化學(xué)與海洋資源保護(hù)聯(lián)系試題一、單項(xiàng)選擇題下列關(guān)于海洋化學(xué)資源利用與環(huán)境保護(hù)協(xié)同關(guān)系的說(shuō)法，正確的是：A.海水淡化過(guò)程中產(chǎn)生的高鹽度廢水直接排入海洋，可促進(jìn)海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)B.從海水中提取溴單質(zhì)時(shí)，使用氯氣作為氧化劑會(huì)導(dǎo)致海水酸化，需配套堿性中和工藝C.海底可燃冰開(kāi)采過(guò)程中，甲烷泄漏對(duì)溫室效應(yīng)的影響是二氧化碳的20倍，需通過(guò)化學(xué)吸收法回收D.利用電滲析法進(jìn)行海水淡化時(shí)，消耗的電能全部來(lái)自可再生能源，屬于“零碳工藝”海洋酸化是由于大氣中CO?溶解于海水生成碳酸導(dǎo)致pH值下降，下列化學(xué)干預(yù)措施中合理的是：A.向海水中大量投放生石灰（CaO），通過(guò)中和反應(yīng)提高pH值B.培育能高效吸收CO?的海藻，利用生物固碳作用緩解酸化C.研發(fā)新型離子交換樹(shù)脂，選擇性吸附海水中的碳酸根離子D.利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)電解水產(chǎn)生氫氣，與海水中的CO?反應(yīng)生成甲醇海水中重金屬污染（如汞、鎘、鉛）的化學(xué)修復(fù)技術(shù)中，原理錯(cuò)誤的是：A.投放硫化鈉（Na?S）可使重金屬離子轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀B.利用螯合劑（如EDTA）與重金屬離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物，通過(guò)膜分離去除C.電滲析法可通過(guò)電場(chǎng)作用使重金屬離子向電極遷移并富集回收D.活性炭吸附主要依賴物理吸附作用，對(duì)溶解態(tài)重金屬離子去除效率低下列關(guān)于海洋化學(xué)資源開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)影響的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是：A.海水提鎂過(guò)程中，石灰乳（Ca(OH)?）的過(guò)量使用會(huì)導(dǎo)致海水中鈣離子濃度失衡B.海底多金屬結(jié)核開(kāi)采時(shí)，采用“水力提升法”可能破壞深海沉積物中的化學(xué)循環(huán)C.海水制鹽過(guò)程中，鹽田蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致局部海域鹽度升高，影響浮游生物生存D.從海藻中提取碘單質(zhì)時(shí)，使用乙醇作為萃取劑會(huì)造成海洋有機(jī)物污染為減少海洋塑料污染，化學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新方向不包括：A.研發(fā)可降解聚酯材料，其水解產(chǎn)物可被海洋微生物代謝為CO?和H?OB.設(shè)計(jì)光催化材料，利用太陽(yáng)光將塑料降解為低分子有機(jī)物C.合成超疏水吸附材料，高效分離海水中的微塑料顆粒D.開(kāi)發(fā)塑料替代材料，如基于海藻酸的生物基包裝材料二、多項(xiàng)選擇題化學(xué)技術(shù)在海洋碳匯中的應(yīng)用包括：A.利用海水吸收CO?后，通過(guò)礦物碳化反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀并封存于海底B.研發(fā)人工光合作用系統(tǒng)，將海水中的CO?和H?O轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料C.向深海注入液態(tài)CO?，利用高壓條件使其轉(zhuǎn)化為超臨界流體穩(wěn)定存儲(chǔ)D.