2025年大学《能源化学》专业题库- 生物质燃料的化学成分及其能源化学

2025年大学《能源化学》专业题库——生物质燃料的化学成分及其能源化学考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.下列哪一项不是生物质中常见的元素？（）A.碳(C)B.氢(H)C.氮(N)D.硅(Si)2.通常被认为是植物细胞壁主要结构骨架的成分是？（）A.半纤维素B.木质素C.纤维素D.油脂3.生物质热解过程中，主要生成生物油（生物液）的相变过程是？（）A.固体到液体B.固体到气体C.液体到固体D.气体到液体4.下列哪种生物质转化技术主要目的是生产合成气（CO+H2）？（）A.热解B.气化C.液化D.发酵5.纤维素分子中，葡萄糖单元之间主要通过哪种键连接？（）A.氢键B.离子键C.β-1,4-糖苷键D.脂肪键6.生物质中“灰分”主要指的是？（）A.有机可燃物B.水分C.挥发分D.植物燃烧后残留的无机矿物质7.相对于直接燃烧，生物质热化学转化（如气化、液化）的主要优势之一是？（）A.能量转化效率通常更高B.技术设备通常更简单C.对环境的影响更直接D.操作管理更方便8.木质素结构中，含有较多酚羟基，使其具有交联结构和一定刚性的部分是？（）A.苯丙烷单元B.葡萄糖单元C.甘露糖单元D.半乳糖单元9.将生物质中的糖类（如葡萄糖）通过微生物发酵转化为乙醇的过程称为？（）A.热解B.气化C.液化D.发酵10.生物油通常呈现棕色或黑色液体，其主要成分复杂，含有较多？（）A.芳香烃B.烃类C.含氧有机化合物D.硫化物二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在题号后的横线上）1.生物质主要由碳、氢、氧三种元素组成，通常还含有少量的________、________等元素。2.纤维素、半纤维素和木质素是生物质中三大主要的________组分。3.生物质水分含量过高会降低其________值，并影响热解等转化过程的效率。4.木质素是具有三维网状结构的复杂聚合物，其结构单元主要是________。5.生物质气化过程通常在高温（如700-1000°C）和非氧气或少量氧气的条件下进行。6.生物质液化技术包括热液催化液化（HTL）和溶剂液化等，目标是将生物质转化为________或________。7.纤维素分子链呈螺旋结构，具有高度结晶区，这是其具有________性能的重要原因。8.生物质能源化学转化的主要目标是将生物质中的化学能转化为更易于利用的________能或________能形式。9.发酵过程通常需要特定的微生物菌种和适宜的________、pH等条件。10.生物质转化过程中的“挥发分”是指加热过程中从固体原料中________出来的可燃性气体和液体的混合物。三、名词解释（每小题3分，共12分。请给出简洁、准确的定义）1.灰分(Ash)2.高位热值(HHV)3.热解(Pyrolysis)4.木质素(Lignin)四、简答题（每小题5分，共20分。请简要回答下列问题）1.简述纤维素和半纤维素在结构和性质上的主要区别。2.比较生物质热解和气化过程的产物组成和主要应用方向的异同。3.解释生物质中水分含量对其能源化学转化过程可能产生的影响。4.简述生物质通过酶解和发酵技术生产乙醇的基本原理。五、论述题（10分。请就以下问题进行论述）结合生物质的主要化学组成和结构特点，论述为何生物质能源化学转化过程通常比直接燃烧更为复杂，并探讨其潜在的优势。试卷答案一、选择题1.D2.C3.B4.B5.C6.D7.A8.A9.D10.C二、填空题1.氮硫2.有机3.高热值4.苯丙烷5.缺氧6.生物油油品7.机械8.化学热电9.温度10.逸出三、名词解释1.灰分：生物质在高温下燃烧后残留的无机矿物质物质。2.高位热值：单位质量的燃料完全燃烧，并使燃烧产生的烟气达到标准温度（如25°C）时放出的热量。3.热解：在无氧或缺氧条件下，加热固体生物质，使其分解生成生物油、生物炭和可燃气的热化学反应过程。4.木质素：一种复杂的、不溶于水的天然有机聚合物，存在于植物的细胞壁中，赋予植物结构支撑，具有三维网状结构。四、简答题1.纤维素是葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接形成的长直链高分子，分子规整度高，呈高度结晶状态，性质较硬，是主要的结构支撑成分。半纤维素是结构较复杂的多元糖（包括木糖、阿拉伯糖等）通过多种糖苷键交联形成的无规短链聚合物，分子量较小，结晶度低，与纤维素、木质素相互交联，起到胶结作用。2.相同点：两者都是生物质热化学转化技术，都在缺氧或低氧条件下进行，都能将生物质转化为气体、液体和固体产物。不同点：热解温度相对较低（通常400-700°C），主要产物是生物油和生物炭；气化温度较高（通常700-1000°C），主要产物是富含CO和H2的合成气。热解侧重于分解，气化侧重于转化。生物油主要作燃料，合成气可用于合成化学品或燃料。3.水分含量高会降低生物质的堆积密度和热值，增加运输和储存成本。在热解等转化过程中，水分蒸发会吸收大量热量，降低有效加热温度，延长反应时间，降低转化效率。水分还可能催化副反应，产生焦油和炭粒，堵塞设备管道。高水分还可能导致局部过热，引起热解不充分或燃烧。4.酶解是指利用特定的酶（主要是纤维素酶和半纤维素酶）在温和条件下（常温常压，水作溶剂）将生物质中的纤维素和半纤维素水解成可溶性的糖类（如葡萄糖、木糖等）。发酵是指利用选定的微生物（如酵母菌）在适宜的条件下（如提供水分、温度、pH等），将酶解得到的糖类等底物转化为目标产物，如乙醇、有机酸等。整个过程是生物催化转化。五、论述题生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素和水分构成。纤维素和半纤维素是结构复杂的大分子，主要通过糖苷键连接，且部分区域高度结晶，具有刚性结构。木质素则是三维交联的酚类聚合物，与纤维素半纤维素网络紧密结合。这种复杂的、多层次的结构，以及组分之间的相互作用，导致生物质难以被均匀、彻底地降解和转化。直接燃烧只能利用部分易燃组分，且产生大量烟尘和污染物。而能源化学转化（如热解、气化、液化、发酵）则需要通过高温、催