2025年大学《资源化学》专业题库- 化学表面吸附性研究

2025年大学《资源化学》专业题库——化学表面吸附性研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。）1.下列关于物理吸附和化学吸附的描述，正确的是（）A.物理吸附通常放热，而化学吸附通常吸热B.物理吸附和化学吸附都遵循Langmuir吸附等温式C.物理吸附没有选择性，而化学吸附有选择性D.物理吸附的吸附热通常远大于化学键的键能2.在Langmuir吸附等温式中，参数b代表（）A.吸附剂表面单层的最大吸附量B.吸附剂与吸附质之间作用力的强度C.吸附质在溶液（或气体）中的浓度D.吸附达到平衡时，吸附质在吸附剂表面的浓度3.下列哪种现象或实验结果最能证明吸附是放热的？（）A.吸附等温线随温度升高而向上移动B.吸附等温线随温度升高而向下移动C.在恒定温度下，增加压力吸附量不变D.吸附过程伴随气体体积的明显减小4.BET比表面积测定通常使用哪种气体作为吸附剂？（）A.氢气B.氮气C.氧气D.氦气5.下列哪种表面分析方法主要用于测定固体表面的元素组成和化学态？（）A.X射线衍射（XRD）B.透射电子显微镜（TEM）C.X射线光电子能谱（XPS）D.傅里叶变换红外光谱（FTIR）6.在研究固液界面吸附时，若吸附剂表面存在不均匀性，则测得的吸附等温线可能是（）A.单分子层吸附等温线B.多分子层吸附等温线C.S型吸附等温线D.竖直上升的吸附等温线7.下列哪种方法通常用于研究吸附过程的动力学？（）A.热重分析（TGA）B.吸附等温线测量C.吸附剂的红外光谱（IR）分析D.吸附量随时间的变化监测8.对于用于水处理去除重金属离子的吸附剂，通常希望其具有哪些特性？（）A.高比表面积、合适的孔径分布、良好的离子交换能力B.低密度、高导电性、耐酸碱性差C.低比表面积、无孔结构、化学性质稳定但反应活性低D.吸附容量小、选择性差、易造成二次污染9.在催化反应中，吸附步骤通常被认为是（）A.动力学控制步骤B.热力学控制步骤C.催化剂失活的步骤D.副反应发生的步骤10.下列哪项不属于表面吸附在资源化学领域的应用？（）A.利用吸附技术提纯稀有金属B.通过吸附改性矿石，提高其可选性C.利用吸附剂固定酶用于生物催化D.用吸附法分离空气中的氮气和氧气二、填空题（每空2分，共20分。）1.吸附质在吸附剂表面达到______状态时，吸附过程达到平衡。2.吸附等温线的类型（如I型、II型、III型）与吸附剂的______和吸附质的______有关。3.吸附热的数值通常比气体的______要小，比化学键的______要大。4.在Langmuir吸附模型中，假设吸附剂表面是______的，且吸附质分子之间在表面是______的。5.X射线光电子能谱（XPS）技术主要用于分析物质表面的______组成和______状态。6.吸附剂的总比表面积包括其外表面积和______的表面积。7.吸附动力学研究的是吸附量随______的变化关系。8.依据吸附力性质的不同，吸附可分为______吸附和______吸附。9.在资源化学中，利用吸附技术进行______分离或富集是常见的应用。10.分子筛的吸附选择性源于其具有______的孔道结构。三、简答题（每小题5分，共20分。）1.简述物理吸附和化学吸附的主要区别。2.简述Langmuir吸附等温式的表达式及其物理意义。3.简述BET法测定固体比表面积的原理及其适用范围。4.简述吸附在环境治理（如水污染处理）中的应用原理。四、计算题（每小题10分，共20分。）1.将0.200g某活性炭样品在恒温条件下吸附气态氮气，测得在压力为1.013×10^5Pa时，吸附量为5.60cm³STP/g。当压力增加到2.026×10^5Pa时，吸附量增加到8.40cm³STP/g。假设该吸附过程符合Langmuir吸附等温式，且实验温度下氮气的分体积为22.4L/mol。试计算该活性炭样品的Langmuir吸附常数K和李·萨木斯基常数Vm。（请写出计算过程）2.某研究小组使用某吸附剂处理含Cr²⁺离子的废水，实验结果如下：在室温下，将100mL浓度为100mg/L的Cr²⁺溶液与10g吸附剂搅拌吸附60分钟后，溶液中Cr²⁺的浓度降至50mg/L。请计算该吸附剂对Cr²⁺的吸附量（以mgCr²⁺/g吸附剂表示）。假设吸附剂投加量足够，溶液体积保持不变。五、论述题（共20分。）结合资源化学专业的背景，论述表面吸附研究对于矿产资源开发利用（如矿石的分选、富集、改性）和环境修复技术发展的重要意义。请从吸附原理、吸附剂的选择、吸附过程的优化以及实际应用等方面进行阐述。