2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的意義考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述應(yīng)用化學(xué)在保障飲用水安全方面所起到的關(guān)鍵作用。2.闡述酸堿滴定法和氧化還原滴定法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中分別適用于測(cè)定哪些水質(zhì)參數(shù)，并簡(jiǎn)述其基本原理。3.解釋什么是水質(zhì)參數(shù)的“檢測(cè)限”和“定量限”，并說(shuō)明這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的意義。4.舉例說(shuō)明光譜分析技術(shù)（如吸光光度法、原子吸收光譜法）在監(jiān)測(cè)水中金屬離子污染方面的應(yīng)用原理。5.水體中的COD（化學(xué)需氧量）和BOD（生化需氧量）反映了什么水質(zhì)特征？簡(jiǎn)述測(cè)定COD的化學(xué)原理與測(cè)定BOD的生物原理的主要區(qū)別。6.簡(jiǎn)述電化學(xué)分析方法（如離子選擇性電極法、伏安法）在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的一種具體應(yīng)用場(chǎng)景及其原理。二、論述題（每題10分，共40分）7.論述應(yīng)用化學(xué)的發(fā)展如何推動(dòng)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，并舉例說(shuō)明。8.比較分析光譜分析法和色譜分析法在水質(zhì)有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)方面的主要區(qū)別、適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。9.闡述新型功能材料（如納米材料、導(dǎo)電聚合物）在開發(fā)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器或去除水中有害物質(zhì)方面的應(yīng)用潛力及面臨的挑戰(zhàn)。10.結(jié)合當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題，論述應(yīng)用化學(xué)在水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)與治理方面可以發(fā)揮的作用。三、案例分析題（20分）11.某地區(qū)發(fā)生了一起疑似工業(yè)廢水排放導(dǎo)致下游河水異味并可能含有重金屬的事件。作為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，你被要求參與水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作。請(qǐng)闡述你會(huì)選擇哪些關(guān)鍵化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行初步監(jiān)測(cè)？針對(duì)可能存在的重金屬污染，你會(huì)考慮采用哪些具體的化學(xué)分析技術(shù)進(jìn)行定量檢測(cè)？并簡(jiǎn)述選擇這些方法和指標(biāo)的基本理由。試卷答案一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.應(yīng)用化學(xué)通過(guò)提供精確的分析方法、原理和試劑，能夠測(cè)定飲用水中各種有害物質(zhì)（如重金屬、農(nóng)藥、有機(jī)污染物、微生物指標(biāo)等）的含量，判斷水質(zhì)是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)開發(fā)水處理技術(shù)（如混凝沉淀、過(guò)濾、消毒、高級(jí)氧化等），去除或轉(zhuǎn)化水中的污染物，保障飲用水安全。2.酸堿滴定法主要用于測(cè)定水的pH值、堿度（總堿度、碳酸鹽堿度、重碳酸鹽堿度）和酸度。其原理基于酸堿中和反應(yīng)，通過(guò)滴定劑（如HCl、NaOH）與水中溶解的堿或酸發(fā)生定量反應(yīng)，根據(jù)滴定劑的消耗量計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的濃度。氧化還原滴定法可用于測(cè)定水中的溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮等。其原理基于氧化還原反應(yīng)，通過(guò)滴定劑（如高錳酸鉀、重鉻酸鉀、碘液）與水中還原性或氧化性物質(zhì)發(fā)生定量反應(yīng)，根據(jù)滴定劑的消耗量計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的濃度。3.檢測(cè)限（LOD）是指分析方法能夠檢測(cè)到且區(qū)分于背景噪聲的最低濃度，通常為3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的倒數(shù)。