2025年大学《化学》专业题库- 环境催化剂在废水处理中的应用

2025年大学《化学》专业题库——环境催化剂在废水处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。请将正确选项字母填在括号内）1.下列关于环境催化剂的说法中，错误的是（）。A.环境催化剂可以加速废水中有害物质的降解反应B.均相催化剂通常溶于水中参与反应C.多相催化剂通常以固体形式存在，催化剂与反应物在表面相互作用D.光催化剂必须在光照条件下才能发挥催化作用，不属于热催化范畴2.在TiO₂光催化降解水中有机污染物过程中，通常需要紫外光的照射，这是因为（）。A.紫外光波长最短，能量最低B.紫外光在水中穿透深度最大C.TiO₂的带隙较宽，仅能吸收波长小于387nm的光子D.紫外光不产生副产物3.下列哪种方法不属于常见的无机环境催化剂制备方法？（）A.沉淀法B.溶胶-凝胶法C.微乳液法D.固定化酶法4.用于表征环境催化剂比表面积和孔结构的常用技术是（）。A.X射线衍射（XRD）B.透射电子显微镜（TEM）C.比表面积及孔径分析（BET）D.X射线光电子能谱（XPS）5.在废水处理中，铁基催化剂用于去除硝酸盐氮，其作用机理主要是（）。A.光催化氧化B.催化还原C.生物吸附D.离子交换6.下列哪种物质通常被用作负载型环境催化剂的载体？（）A.有机酸B.金属离子C.活性炭、硅胶、陶土等多孔材料D.高分子聚合物7.环境催化剂的“失活”可能由多种因素引起，以下不属于常见失活原因的是（）。A.催化剂表面中毒（如被污染物覆盖）B.物理磨损或化学腐蚀C.催化剂颗粒团聚导致比表面积减小D.废水中存在大量促进反应的还原剂8.评价一种环境催化剂在废水处理中的性能，最重要的指标通常包括（）。A.催化剂的制备成本B.催化剂的稳定性（寿命）C.催化剂的着色度D.废水的pH值9.对于处理含难降解有机物的废水，常采用的方法是（）。A.自然沉淀B.生物曝气法C.光催化氧化法D.离子交换法10.将酶固定在载体上制成固定化酶，其主要优点之一是（）。A.酶的稳定性显著提高B.酶的活性显著降低C.酶难以回收利用D.增大了废水处理成本二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.环境催化剂按作用相分类，可分为__________催化剂和__________催化剂。2.常用的光催化剂TiO₂，其带隙宽度约为3.0-3.2eV，这意味着它主要吸收__________光。3.催化剂失活是指催化剂的__________、__________或选择性下降的现象。4.在Fenton/类Fenton氧化过程中，关键的活性物种是__________和__________。5.影响环境催化剂催化效率的因素包括催化剂本身的性质、反应条件（如温度、pH、光照）、废水水质（如污染物浓度、共存物质）等。6.生物催化剂即__________，它们具有高效、专一和环境友好的特点。7.催化剂表征技术中，XRD主要用于分析催化剂的__________结构。8.常见的负载型催化剂制备方法有浸渍法、__________法、共沉淀法等。9.废水处理中，去除磷的方法除了生物法外，化学沉淀法也常用，例如使用__________作为沉淀剂去除磷酸盐。10.随着环境污染问题日益严峻，开发高效、廉价、环保的__________已成为环境化学研究的重要方向。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述均相催化和多相催化的主要区别。2.简述光催化剂用于废水处理的基本原理。3.简述固定化酶技术在废水处理中应用的优势。四、论述题（10分）结合具体实例，论述环境催化剂在处理某类特定废水（如印染废水、制药废水或农业面源污染废水）中的应用潜力、面临的挑战以及可能的改进方向。试卷答案一、选择题1.D2.C3.D4.C5.B6.C7.D8.B9.C10.A二、填空题1.均相多相2.紫外3.活性稳定性4.·OHHO·5.（合理即可，例如：反应温度、溶液pH值、光照强度、催化剂浓度等）6.酶7.晶体8.负载9.氯化铁（或FeCl₃）10.环境催化剂三、简答题1.均相催化是指催化剂与反应物以同一相态（通常是液相）存在的催化过程。催化剂分子均匀分散在反应体系中。多相催化是指催化剂以固体形式存在，而反应物以气相或液相存在于催化剂表面进行反应的过程。催化剂和反应物处于不同的相态。2.光催化剂（如TiO₂）在光照（通常是紫外光）作用下，吸收光能被激发到导带，产生高活性的电子（e⁻）和空穴（h⁺）。这些电子和空穴具有较高的能量，可以迁移到催化剂表面。在表面，e⁻和h⁺可以参与氧化还原反应：e⁻可以将水或溶解氧还原生成·OH，h⁺与水作用生成H⁺，而·OH具有强氧化性，可以氧化降解废水中的有机污染物，将其矿化为CO₂和H₂O。3.固定化酶技术将游离酶固定化，使其失去流动性但仍保持催化活性。优势包括：1）酶可以重复使用，降低成本；2）易于从反应体系中分离回收酶；3）可能改变酶的性质（如提高稳定性、改变反应条件适应性）；4）便于实现酶的连续化或固定床反应器操作，提高处理效率。四、论述题（以下为参考回答要点，具体论述可自行展开）以印染废水为例，其特点是有机物浓度高、色度深、含盐量高、且含有多种复杂结构的染料和助剂，部分为难降解有机物。应用潜力：光催化氧化法利用TiO₂等半导体材料在紫外光照射下产生的强氧化性自由基（·OH）可以将染料分子结构破坏，脱色降解，具有处理效率高、无二次污染、操作条件温和等优点。生物法对某些染料效果不佳，光催化可作为生物法的有效补充或预处理手段。面临的挑战：1）印染废水色度太高，对光穿透产生阻碍，影响催化剂与污染物的接触；2）高盐度可能影响光催化剂的活性和稳定性；3）部分染料分子结构稳定，降解难度大，时间长；4）紫外光源能耗较高，光能利用率有待提高。改进方向：1）开发可见