2025年大学《资源化学》专业题库- 光催化降解废水中的资源化学方法

2025年大学《资源化学》专业题库——光催化降解废水中的资源化学方法考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内，每小题2分，共20分）1.在光催化过程中，半导体材料禁带宽度的大小主要决定了其能吸收的光子的（）。A.波长B.数量C.能量D.方向2.光生电子-空穴对在光催化反应中（）。A.立即复合B.立即参与反应C.被导带和价带分别捕获D.迅速扩散到体相3.下列哪种物质通常被认为是一种高效的光催化剂？（）A.金B.银C.二氧化钛D.铂4.提高光催化剂量子效率的主要途径之一是（）。A.增加催化剂的比表面积B.抑制光生电子-空穴对的复合C.降低催化剂的成本D.增加反应物的浓度5.光催化降解有机污染物时，羟基（·OH）和超氧自由基（O₂⁻·）属于（）。A.吸附物种B.氧化剂C.还原剂D.催化剂6.在光催化过程中，改变溶液的pH值通常会（）。A.影响催化剂的表面电荷B.不影响催化剂的活性C.增加光生电子-空穴对的复合D.降低反应物的吸附7.下列哪种方法不属于光催化剂的改性方法？（）A.掺杂B.贵金属沉积C.形貌控制D.增加反应物浓度8.光催化技术应用于废水处理，其核心优势在于（）。A.处理成本高B.产生二次污染C.利用太阳能D.试剂消耗量大9.将废水中的有机污染物通过光催化转化为H₂或H₂O₂，这体现了光催化技术中的（）。A.净化功能B.资源化功能C.混合功能D.理论功能10.下列哪种因素不属于影响光催化反应动力学的重要因素？（）A.光照强度B.温度C.催化剂用量D.半导体种类二、填空题（请将正确答案填在横线上，每空2分，共20分）1.光催化剂通常具有______和______的特点。2.光生电子和空穴在半导体表面的复合主要受______和______的影响。3.提高光催化量子效率的关键在于提高______和降低______。4.贵金属沉积改性光催化剂的主要目的是增强其______。5.光催化降解有机污染物通常涉及______和______两种自由基机理。6.太阳能作为光催化剂的光源，其优势在于______和______。7.资源化学在光催化废水处理中的体现之一是______。8.光催化反应的动力学研究通常关注______和______。9.为了提高光催化降解效率，可以采用______、______和______等策略。10.限制光催化技术实际应用的主要因素包括______、______和______。三、简答题（请简要回答下列问题，每小题5分，共25分）1.简述光催化降解有机污染物的基本原理。2.简述掺杂改性对光催化剂性能的影响。3.简述光催化技术在处理印染废水方面的优势。4.简述太阳能作为光催化剂光源的优势及面临的挑战。5.简述光催化技术实现废水处理资源化的基本途径。四、论述题（请结合所学知识，对下列问题进行深入分析和论述，每小题10分，共20分）1.试论述影响光催化降解效率的主要因素及其内在联系。2.试论述光催化技术在资源化学领域的发展前景及面临的挑战，并提出可能的解决方案。---试卷答案一、选择题1.A2.A3.C4.B5.B6.A7.D8.C9.B10.D二、填空题1.高比表面积，良好的光化学稳定性2.扩散速率，复合速率3.光生载流子的分离效率，光生载流子的复合速率4.光响应范围5.溶剂氧化，自由基链式反应6.廉价，清洁7.将污染物转化为可利用的化学资源8.反应速率常数，反应级数9.优化催化剂结构，构建异质结，施加外部场（如光、电、磁场）10.光催化效率，催化剂稳定性，成本三、简答题1.简述光催化降解有机污染物的基本原理。解析思路：首先说明半导体在光照下产生光生电子-空穴对。接着，解释这些载流子在能带隙中移动，并在表面被吸附的污染物或氧气等捕获。最后，说明被捕获的载流子（或其衍生的自由基）具有强氧化性，能够氧化降解吸附在催化剂表面的有机污染物分子，最终将其矿化为CO₂、H₂O等无机小分子。2.简述掺杂改性对光催化剂性能的影响。解析思路：说明掺杂可以改变半导体的能带结构。可以通过引入杂质能级，形成浅能级陷阱，有效捕获光生电子或空穴，从而抑制它们的复合。也可以通过内建电场促进载流子分离。此外，掺杂还可能改变催化剂的表面态和活性位点，影响其吸附和催化活性。3.简述光催化技术在处理印染废水方面的优势。解析思路：指出光催化可以在常温常压下进行，利用太阳能等清洁能源。强调其无选择性好，对多种染料污染物有效。说明其降解产物为CO₂和H₂O，无二次污染。还可以指出其操作简单，可固定化处理。4.简述太阳能作为光催化剂光源的优势及面临的挑战。解析思路：优势方面，强调太阳能取之不尽、用之不竭，且清洁无污染。挑战方面，指出太阳光光谱中可用于半导体光催化的可见光比例不高。此外，太阳光强度受天气、季节、时间影响较大，且光照能量分散，光催化效率有待提高。5.简述光催化技术实现废水处理资源化的基本途径。解析思路：说明光催化不仅可以降解污染物，还可以将污染物转化为有价值的物质。例如，在光照和某些条件下，可以将有机污染物矿化为H₂或H₂O₂等。也可以将CO₂等温室气体转化为甲醇、甲酸等化学品。这体现了变废为宝的资源化学理念。四、论述题1.试论述影响光催化降解效率的主要因素及其内在联系。解析思路：首先列出主要因素：光催化剂本身性质（如光吸收范围、量子效率、稳定性、比表面积、活性位点）、光源性质（波长、强度）、反应体系因素（pH、污染物浓度、共存物质）、以及外部条件（如温度、氧气存在）。接着，分析这些因素如何影响光生载流子的产生、分离、传输和表面反应。强调其中最核心的是光生载流子的分离效率（受催化剂性质和复合速率影响）和表面反应速率（受活性位点、吸附等影响）。最后，总结这些因素相互关联，共同决定了整体的光催化效率。2.试论述光催化技术在资源化学领域的发展前景及面临的挑战，并提出可能的解决方案。解析思路：发展前景方面，可以从解决环境污染问题、实现碳减排、利用太阳能转化化学能、推动可持续发展等角度论述其巨大潜力。可以结合当前研究热点，如开发高效稳定的可见光催化剂、设计智能调控系