定量限（LOQ）是指分析方法能夠可靠地定量測(cè)定物質(zhì)的最低濃度，通常為10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的倒數(shù)。這兩個(gè)指標(biāo)是評(píng)價(jià)分析方法靈敏度的重要參數(shù)，LOD決定了方法的檢出能力，LOQ決定了方法能夠進(jìn)行可靠測(cè)定的最低濃度范圍，對(duì)于發(fā)現(xiàn)痕量污染物和精確評(píng)價(jià)污染物濃度都具有重要意義。4.例子：利用原子吸收光譜法（AAS）監(jiān)測(cè)水中鉛（Pb）離子。其原理是：將水樣導(dǎo)入原子化器（如火焰或石墨爐），使樣品中的鉛原子化；在特定波長(zhǎng)（如283.3nm）處，測(cè)量基態(tài)鉛原子對(duì)特定頻率光線的吸收強(qiáng)度；根據(jù)測(cè)得的吸光度，依據(jù)校準(zhǔn)曲線計(jì)算水中鉛離子的濃度。光譜分析法基于物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光的選擇性吸收或發(fā)射特性，靈敏度高，選擇性好。5.COD反映了水中所有可被化學(xué)氧化的物質(zhì)（包括有機(jī)物、還原性無(wú)機(jī)物等）所消耗的氧量，是衡量水體受化學(xué)污染程度的一個(gè)綜合指標(biāo)。BOD反映的是水中可被微生物分解的有機(jī)物在微生物作用下所消耗的氧量，是衡量水體受生物污染程度和自凈能力的重要指標(biāo)。測(cè)定COD的化學(xué)原理是強(qiáng)氧化劑（如重鉻酸鉀）在高溫高壓下氧化水樣中的有機(jī)物，通過(guò)測(cè)定反應(yīng)前后氧化劑消耗量的差異計(jì)算COD，屬于化學(xué)氧化過(guò)程。測(cè)定BOD的原理是模擬自然條件下微生物分解有機(jī)物的過(guò)程，通過(guò)測(cè)定培養(yǎng)一定時(shí)間（如5天）前后水樣中溶解氧含量的變化來(lái)計(jì)算BOD，屬于生物氧化過(guò)程。6.例子：利用離子選擇性電極法（ISE）監(jiān)測(cè)水中的氯離子（Cl-）濃度。其原理是：離子選擇性電極的膜對(duì)特定的離子（Cl-）具有選擇性響應(yīng)，其電極電位與水樣中該離子的活度（或濃度）的對(duì)數(shù)成正比。將離子選擇性電極和參比電極同時(shí)浸入水樣中，測(cè)量電池產(chǎn)生的電位差；通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線法或能斯特方程，根據(jù)測(cè)得的電位差計(jì)算水樣中氯離子的濃度。電化學(xué)分析法基于離子在電極界面發(fā)生的電化學(xué)響應(yīng)，具有操作相對(duì)簡(jiǎn)單、快速、選擇性好、可發(fā)展成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。二、論述題（每題10分，共40分）7.應(yīng)用化學(xué)的發(fā)展通過(guò)以下幾個(gè)方面推動(dòng)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步：首先，基礎(chǔ)化學(xué)原理（如反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡、光譜學(xué)、色譜學(xué)等）的深化為開發(fā)更精確、更靈敏的分析方法提供了理論基礎(chǔ)；其次，新型分析儀器（如高效液相色譜儀、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、原子吸收光譜儀、電化學(xué)傳感器等）的創(chuàng)制和改進(jìn)，極大地提高了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的效率、準(zhǔn)確度和自動(dòng)化水平；再次，化學(xué)試劑和材料（如高選擇性和高靈敏度的色譜固定相、新型傳感器材料、高效吸附材料等）的研發(fā)，使得監(jiān)測(cè)方法的選擇范圍更廣，性能更優(yōu)；最后，環(huán)境化學(xué)的發(fā)展使得對(duì)新型污染物（如內(nèi)分泌干擾物、藥物和個(gè)人護(hù)理品）的監(jiān)測(cè)方法得以建立。例如，色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS,LC-MS）的應(yīng)用，使得對(duì)水中復(fù)雜有機(jī)污染物的檢測(cè)和結(jié)構(gòu)鑒定成為可能。8.光譜分析法（如吸光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法）基于物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收或發(fā)射進(jìn)行檢測(cè)，通常檢測(cè)的是單個(gè)或少數(shù)幾種特定物質(zhì)，選擇性好，儀器相對(duì)簡(jiǎn)單，適合常規(guī)、快速的特定污染物監(jiān)測(cè)。