化學(xué)決策（方案選擇）能力測(cè)評(píng)試題一、工業(yè)合成路線優(yōu)化題背景：某化工廠計(jì)劃通過(guò)苯為原料合成對(duì)硝基苯甲酸，現(xiàn)有兩條工藝路線備選：路線A：苯→硝基苯（混酸硝化）→對(duì)硝基苯甲酸（高錳酸鉀氧化）路線B：苯→甲苯（傅-克烷基化）→對(duì)硝基甲苯（硝化）→對(duì)硝基苯甲酸（高錳酸鉀氧化）決策問(wèn)題：從原子經(jīng)濟(jì)性角度比較兩條路線，計(jì)算關(guān)鍵步驟的原子利用率（已知：高錳酸鉀氧化甲基生成羧基時(shí)，錳元素轉(zhuǎn)化為MnO?）。分析路線A中混酸硝化的區(qū)域選擇性問(wèn)題，解釋為何需引入甲基作為定位基（路線B）以提高目標(biāo)產(chǎn)物收率。若工廠位于環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)，從三廢處理角度提出工藝改進(jìn)建議（至少2項(xiàng)具體措施）。二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題任務(wù)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分離提純含有苯酚、苯甲酸、苯胺的有機(jī)混合溶液（三者均溶于乙醚，摩爾比1:1:1），限選試劑：10%NaOH溶液、10%NaHCO?溶液、10%HCl溶液、飽和食鹽水、無(wú)水硫酸鈉。決策問(wèn)題：繪制分離流程圖，標(biāo)注每步操作的試劑用量（以處理10g混合物為例）及分層現(xiàn)象（水相/有機(jī)相的密度關(guān)系）。比較使用NaHCO?與NaOH分離苯甲酸和苯酚的原理差異，說(shuō)明為何不可用NaOH直接替代NaHCO?。若實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)"乳化現(xiàn)象"，列出3種破乳方法并解釋其作用機(jī)制。三、分析方法選擇題場(chǎng)景：某食品檢測(cè)機(jī)構(gòu)需測(cè)定市售植物油中反式脂肪酸（TFA）的含量，現(xiàn)有三種檢測(cè)方案：方案甲：氣相色譜法（GC，F(xiàn)FAP毛細(xì)管柱，程序升溫）方案乙：傅里葉變換紅外光譜法（FTIR，特征吸收峰10.3μm）方案丙：高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-MS，C18柱，電噴霧離子源）決策問(wèn)題：從方法特異性角度分析，為何方案甲需配合銀離子色譜柱才能準(zhǔn)確分離順?lè)串悩?gòu)體？比較三種方法的檢測(cè)限（LOD）和定量限（LOQ）范圍，解釋方案丙在痕量分析中的優(yōu)勢(shì)。若送檢樣品為含油脂的糕點(diǎn)類固體樣品，說(shuō)明前處理步驟（如提取、衍生化）對(duì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。四、安全應(yīng)急決策題事故情景：某實(shí)驗(yàn)室發(fā)生乙酸乙酯泄漏引發(fā)火災(zāi)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)同時(shí)存放有金屬鈉、過(guò)氧乙酸、乙醚三種危險(xiǎn)化學(xué)品（均未密封）。決策問(wèn)題：按火災(zāi)撲救優(yōu)先級(jí)排序三種化學(xué)品，說(shuō)明處理金屬鈉火災(zāi)時(shí)為何不可使用二氧化碳滅火器。計(jì)算乙酸乙酯蒸氣在空氣中的爆炸極限范圍（已知其爆炸下限2.0%、上限11.5%，體積分?jǐn)?shù)），若實(shí)驗(yàn)室體積為50m3，估算引發(fā)爆炸的最小泄漏量（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。設(shè)計(jì)應(yīng)急處理流程，包括初期火災(zāi)控制、人員疏散路線規(guī)劃（需考慮風(fēng)向因素）及事后廢液處理方案。五、材料合成工藝題目標(biāo)：制備高性能鋰離子電池正極材料LiFePO?，現(xiàn)有固相法與水熱法兩種工藝：固相法：Fe?O?、Li?CO?、NH?H?PO?球磨混合后在惰性氣氛中煅燒水熱法：FeSO?·7H?O、LiOH、H?PO?在高壓反應(yīng)釜中180℃反應(yīng)12h決策問(wèn)題：對(duì)比兩種方法制備的產(chǎn)物在粒徑分布（D50）、比表面積（BET）及電化學(xué)性能（首次充放電容量）的差異。分析水熱法中pH值（控制在7-9）對(duì)產(chǎn)物物相的影響，解釋為何pH<6時(shí)易生成Fe?(PO?)?雜質(zhì)相。