通過(guò)電解海水產(chǎn)生的氫氧根離子，與海水中的HCO??反應(yīng)生成CO?2?，促進(jìn)珊瑚礁生長(zhǎng)海水提鈾過(guò)程中涉及的化學(xué)原理及環(huán)保措施有：A.利用偕胺肟基吸附劑選擇性結(jié)合海水中的鈾酰離子（UO?2?）B.通過(guò)離子交換樹(shù)脂富集鈾元素，避免開(kāi)采陸地鈾礦造成的生態(tài)破壞C.提取后的含鈾廢液需經(jīng)過(guò)化學(xué)沉淀處理，防止放射性物質(zhì)泄漏D.采用生物礦化技術(shù)，利用某些細(xì)菌將鈾離子轉(zhuǎn)化為不溶性磷酸鹽沉淀海洋石油泄漏的化學(xué)處理方法中，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)的是：A.使用分散劑（如表面活性劑）將原油分散為微小液滴，加速微生物降解B.燃燒法清除海面浮油，會(huì)釋放SO?和多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)C.投放吸油氈吸附原油，吸附飽和后需進(jìn)行焚燒或填埋處理D.利用微生物制劑（如假單胞菌）將石油烴類分解為CO?和H?O三、簡(jiǎn)答題海水中溶解態(tài)氮、磷元素過(guò)量會(huì)導(dǎo)致赤潮，試從化學(xué)角度分析兩種治理技術(shù)的原理：（1）化學(xué)沉淀法：向海水中投放氯化鐵（FeCl?）或聚合氯化鋁（PAC），通過(guò)水解生成氫氧化鐵膠體，吸附磷酸根離子形成沉淀；同時(shí)，鐵離子與氨氮反應(yīng)生成絡(luò)合物，降低水體中氮、磷濃度。（2）電化學(xué)氧化法：利用惰性電極（如鈦基二氧化釕電極）電解海水，陽(yáng)極產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）可將氨氮氧化為氮?dú)?，同時(shí)磷酸根離子在陰極區(qū)與鈣離子結(jié)合生成磷酸鈣沉淀，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。簡(jiǎn)述海水提鎂工藝中“綠色化學(xué)”改進(jìn)措施：傳統(tǒng)工藝中，從氫氧化鎂到金屬鎂需通過(guò)HCl溶解生成氯化鎂，再電解熔融氯化鎂得到鎂單質(zhì)，過(guò)程中產(chǎn)生大量氯氣。改進(jìn)方案包括：（1）采用碳酸銨替代石灰乳沉淀鎂離子，生成的碳酸鎂可直接熱分解為氧化鎂，減少鹽酸使用量；（2）研發(fā)固態(tài)氧化物電解槽，以氧化鎂-氧化鋯復(fù)合陶瓷為電解質(zhì)，直接電解氧化鎂得到鎂和氧氣，避免氯氣排放；（3）利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)電解過(guò)程，降低化石能源消耗，實(shí)現(xiàn)“零碳提鎂”。分析海洋酸化對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的化學(xué)影響，并提出一種化學(xué)干預(yù)方案：海洋酸化導(dǎo)致海水中碳酸根離子（CO?2?）濃度下降，珊瑚蟲(chóng)分泌的碳酸鈣（CaCO?）骨骼溶解平衡向溶解方向移動(dòng)（CaCO??Ca2?+CO?2?）。干預(yù)方案：向珊瑚礁區(qū)域投放氫氧化鎂微球，其緩慢溶解后釋放OH?，與海水中的H?反應(yīng)（H?+OH?=H?O），同時(shí)提高CO?2?濃度，促進(jìn)CaCO?沉淀，增強(qiáng)珊瑚骨骼穩(wěn)定性。四、計(jì)算題某海水淡化廠采用反滲透技術(shù)，日均處理海水5×10?m3，海水中鹽度（以NaCl計(jì)）為35g/L，反滲透膜對(duì)鹽的截留率為99%，產(chǎn)生的濃鹽水需進(jìn)行處理后排放。若采用電滲析法對(duì)濃鹽水進(jìn)行濃縮回收NaCl，已知濃鹽水體積為處理量的30%，電流效率為80%，計(jì)算每日回收1噸NaCl所需的理論耗電量（法拉第常數(shù)F=96500C/mol，NaCl摩爾質(zhì)量為58.5g/mol）。