色譜分析法（如GC,HPLC）基于不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相間分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離，可以實(shí)現(xiàn)混合物中多種組分的分離和檢測(cè)，通用性強(qiáng)，尤其適用于復(fù)雜水體樣品中多種有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)。但色譜法通常需要較長(zhǎng)的分析時(shí)間，儀器復(fù)雜且成本較高，檢測(cè)前通常需要復(fù)雜的樣品前處理。光譜法靈敏度高（尤其AAS、AFS），而色譜法在分離復(fù)雜混合物方面優(yōu)勢(shì)明顯。9.新型功能材料在水質(zhì)監(jiān)測(cè)與治理中的應(yīng)用潛力巨大。例如，納米材料（如納米二氧化鈦、氧化石墨烯）因其巨大的比表面積、優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和催化性能，可用于開發(fā)高靈敏度、快速響應(yīng)的化學(xué)傳感器；也可作為催化劑用于光催化降解水中有機(jī)污染物，或作為吸附劑用于去除重金屬離子和有機(jī)物。導(dǎo)電聚合物（如聚苯胺、聚吡咯）可制備成電化學(xué)傳感器，用于檢測(cè)水體中的重金屬離子、農(nóng)藥、氨氮等。此外，這些材料還可用于構(gòu)建智能凈水材料或設(shè)備。面臨的挑戰(zhàn)包括材料的穩(wěn)定性、生物安全性、大規(guī)模制備成本、以及如何將材料性能有效轉(zhuǎn)化為實(shí)用的監(jiān)測(cè)或治理器件等。10.應(yīng)用化學(xué)在水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)與治理方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在監(jiān)測(cè)方面，應(yīng)用化學(xué)提供了多種測(cè)定水體中氮（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮）、磷（正磷酸鹽、總磷）等營(yíng)養(yǎng)鹽關(guān)鍵指標(biāo)的方法（如分光光度法、離子色譜法、酶聯(lián)免疫吸附法等），以及測(cè)定葉綠素a（藻類生物量指標(biāo)）、藍(lán)綠藻（特定藻類指標(biāo)）等生物指標(biāo)的方法，為評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度提供數(shù)據(jù)支持。應(yīng)用化學(xué)還發(fā)展了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽和藻類濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在治理方面，應(yīng)用化學(xué)研究開發(fā)了多種去除水中營(yíng)養(yǎng)鹽的技術(shù)，如化學(xué)沉淀法（投加鐵鹽、鋁鹽使磷酸鹽沉淀）、生物法（利用特定微生物脫氮除磷）、吸附法（使用活性炭、生物炭等吸附氮磷）等。此外，高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）如芬頓法、臭氧氧化等也可用于降解富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程中產(chǎn)生的有害藻毒素。三、案例分析題（20分）11.面對(duì)疑似工業(yè)廢水排放導(dǎo)致河水異味并可能含重金屬的情況，我會(huì)選擇以下關(guān)鍵化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行初步監(jiān)測(cè)：水的感官指標(biāo)（如色度、濁度、異味），pH值，化學(xué)需氧量（COD），氨氮（NH3-N），總磷（TP），以及可能的指示礦物鹽（如總硬度、氯離子Cl-）。這些指標(biāo)可以初步判斷水體的污染程度和類型。針對(duì)可能存在的重金屬污染，我會(huì)考慮采用以下具體的化學(xué)分析技術(shù)進(jìn)行定量檢測(cè)：1.原子吸收光譜法（AAS）：適用于測(cè)定水中常見的重金屬如鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）等。選擇原因：AAS技術(shù)成熟、靈敏度高、成本相對(duì)可控，是常規(guī)監(jiān)測(cè)重金屬的常用方法。2.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）：適用于同時(shí)測(cè)定水中多種金屬元素，包括上述AAS可測(cè)元素以及鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）等更多種類的金屬。選擇原因：ICP-OES具有多元素同時(shí)檢測(cè)、線性范圍寬、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于需要對(duì)多種重金屬進(jìn)行篩查或全面分析的情況。3.電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）：特別適用于痕量甚至超痕量重金屬的測(cè)定，檢測(cè)限低，靈敏度極高。選擇原因：對(duì)于需要檢測(cè)水體中痕量重金屬（如鉛、鎘、汞等）是否符合