2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——化學(xué)傳感器在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于化學(xué)傳感器的基本組成部分？(A)敏感膜(B)換能器(C)信號(hào)放大電路(D)待測(cè)物質(zhì)2.能夠根據(jù)膜電位的變化來(lái)測(cè)量特定離子活（濃）度的化學(xué)傳感器是？(A)氧化還原酶?jìng)鞲衅?B)光纖傳感器(C)離子選擇性電極(D)壓電傳感器3.在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，用于測(cè)量水體酸堿度的主要傳感器是？(A)溶解氧傳感器(B)電導(dǎo)率傳感器(C)pH傳感器(D)總有機(jī)碳傳感器4.提高化學(xué)傳感器選擇性的常用方法之一是？(A)增大傳感器的響應(yīng)時(shí)間(B)使用具有特殊識(shí)別位點(diǎn)或功能的敏感材料(C)降低傳感器的測(cè)量范圍(D)提高傳感器的制作成本5.下列哪種材料不屬于近年來(lái)用于制備高性能化學(xué)傳感器的新型功能材料？(A)石墨烯(B)金屬氧化物納米顆粒(C)傳統(tǒng)金屬電極(D)導(dǎo)電聚合物6.能斯特方程主要描述了離子選擇性電極的哪一項(xiàng)特性？(A)穩(wěn)定性(B)靈敏度(C)電極電位與離子活度之間的關(guān)系(D)響應(yīng)時(shí)間7.在水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，為了確保離子選擇性電極測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，通常需要進(jìn)行？(A)微波消解處理(B)標(biāo)準(zhǔn)加入法校正(C)高溫高壓滅菌(D)紫外線照射8.下列哪項(xiàng)指標(biāo)不適用于評(píng)價(jià)水質(zhì)化學(xué)傳感器的性能？(A)精度(B)校準(zhǔn)曲線的線性范圍(C)傳感器的大小和重量(D)信號(hào)處理速度9.利用酶催化反應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)變化來(lái)檢測(cè)特定分析物的傳感器稱為？(A)微生物傳感器(B)酶?jìng)鞲衅?C)表面等離子體共振傳感器(D)電化學(xué)阻抗傳感器10.隨著科技發(fā)展，現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)用化學(xué)傳感器呈現(xiàn)出哪些趨勢(shì)？（多選，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在括號(hào)內(nèi)）(A)便攜化和現(xiàn)場(chǎng)化(B)智能化和網(wǎng)絡(luò)化(C)單一功能化(D)微型化和集成化二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.化學(xué)傳感器通常由________、________和信號(hào)處理系統(tǒng)三部分組成。2.對(duì)于能斯特響應(yīng)的離子選擇性電極，當(dāng)待測(cè)離子活度增加一倍時(shí)，理想情況下電極電位將________（填“升高”或“降低”）0.059V（25℃）。3.檢測(cè)水體中溶解氧的化學(xué)傳感器通?；谘鯕獾腳_______或________氧化還原反應(yīng)原理。4.評(píng)價(jià)化學(xué)傳感器性能的常用指標(biāo)除靈敏度、選擇性外，還包括響應(yīng)時(shí)間、________、穩(wěn)定性等。5.基于________技術(shù)（如比色法、熒光法）的光學(xué)化學(xué)傳感器在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛。6.在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高離子選擇性電極測(cè)量的準(zhǔn)確性，常采用________法或________法進(jìn)行校準(zhǔn)。7.利用固定在固體載體上的抗體識(shí)別和結(jié)合水中特定污染物（如農(nóng)藥）的傳感器屬于________傳感器。8.傳感器將感受到的________信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量信號(hào)（如電信號(hào)、光信號(hào)）的過(guò)程是化學(xué)傳感器工作的核心。9.由于環(huán)境因素（如溫度、pH）的影響，化學(xué)傳感器的測(cè)量結(jié)果可能需要通過(guò)________進(jìn)行修正。10.“化學(xué)傳感器+微處理器+無(wú)線通信”是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)________監(jiān)測(cè)的重要途徑。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述離子選擇性電極（ISE）的基本工作原理。2.與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)檢測(cè)方法相比，化學(xué)傳感器在水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)方面有哪些主要優(yōu)勢(shì)？3.簡(jiǎn)述影響化學(xué)傳感器選擇性的主要因素。4.解釋什么是化學(xué)傳感器的響應(yīng)時(shí)間，并簡(jiǎn)述影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素。四、計(jì)算題（共10分）某工廠排放的廢水中含有待測(cè)離子X(jué)?。使用一種對(duì)X?的離子選擇性電極進(jìn)行測(cè)量，在25℃下，將電極與一系列已知濃度的X?標(biāo)準(zhǔn)溶液接觸，測(cè)得電位E（V）如下：|X?濃度(mol/L)|電位E(V)||-----------------|---------------||1.0×10??