则，设计更安全的化学品和过程，从源头上减少有毒有害物质的产生和使用，降低对环境的污染负荷。例如，开发无氰或少氰的冶金工艺，减少重金属污染；采用绿色溶剂替代有毒溶剂，减少水体和土壤污染。2.提高资源利用效率：绿色化学强调原子经济性，即最大限度地利用原料原子合成目标产物，减少副产物和废物的生成。在资源利用中，这意味着开发更高效的提取、分离、转化技术，提高有用资源的回