2025年大学《资源化学》专业题库及答案

2025年大学《资源化学》专业题库及答案一、资源化学基础与资源循环原理1.（单选）下列关于“资源化学”学科内涵的描述，最准确的是A.研究天然资源的开采技术B.以化学原理实现资源高效、清洁、循环转化的新兴交叉学科C.仅关注金属资源的湿法冶金D.以经济效益最大化为唯一目标答案：B解析：资源化学强调化学原理在资源全生命周期中的作用，涵盖高效、清洁、循环三大核心，而非单纯开采或经济效益。2.（单选）在资源循环金字塔（RawMaterialLoopPyramid）中，位于最顶层、优先级最高的策略是A.能量回收B.材料再制造C.产品再使用D.分子级闭路循环答案：D解析：金字塔顶层为“分子级闭路循环”，即通过化学手段将废弃物直接转化为与原生资源等价的分子，实现热力学意义上的完全循环。3.（填空）根据ISO14040:2006，生命周期评价（LCA）四个相互关联的阶段依次为：目的与范围定义、________、影响评价、________。答案：生命周期清单分析；结果解释解析：LCA标准流程必须依次完成四个阶段，缺少任一环节将无法形成可追溯的结论。4.（判断）“碳足迹”与“碳手印”概念相同，均表示人类活动向大气排放的CO₂当量。答案：错误解析：碳足迹指排放总量；碳手印指通过技术或行为避免的潜在排放量，二者符号相反。5.（简答）简述“城市矿山”概念及其化学开发的关键瓶颈。答案：城市矿山指将城市废弃物（如废旧电子产品、汽车、建筑垃圾）视为富含金属与高分子的“矿床”。化学开发瓶颈包括：①复杂多金属矩阵导致选择性浸出困难；②溴化阻燃剂、重金属等有毒成分同步溶出；③塑料基体交联度高，化学解聚能耗高；④经济—环境平衡难以量化，缺乏普适性评价模型。解析：需从资源丰度、化学复杂性、环境风险三重维度说明瓶颈。6.（计算）某铜阳极泥含Ag3.2wt%、Cu20wt%、Pb12wt%，采用“氯化浸出—电积”工艺回收银。假设浸出率98%，电积电流效率92%，日处理阳极泥100t，求每日可获银的质量（kg）。答案：银总量=100×10³kg×3.2%=3200kg浸出银=3200×0.98=3136kg电积回收银=3136×0.92=2885kg≈2.89t解析：注意单位换算，电流效率仅影响电积段，不影响浸出段。7.（综合）结合资源化学视角，对比机械分选与湿法冶金在退役锂电池回收中的优劣，并给出一条“化学—物理”耦合流程。答案：机械分选优势：①无需酸碱，水耗低；②可预先剔除钢壳、铝箔，降低后续化学负荷。劣势：①正负极粉末难以完全解离，导致Co、Ni分散；②石墨与锂盐无法分离，锂回收率低。湿法冶金优势：①金属浸出率>95%；②可同步回收Li、Co、Ni、Mn；③溶液化学便于后续分离纯化。劣势：①化学试剂消耗大；②废盐难处理。耦合流程：放电—拆解—低温热解（250°C，30min）去除粘结剂—剪切式破碎—气流分选获得富钴黑粉—H₂SO₄+H₂O₂体系选择性浸出Co/Ni—P204萃取分离Co/Ni—沉淀法回收Li₂CO₃—萃余液蒸发结晶得Na₂SO₄副产品。解析：热解段降低PVDF韧性，提高黑粉剥离率；萃取分离系数β(Co/Ni)>400，保证电池级硫酸钴纯度。二、关键金属资源的绿色分离化学8.（单选）下列哪种萃取剂对Li⁺/Mg²⁺分离系数最高（水相0.1molL⁻¹LiCl+4molL⁻¹MgCl₂，pH=7）A.D2EHPAB.Cyanex272C.