解答步驟：濃鹽水中NaCl濃度：35g/L×(1-99%)/30%≈1.17g/L每日處理濃鹽水體積：5×10?m3×30%=1.5×10?m3=1.5×10?L濃鹽水中NaCl總量：1.5×10?L×1.17g/L=1.755×10?g=17.55噸回收1噸NaCl需遷移的離子量：n(NaCl)=1×10?g/58.5g/mol≈17094mol理論耗電量：Q=n×F/電流效率=17094mol×96500C/mol/0.8≈2.09×10?C換算為電能（假設(shè)電壓為5V）：W=Q×U=2.09×10?C×5V=1.045×101?J≈2903kWh五、綜合分析題某沿海城市擬開(kāi)發(fā)“海水—太陽(yáng)能—?dú)淠堋毖h(huán)系統(tǒng)，具體流程為：利用太陽(yáng)能光伏板發(fā)電，驅(qū)動(dòng)海水電解制氫；電解產(chǎn)生的氯氣用于海水提溴，生成的溴單質(zhì)作為化工原料；制氫過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度NaOH溶液用于吸收大氣中的CO?，生成碳酸鈉；碳酸鈉與海水中的鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，作為建筑材料。問(wèn)題：（1）寫(xiě)出電解海水制氫的化學(xué)方程式，并計(jì)算生成1kgH?時(shí)，理論上可同步生產(chǎn)多少kgNaOH？（忽略副反應(yīng)，H?摩爾質(zhì)量2g/mol，NaOH摩爾質(zhì)量40g/mol）（2）分析該系統(tǒng)對(duì)海洋資源保護(hù)的積極意義：①能源層面：利用太陽(yáng)能電解海水，避免化石能源消耗，減少溫室氣體排放；②資源循環(huán)：氯氣用于提溴實(shí)現(xiàn)資源高效利用，CO?固定為碳酸鈉減少海洋酸化壓力；③環(huán)境效益：避免傳統(tǒng)氯堿工業(yè)中高鹽廢水排放，NaOH溶液循環(huán)使用降低化學(xué)品消耗。（3）指出該系統(tǒng)可能存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施：風(fēng)險(xiǎn)：電解過(guò)程中若發(fā)生海水泄漏，高濃度Cl?可能導(dǎo)致局部海域鹽度異常；提溴工藝中過(guò)量氯氣可能造成海洋生物中毒。措施：設(shè)置雙重防泄漏隔離帶，采用負(fù)壓吸收裝置回收逸出氯氣；在提溴環(huán)節(jié)添加SO?作為還原劑，將過(guò)量Cl?轉(zhuǎn)化為HCl后中和處理。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題為探究不同pH值下海水對(duì)石油烴的降解速率，某研究小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下：實(shí)驗(yàn)材料：模擬海水（含NaCl35g/L，MgCl?5g/L）、原油（C??H??）、海洋石油降解菌、pH調(diào)節(jié)劑（HCl或NaOH）、搖床、氣相色譜儀。實(shí)驗(yàn)步驟：配制5組不同pH值（6.0、7.0、8.0、9.0、10.0）的模擬海水各1L，每組加入10g原油和等量降解菌；將實(shí)驗(yàn)組置于30℃搖床（轉(zhuǎn)速150rpm）培養(yǎng)，定期取樣（0h、24h、48h、72h）；采用正己烷萃取水樣中的殘留石油烴，通過(guò)氣相色譜儀測(cè)定濃度變化，計(jì)算降解率。問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)中需控制的無(wú)關(guān)變量有哪些？（至少列舉3項(xiàng)）（2）若在pH=10.0組中觀察到降解速率顯著下降，從化學(xué)角度分析可能原因：①高pH值下，原油中的長(zhǎng)鏈烷烴溶解度降低，難以被微生物利用；②OH?可能抑制降解菌體內(nèi)酶的活性，降低代謝速率；③堿性條件下，海水中的Mg2?、Ca2?形成氫氧化物沉淀，吸附原油分子阻礙降解。（3）如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)以提高數(shù)據(jù)可靠性？