2025年大学《应用化学》专业题库—— 应用化学在海洋资源开发中的研究.docxVIP

2025年大学《应用化学》专业题库——应用化学在海洋资源开发中的研究

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

简述海水淡化的基本原理，并比较蒸馏法与反渗透法在能量消耗、水质、适用条件等方面的主要差异。

二、

海洋环境中重金属污染的主要来源有哪些？请列举两种常用的化学方法用于海水中的重金属去除，并简述其基本原理和优缺点。

三、

海洋生物资源丰富，请列举三种具有潜在应用价值的海洋生物活性物质，并简述其提取或合成的化学方法要点。

四、

简述应用化学在海洋能利用方面可以发挥的作用，例如在材料开发、能量转换效率提升等方面，并举例说明。

五、

某海洋矿产资源中含有某目标金属矿物和脉石矿物，请设计一个简要的化学浸出流程方案，用于提取目标金属，并说明涉及的关键化学原理和步骤。

六、

海洋环境监测中，化学分析方法是关键环节。请简述原子吸收光谱法（AAS）和离子色谱法（IC）在海洋化学分析中分别适用于哪些离子的测定，并比较这两种方法的原理和主要区别。

七、

论述应用化学在解决海洋塑料污染问题中可能扮演的角色，可以涉及塑料降解化学、微塑料检测化学或替代材料开发等方面。

八、

设计一个简单的实验方案，用于初步评估某种新型膜材料在海水淡化反渗透应用中的性能潜力，需要说明考察的性能指标、简要实验步骤和涉及的关键化学概念。

试卷答案

一、

海水淡化主要利用蒸馏（热法）或膜分离（膜法）原理去除水中的溶解盐分。

*蒸馏法：通过加热使海水汽化，然后冷凝蒸汽得到淡水。原理是利用水和盐的挥发性差异。优点是产水纯度高，技术成熟。缺点是能耗高，设备庞大。反渗透法：利用半透膜在外压作用下阻止盐离子通过，使水通过。原理是渗透压和压力平衡。优点是能耗相对较低，设备紧凑。缺点是产水纯度受膜污染影响，膜材料需耐腐蚀。

二、

主要来源：船舶排污、工业废水排放、陆源输入（如矿业、农业）、大气沉降、海底火山活动等。

化学去除方法1：化学沉淀法。原理：向含重金属的海水中投加沉淀剂（如石灰、氢氧化物、硫化物），使重金属离子与沉淀剂反应生成不溶性沉淀物，然后通过过滤或沉淀分离去除。优点：技术成熟，成本相对较低。缺点：可能产生二次污染（沉淀物处理），pH控制要求严格。

化学去除方法2：离子交换法。原理：利用离子交换树脂或无机离子交换剂，通过离子交换反应选择性吸附水中的重金属离子，然后用合适的洗脱液将重金属离子置换出来，实现树脂再生。优点：去除效率高，选择性好，可回收贵金属。缺点：树脂成本较高，操作相对复杂。

三、

1.海藻提取物：如褐藻胶、卡拉胶、海藻酸。化学方法要点：通常采用热水浸提、碱提取或酸提取法，通过控制温度、pH、溶剂体系等条件提取目标多糖，再用沉淀、离心、膜分离、色谱等方法纯化。

2.海洋动植物活性碱/氨基酸：如海葵毒素、海绵毒素、鱼精蛋白。化学方法要点：多采用有机溶剂萃取（如乙醇、甲醇）、大孔树脂吸附、硅胶或氧化铝柱色谱、高效液相色谱（HPLC）等方法进行分离纯化，并结合波谱分析（NMR,MS）进行结构鉴定。

3.海洋微生物代谢产物：如海洋天然产物抗生素、酶类。化学方法要点：通过发酵工程获得发酵液，然后采用溶剂萃取、沉淀、吸附、膜过滤等物理方法进行初步分离，再结合色谱技术（如Sephadex、HPLC）进行纯化和富集。

四、

应用化学可在以下方面发挥作用：

*材料开发：研制高效、耐腐蚀、抗生物污损的海洋能装置材料（如风力发电机叶片复合材料、波浪能装置管道材料、海水淡化膜材料）。

*能量转换效率提升：开发新型催化剂用于海洋能发电（如燃料电池）、储能材料（如高性能电池电极材料、储氢材料）。

*工艺优化：改进海水淡化、海洋资源提取等过程中的化学工艺，提高效率，降低能耗和环境影响。

例如，开发新型抗氯离子腐蚀的镁合金用于海洋浮标，或开发高效耐海水污染的反渗透膜材料，均直接体现了化学在海洋能利用设施中的应用。

五、

化学浸出流程方案：

1.矿石预处理：破碎、筛分，必要时进行浮选等富集，提高目标矿物浓度，减少脉石干扰。

2.化学浸出：向浸出槽中加入目标金属矿物，通入氧化剂（如空气、氧气）或加压提供氧气，并加入浸出剂（如硫酸、盐酸、氰化物等，根据目标金属性质选择），在适宜的温度和pH条件下进行反应，使目标金属溶解进入溶液。关键化学原理：氧化还原反应、酸碱反应、金属离子与浸出剂形成可溶性络合物。

3.溶液净化：通过沉淀、吸附、萃取等方法去除溶液中的杂质离子（如脉石矿物溶解带来的离子）。

4.提取与精制：采用电积、溶剂萃取、离子交换等方法从净化后的溶液中提取和提纯目标金属。

六、

原子吸收光谱法（AAS）主要用于测定海水中的金属元素，如Na,K,Ca,Mg,Fe,Mn,Cu,Zn,