β二酮LIX54D.苯并15冠5答案：D解析：冠醚对Li⁺具有尺寸匹配效应，且在高盐析剂MgCl₂存在下，Li⁺活度系数升高，分离系数α(Li/Mg)可达120。9.（填空）写出用草酸沉淀法从稀土硫酸浸出液中分离Ce⁴⁺的离子方程式：________。答案：2Ce⁴⁺+H₂C₂O₄+2H₂O→2Ce³⁺+2CO₂+4H⁺解析：Ce⁴⁺被草酸还原为Ce³⁺并放出CO₂，草酸本身被氧化为CO₂，反应需酸性介质抑制Ce(OH)₄沉淀。10.（判断）在深海富钴结壳的湿法冶金中，采用“还原焙烧—氨浸”工艺，可将Co、Ni、Cu同时浸出，而Fe留在渣中。答案：正确解析：还原焙烧将Fe³⁺转化为Fe₃O₄磁性相，氨浸选择性络合Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺，Fe₃O₄在氨水中不溶。11.（计算）某红土镍矿含Ni1.2wt%、Co0.08wt%，采用高压酸浸（HPAL）工艺，镍浸出率96%，钴浸出率94%，若年处理矿石300万t，求年产出NiSO₄·6H₂O（M=262.85gmol⁻¹）的理论量（万t）。答案：Ni金属量=300×10⁴×1.2%×0.96=34560tNiSO₄·6H₂O量=34560×(262.85/58.69)=154800t≈15.5万t解析：注意结晶水分子量计入，Ni原子量58.69。12.（简答）说明为什么“离子印迹聚合物（IIP）”在从海水中提取铀时比传统偕胺肟树脂更具选择性，并指出其化学设计要点。答案：IIP通过模板离子（UO₂²⁺）与功能单体（如甲基丙烯酸、乙烯基膦酸）预组装，交联聚合后形成与UO₂²⁺空间、电荷、配位数完全匹配的空腔，因而对UO₂²⁺具有“记忆效应”。传统偕胺肟树脂仅通过平面配位，易受VO₂⁺、Fe³⁺干扰。设计要点：①模板离子需用弱配位阴离子（NO₃⁻）保证可逆去除；②功能单体配位原子（O、N）与UO₂²⁺赤道配位键长控制在2.3–2.5Å；③交联度>80%维持孔道稳定性；④引入亲水链段（聚乙二醇）降低海水盐析效应。13.（综合）设计一条从粉煤灰中提取Ga的“酸碱交替浸出—电沉积”流程，要求Ga纯度>99.99%，并估算能耗。答案：流程：粉煤灰磁选除铁—Na₂CO₃活化焙烧（850°C，1h）—盐酸浸出（6molL⁻¹，80°C，L/S=3:1）—N503萃取Ga（O/A=1:1，t=5min）—反萃用2molL⁻¹NaOH—中和得Ga(OH)₃—溶于NaOH得NaGaO₂—电沉积（阴极不锈钢，阳极DSA，电流密度200Am⁻²，槽压3.2V，温度50°C，电流效率85%）—熔铸得4N镓。能耗估算：每kgGa需电量=3.2V×(1000/69.72)×3×96485/(0.85×3600)=4.3kWhkg⁻¹，加上前段加热、泵送，总计≈6.8kWhkg⁻¹。解析：焙烧段将Ga包裹的玻璃相破坏；N503（N,N二(1甲基庚基)乙酰胺）对GaCl₄⁻萃取率>98%，Fe³⁺共萃<1%；电沉积电流密度过高会导致析氢，降低效率。三、能源资源化学与CO₂资源化14.（单选）在CO₂电还原制乙烯的反应路径中，决定C–C偶联的电位决定步骤（PDS）是A.CO+CO→COCOB.CO+H→CHOC.CH₂+CH₂→C₂H₄D.CO+OH→COOH答案：A解析：双CO中间体直接偶联形成COCO是生成C₂产物的关键，需要克服0.7–0.8eV能垒。15.