增加空白對(duì)照組（無(wú)降解菌）和滅菌對(duì)照組（高溫滅活降解菌），排除物理?yè)]發(fā)和化學(xué)氧化對(duì)石油烴減少的干擾；每組設(shè)置3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，取平均值降低誤差。七、開(kāi)放論述題結(jié)合化學(xué)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)原理，論述“深海碳封存”技術(shù)的可行性與挑戰(zhàn)：可行性：深海高壓低溫環(huán)境有利于CO?溶解（亨利定律），形成CO?水合物（CO?·6H?O），穩(wěn)定性高；海底玄武巖可與CO?發(fā)生礦物碳化反應(yīng)（CaSiO?+CO?=CaCO?+SiO?），實(shí)現(xiàn)永久性封存；熱力學(xué)計(jì)算表明，在2000米深海，CO?的密度大于海水，可形成“CO?湖”穩(wěn)定存在。挑戰(zhàn)：動(dòng)力學(xué)障礙：CO?與巖石的反應(yīng)速率慢，需數(shù)百年才能完成固化；泄漏風(fēng)險(xiǎn)：海底地震可能導(dǎo)致封存層破裂，CO?釋放引發(fā)海水酸化和溫室效應(yīng)加??；成本問(wèn)題：將CO?壓縮至超臨界狀態(tài)（31℃，7.38MPa）并運(yùn)輸至深海的能耗極高，經(jīng)濟(jì)可行性低。改進(jìn)方向：研發(fā)催化劑（如金屬有機(jī)框架材料MOFs）加速礦物碳化反應(yīng)；結(jié)合海洋生態(tài)系統(tǒng)，在封存區(qū)種植大型海藻，通過(guò)光合作用增強(qiáng)碳固定效果。八、案例分析題案例：日本福島核廢水處理中，采用“多核素去除設(shè)備（ALPS）”處理含氚廢水，通過(guò)吸附材料去除Cs、Sr等放射性核素后，計(jì)劃將達(dá)標(biāo)水排入海洋。問(wèn)題：（1）ALPS系統(tǒng)中使用的吸附材料為何優(yōu)先選擇普魯士藍(lán)而非活性炭？普魯士藍(lán)（Fe?[Fe(CN)?]?）對(duì)Cs?具有特異性吸附能力，通過(guò)離子交換反應(yīng)（Cs?+KFe[Fe(CN)?]→CsFe[Fe(CN)?]↓+K?）實(shí)現(xiàn)高效去除，而活性炭對(duì)放射性核素的選擇性差，吸附容量低。（2）從化學(xué)角度評(píng)估氚水排放對(duì)海洋生態(tài)的潛在影響：氚（3H）通過(guò)β衰變生成氦-3，半衰期約12.3年，其化學(xué)性質(zhì)與氫相似，可參與生物體內(nèi)的代謝反應(yīng)（如DNA合成）。雖然氚的放射性較弱，但長(zhǎng)期大量排放可能通過(guò)食物鏈富集，對(duì)海洋生物造成遺傳損傷。（3）提出一種替代處理方案：采用“水泥固化法”，將氚水與水泥熟料混合，通過(guò)水合反應(yīng)生成鈣礬石等礦物，氚被固定在晶格中形成穩(wěn)定固體，再進(jìn)行地質(zhì)處置。九、工藝流程圖題下圖為“海水提鋰—碳酸鋰制備”工藝流程圖，回答問(wèn)題：graphLRA[海水]-->|吸附|B{鋰離子吸附劑}B-->|解析|C[LiCl溶液]C-->|蒸發(fā)濃縮|D[濃LiCl溶液]D-->|電解|E[LiOH溶液]E-->|CO?碳化|F[Li?CO?沉淀]F-->|煅燒|G[高純Li?CO?]（1）寫(xiě)出步驟E→F的化學(xué)方程式：2LiOH+CO?=Li?CO?↓+H?O（2）若吸附劑為L(zhǎng)i?.?Mn?.?O?尖晶石材料，其吸附鋰離子的原理是：材料中的Mn3?與Li?發(fā)生離子交換，形成Li?Mn?O?，解析時(shí)用稀鹽酸洗脫Li?，使吸附劑再生。（3）該工藝中可循環(huán)利用的物質(zhì)有：鹽酸（解析工序）、CO?（碳化工序）、電解產(chǎn)生的Cl?（可用于海水提溴）十、判斷題海水中的鈾濃度約為3.3μg/L，通過(guò)吸附法提取鈾時(shí)，吸附劑的選擇性是決定成本的關(guān)鍵因素（√）海洋中的溶解氧主要通過(guò)光合作用產(chǎn)生，與海水溫度