试卷答案一、选择题1.C2.B3.A4.B5.C6.C7.D8.A9.A10.C二、填空题1.动态平衡2.孔结构；吸附热3.汽化热；解离能4.整齐；不5.元素；化学6.微孔7.时间8.物理；化学9.离子；分子10.规则三、简答题1.解析思路：对比物理吸附和化学吸附的本质、热力学特征（吸放热）、选择性、动力学、是否可逆等关键区别进行阐述。*物理吸附：分子间范德华力，无选择性，放热，可逆，动力学快，可在清洁表面发生。*化学吸附：化学键力，有选择性，吸放热（值较大），通常不可逆或难可逆，动力学慢，需活化能，发生在活性位点。2.解析思路：写出Langmuir方程C/Vm=1/(KbVm)+C/Vm，并解释各符号（C：平衡吸附浓度；Vm：饱和吸附量；Kb：吸附平衡常数；V：平衡吸附量）。核心是平衡常数的物理意义（衡量吸附倾向和强度）和Vm（表面覆盖度为单分子层时的吸附量）。3.解析思路：说明BET法的原理基于吸附质分子在固体表面形成单分子层和多层吸附的假设，通过测量吸附气体的压强和体积，利用BET方程计算比表面积。适用范围是微孔（<2nm）和中孔（2-50nm）固体的比表面积测定。4.解析思路：阐述吸附技术通过吸附剂（如活性炭、树脂、无机吸附剂）选择性地吸附水中的污染物（如重金属离子、有机染料、酚类等），将其从水中去除，达到净化水质的目的。需要说明吸附剂的选择性、吸附条件（pH、温度、接触时间等）对去除效果的影响。四、计算题1.解析思路：首先将吸附量单位cm³STP/g转换为mol/g。利用Langmuir方程C/Vm=1/(KbVm)+C/Vm，代入两组数据（P1,V1）和（P2,V2），构成方程组。由于Vm是常数，可以用P1V2+P2V1=(P1+P2)Vm求解Vm。再将Vm代入任一方程求解Kb。*计算步骤：*V1=5.60cm³STP/g=5.60×10⁻³LSTP/g*V2=8.40cm³STP/g=8.40×10⁻³LSTP/g*n=V/22.4=P/1.013×10⁵×V/22.4(PinPa,VinL)*Q1=n1=P1V1/(1.013×10⁵×22.4)mol/g*Q2=n2=P2V2/(1.013×10⁵×22.4)mol/g*Q1=(1.013×10⁵×5.60×10⁻³)/(1.013×10⁵×22.4)=0.25mol/g*Q2=(1.013×10⁵×8.40×10⁻³)/(1.013×10⁵×22.4)=0.375mol/g*代入Langmuir方程：*0.25/Vm=1/Kb/Vm+0.25/Vm*0.375/Vm=1/Kb/Vm+0.375/Vm*0.375/Vm-0.25/Vm=(1/Kb/Vm)*0.125/Vm=1/Kb/Vm*Kb=Vm/0.125*代入P1V2+P2V1=(P1+P2)Vm：*(1.013×10⁵)*(8.40×10⁻³)+(1.013×10⁵)*(5.60×10⁻³)=(1.013×10⁵+1.013×10⁵)*Vm*(8.40+5.60)=2*Vm*Vm=7.00mol/g*Kb=7.00/0.125=56mol⁻¹*答：Vm=7.00mol/g，Kb=56mol⁻¹2.解析思路：吸附量Q的定义是吸附剂从溶液中吸附的物质的量。计算公式Q=(C₀-C)*V/m，其中C₀是初始浓度，C是平衡浓度，V是溶液体积，m是吸附剂质量。注意单位的统一，浓度单位从mg/L转换为g/L。*计算步骤：*C₀=100mg/L=0.100g/L*C=50mg/L=0.050g/L*V=100mL=0.100L*m=10g*Q=(0.100g/L-0.050g/L)*0.100L/10g*Q=0.050g/L*0.100L/10g*Q=0.005g/10g*Q=0.5mgCr²⁺/g吸附剂*答：该吸附剂对Cr²⁺的吸附量为0.5mgCr²⁺/g吸附剂。五、论述题解析思路：从资源化学的专业背景出发，分点论述表面吸附的重要性。*矿产资源开发利用：*矿石分选/富集：利用吸附剂（如有机溶剂、无机药剂）选择性地吸附目标矿物或脉石中的某种组分，实现矿物的分离和富集。例如，浮选中的捕收剂就是选择性地吸附在矿物表面的有机分子。吸附也用于从浸出液中吸附和富集有价金属离子，如用活性炭吸附黄金或铀。*矿石改性：通过对矿石颗粒表面进行化学处理或吸附特定物质，改变其表面性质（如亲水性/疏水性、表面能、电荷），以提高其在后续选冶过程中的可浮性或浸出效率。*环境修复技术：*水污染处理：利用吸附技术处理含重金属离子（如Hg²⁺,Cd²⁺,Pb²⁺,Cr⁶⁺）、难降解有机物（如染料、农药）、磷、氮等污染物的废水。吸附剂的选择性、吸附容量和再生性能是关键。*大气污