（填空）写出光催化CO₂还原为CH₄的半反应式（以导带电子为还原剂，pH=7）：________。答案：CO₂+8e⁻+8H⁺→CH₄+2H₂O解析：导带电子能量需<0.24Vvs.NHE（pH=7），才能将CO₂还原为CH₄。16.（判断）在钙钛矿太阳能电池中，A位阳离子用FA⁺（HC(NH₂)₂⁺）比MA⁺（CH₃NH₃⁺）具有更好的热稳定性，但带隙更大。答案：错误解析：FA⁺离子半径更大，晶格容忍因子更接近1，热稳定性提高，但带隙反而减小（~1.48eVvsMA~1.55eV）。17.（计算）某流动电解池在200mAcm⁻²下连续运行，阴极CO₂单程转化率为25%，出口气体流量为30sccm，求乙烯的偏电流密度（mAcm⁻²）。答案：总CO₂进量=30×10⁻³/22.4=1.34×10⁻³molmin⁻¹反应CO₂=1.34×10⁻³×0.25=3.35×10⁻⁴molmin⁻¹乙烯生成速率=3.35×10⁻⁴/2=1.67×10⁻⁴molmin⁻¹电流密度=1.67×10⁻⁴×2×96485/60=537mAcm⁻²解析：CO₂→C₂H₄需12e⁻，但题目给出单程转化率仅指CO₂，未说明C₂H₄选择性，若FE(C₂H₄)=60%，则实际偏电流密度=537×0.6=322mAcm⁻²。题目未给选择性，默认100%生成乙烯，故537mAcm⁻²为理论上限。18.（简答）说明“质子耦合电子转移（PCET）”在CO₂还原中的作用，并举一例均相催化剂。答案：PCET通过同步转移H⁺+e⁻，避免高能中间体（如CO₂•⁻）积累，降低过电位。例：铁卟啉配合物Fe(TPP)(Cl)，在乙腈/苯酚体系中，通过酚羟基提供质子，将CO₂还原为CO，法拉第效率>90%，过电位<200mV。19.（综合）设计一条将工业副产石膏（CaSO₄·2H₂O）与CO₂耦合转化为硫酸铵和碳酸钙的工艺，要求硫酸铵达到肥料级（N>20.5%），并估算CO₂固定量。答案：工艺：石膏浆化—通入NH₃+CO₂（40°C，1MPa）—转化反应CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O→CaCO₃+(NH₄)₂SO₄—过滤—蒸发结晶得硫酸铵—煅烧CaCO₃→CaO+CO₂（CO₂回用）。反应热力学：ΔG°=28.4kJmol⁻¹，K=1.2×10⁵，反应完全。每t石膏（CaSO₄·2H₂O，M=172.17）可固定CO₂=44/172.17=0.256t，同时得(NH₄)₂SO₄=132/172.17=0.767t，含N=21.2%，满足肥料级。解析：反应温度不宜过高，避免NH₄HCO₃分解；蒸发结晶采用MVR技术，蒸汽耗<0.3t/t。四、水资源化学与非常规水利用20.（单选）在正渗透（FO）海水淡化中，下列哪种驱动溶质（DS）具有最高的渗透压且可热再生A.NH₄HCO₃B.NaClC.MgCl₂D.葡萄糖答案：A解析：NH₄HCO₃在60°C分解为NH₃+CO₂，可通过低温蒸馏再生，理论渗透压可达25MPa（2molL⁻¹）。21.（填空）写出电容去离子（CDI）在恒流模式下，电极表面电吸附NaCl的法拉第反应式（以Na₀.₄₄MnO₂为阳极）：________。答案：Na₀.₄₄MnO₂+xNa⁺+xe⁻→Na₀.₄₄₊ₓMnO₂解析：锰氧化物为插层型电极，Na⁺可逆嵌入，理论容量为120Cg⁻¹。22.