若需產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，從設(shè)備投資、生產(chǎn)周期、能耗三方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估（列出關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比表）。六、綠色化學(xué)評(píng)估題案例：某制藥企業(yè)計(jì)劃將傳統(tǒng)合成路線中的溶劑從二氯甲烷（沸點(diǎn)39.8℃，GWP=1720）替換為綠色溶劑，備選方案：溶劑A：乙酸乙酯（生物降解率>90%，閃點(diǎn)-4℃）溶劑B：離子液體[BMIM][PF6]（不可燃，熱穩(wěn)定性>300℃）溶劑C：甲基四氫呋喃（可再生原料制備，沸點(diǎn)80.2℃）決策問(wèn)題：利用"十二原則"評(píng)估三種溶劑的綠色化學(xué)指標(biāo)，繪制雷達(dá)圖并排序。分析溶劑B在回收套用過(guò)程中可能出現(xiàn)的離子交換污染問(wèn)題，提出純化方案。若目標(biāo)產(chǎn)物為熱敏性藥物（分解溫度<100℃），從蒸餾能耗角度選擇最優(yōu)溶劑并計(jì)算理論塔板數(shù)。七、數(shù)據(jù)解析與決策題背景：某研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定不同溫度下某可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K，數(shù)據(jù)如下表：溫度T/K300350400450500K2.4×10?31.5×10?27.8×10?20.321.05決策問(wèn)題：用范特霍夫方程計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變?chǔ)°和熵變?chǔ)°（需列出線性擬合公式及相關(guān)系數(shù)R2）。若該反應(yīng)為氣相反應(yīng)（A+B?C），在總壓1MPa下，計(jì)算450K時(shí)A的平衡轉(zhuǎn)化率（初始投料nA:nB=1:1）。從動(dòng)力學(xué)角度分析，為何工業(yè)生產(chǎn)中常選擇450K而非500K進(jìn)行反應(yīng)？八、綜合案例分析題情景：某化工園區(qū)擬新建年產(chǎn)10萬(wàn)噸乙烯的裂解裝置，需在石腦油裂解與乙烷裂解兩種工藝中選擇：指標(biāo)石腦油裂解乙烷裂解原料價(jià)格（美元/噸）650400乙烯收率（wt%）3280聯(lián)產(chǎn)物種類丙烯、丁二烯等少量甲烷單位能耗（GJ/噸）2818決策問(wèn)題：構(gòu)建決策矩陣，引入"環(huán)境影響因子"（石腦油裂解CO?排放系數(shù)2.8t/t乙烯，乙烷裂解1.2t/t乙烯）和"市場(chǎng)需求彈性"（丙烯價(jià)格波動(dòng)系數(shù)±0.3）兩個(gè)新指標(biāo)，用加權(quán)評(píng)分法（設(shè)定經(jīng)濟(jì)、能耗、環(huán)境權(quán)重比4:3:3）選擇最優(yōu)方案。若國(guó)際油價(jià)上漲20%，計(jì)算盈虧平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的乙烯售價(jià)變化（列出成本構(gòu)成公式）。從循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度，提出利用裂解爐煙道氣（含CO?15%）的資源化方案（至少2項(xiàng)工業(yè)應(yīng)用）。參考答案要點(diǎn)提示（注：實(shí)際測(cè)評(píng)需根據(jù)答題步驟完整性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、方案創(chuàng)新性綜合評(píng)分）工業(yè)合成路線：路線B原子利用率更高（引入甲基后硝化對(duì)位選擇性提升至90%以上），環(huán)保改進(jìn)可采用絕熱硝化技術(shù)、MnO?回收制備錳鋅鐵氧體。實(shí)驗(yàn)分離：關(guān)鍵步驟為"NaHCO?萃取苯甲酸→NaOH萃取苯酚→HCl反萃苯胺"，破乳可采用鹽析法、加熱法或加入乙醇作為助溶劑。分析方法：GC法需銀離子與雙鍵絡(luò)合增強(qiáng)順?lè)串悩?gòu)體保留差異；FTIR法適用于TFA>1%的樣品，GC-MS法LOD可達(dá)0.01mg/kg。安全應(yīng)急：金屬鈉火災(zāi)需用干燥沙土覆蓋（禁止用水/CO?），乙酸乙酯最小爆炸泄漏量約2.3m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）