（判断）在太阳能驱动界面蒸发系统中，引入“盐扩散通道”可解决高盐废水浓缩过程中的盐结晶堵塞问题。答案：正确解析：盐扩散通道利用毛细力将浓盐连续回流至体相，避免局部过饱和，实现连续蒸发。23.（计算）某反渗透（RO）装置操作压力5.5MPa，回收率40%，进水盐浓度35000mgL⁻¹，膜通量35Lm⁻²h⁻¹，求比能耗（kWhm⁻³）。答案：理论功=W=RTln(Cf/Cp)/η，简化近似：W=ΔP/(2η回收率)=5.5/(2×0.4)=6.875MPa·L=1.91kWhm⁻³考虑泵效率75%，实际比能耗=1.91/0.75=2.55kWhm⁻³解析：未考虑能量回收装置（ERD），若配置PX型ERD（效率92%），则比能耗降至1.9kWhm⁻³。24.（简答）说明“电芬顿—膜生物反应器（EFMBR）”耦合工艺处理垃圾渗滤液的化学原理及膜污染控制机制。答案：电芬顿段：阴极原位生成H₂O₂，Fe²⁺催化产生•OH，氧化难降解有机物（如腐殖酸、对羟基苯甲酸），COD去除率>70%。MBR段：超滤膜截留生物量，进一步硝化/反硝化脱氮。膜污染控制：①•OH氧化使SMP（可溶性微生物产物）分子量下降，降低膜孔堵塞；②电泳作用使胶体颗粒带负电，减少沉积；③周期倒极（+−切换）抑制生物膜生长，通量恢复率>95%。25.（综合）设计一条从页岩气返排水中回收Li并同步制备H₂O₂的电化学工艺，要求Li₂CO₃纯度>99.5%，H₂O₂浓度>3wt%。答案：流程：返排水预处理（除油、软化）—纳滤分盐（一价/二价分离）—电渗析浓缩Li⁺至2gL⁻¹—双室电解槽（阳极DSA，阴极气体扩散电极GDE）阴极氧还原生成H₂O₂，阳极析出Cl₂（用于消毒）—Na₂CO₃沉淀Li₂CO₃（90°C，pH=12）—离心干燥。参数：电流密度80mAcm⁻²，槽压2.1V，H₂O₂电流效率70%，能耗3.2kWhkg⁻¹H₂O₂；Li回收率>85%，Li₂CO₃纯度99.6%。解析：纳滤膜选用NF90，对Mg²⁺/Li⁺分离系数>8；GDE采用炭黑—PTFE疏水层，避免水淹。五、资源化学过程模拟与生命周期评价26.（单选）在GaBi软件中，用于处理多输出过程并避免重复计算环境负荷的算法是A.CutoffB.SystemexpansionC.MassallocationD.Economicallocation答案：B解析：Systemexpansion通过扩展系统边界，将副产品替代市场产品，从而不分配，符合ISO14044首选原则。27.（填空）写出ReCiPe2016终点指标（Endpoint）三大损害类别：________、________、________。答案：人类健康、生态系统、资源可用性解析：ReCiPe2016将中点指标聚合为三大终点，用于决策支持。28.（判断）在SimaPro中，EF（EnvironmentalFootprint）方法采用单一分数（SingleScore）单位是µPt（微点）。答案：错误解析：EF方法使用“PDF·m²·yr”或“DALY”等单位，不采用µPt；µPt为Ecoindicator99特有。29.（计算）某废塑料热解制蜡工艺，输入1t混合PE/PP（比例7:3），输出蜡0.65t、燃气0.25t、炭黑0.08t。已知蜡替代石蜡的排放因子为1.8tCO₂et⁻¹，燃气替代天然气为2.7tCO₂et⁻¹，炭黑作为填料无替代效应。采用系统扩展法，求净GHG减排量（tCO₂e）。答案：蜡替代减排=0.65