|0.120||1.0×10?3|0.059||1.0×10?2|-0.002|假設(shè)該電極符合能斯特響應(yīng)，且在測(cè)量范圍內(nèi)未超過(guò)線性范圍。請(qǐng)計(jì)算該電極對(duì)X?的斜率（S），并據(jù)此判斷電極是否滿足能斯特響應(yīng)條件（25℃下理論斜率為0.059V/n，n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，此處假設(shè)n=1）。若測(cè)得某未知廢水電位為0.085V，請(qǐng)估算該廢水中X?的濃度。五、論述題（10分）論述將化學(xué)傳感器技術(shù)應(yīng)用于飲用水安全監(jiān)測(cè)的重要意義，并分析當(dāng)前在飲用水監(jiān)測(cè)中應(yīng)用化學(xué)傳感器所面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(C)3.(C)4.(B)5.(C)6.(C)7.(B)8.(C)9.(B)10.(A)(B)(D)二、填空題1.敏感膜，換能器2.降低3.氧化，還原4.穩(wěn)定性5.光學(xué)6.標(biāo)準(zhǔn)加入，活度系數(shù)7.抗體8.待測(cè)物質(zhì)9.校準(zhǔn)曲線10.實(shí)時(shí)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：離子選擇性電極由對(duì)特定離子具有選擇性響應(yīng)的敏感膜、內(nèi)參比電極和電解質(zhì)溶液組成。當(dāng)將電極浸入含有待測(cè)離子的溶液中時(shí)，若待測(cè)離子活度發(fā)生變化，會(huì)在敏感膜內(nèi)外兩側(cè)形成一個(gè)電位差（膜電位）。根據(jù)能斯特方程，此電位差與待測(cè)離子的活度對(duì)數(shù)成線性關(guān)系。內(nèi)參比電極提供一個(gè)恒定的參考電位，最終測(cè)量得到的電位差是膜電位與內(nèi)參比電極電位之和，該電位差隨待測(cè)離子活度變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。2.解析思路：化學(xué)傳感器相比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法，優(yōu)勢(shì)在于速度快、操作簡(jiǎn)便、可直接在現(xiàn)場(chǎng)或接近現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量、無(wú)需復(fù)雜樣品前處理、可實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)、便攜性好、有助于快速應(yīng)急響應(yīng)和預(yù)警。3.解析思路：影響選擇性的因素主要有：敏感膜材料的化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)（如膜厚度、膜內(nèi)固定基團(tuán)種類和位置）；溶液中的干擾離子與待測(cè)離子在膜內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合能力；溶液的pH值及其他離子強(qiáng)度的影響（離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液ISAB的應(yīng)用就是為了克服此影響）；溫度等環(huán)境因素。4.解析思路：響應(yīng)時(shí)間是指?jìng)鞲衅鲝慕佑|到待測(cè)物質(zhì)開(kāi)始，到輸出信號(hào)穩(wěn)定達(dá)到目標(biāo)值（通常是最終穩(wěn)定值的95%）所需的時(shí)間。影響響應(yīng)時(shí)間的因素包括：敏感膜對(duì)外界變化的傳導(dǎo)速度、傳質(zhì)過(guò)程（待測(cè)物擴(kuò)散到膜表面的速度、產(chǎn)物從膜表面擴(kuò)散出去的速度）、信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大系統(tǒng)的速度、以及傳感器本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料特性等。四、計(jì)算題解析思路：首先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液數(shù)據(jù)計(jì)算斜率S。選擇其中兩個(gè)點(diǎn)（如c1=1.0×10??,E1=0.120;c2=1.0×10?3,E2=0.059），根據(jù)能斯特方程線性部分公式E=E?-Slog(c)或E=E?+Slog(c)，其中E?為截距，S為斜率（n=1時(shí)，S=0.059V/pH），計(jì)算斜率S。將計(jì)算得到的斜率與理論值0.059V比較，判斷是否符合能斯特響應(yīng)（通常要求斜率在0.059V±1%到0.059V±5%之間視為符合）。然后利用測(cè)得的未知樣品電位（0.085V），在之前得到的關(guān)系式中（或繪制校準(zhǔn)曲線后），反推計(jì)算未知樣品的濃度。計(jì)算過(guò)程如下：選擇點(diǎn)(1.0E-4,0.120)和(1.0E-3,0.059)：S=(E2-E1)/(log(c2)-log(c1))S=(0.059-0.120)/(log(1.0E-3)-log(1.0E-4))S=-0.061/(log(103)-log(10??))S=-0.061/(3-(-4))S=-0.061/7S≈-0.00871V理論斜率S_theory=0.059V(n=1)計(jì)算相對(duì)誤差：|(S-S_theory)/S_theory|*100%=|(-0.00871-0.059)/0.059|*100%≈148.47%由于計(jì)算斜率絕對(duì)值遠(yuǎn)大于理論值（大于5%），表明該電極在所選濃度范圍內(nèi)不符合理想的能斯特響應(yīng)。計(jì)算未知濃度：設(shè)未知濃度為c_x，根據(jù)E=E?+Slog(c)0.085=E?+(-0.00871)log(c_x)需要E?，可使用其中一個(gè)已知點(diǎn)代入S的計(jì)算公式求E?：0.120=E?+(-0.00871)log(1.0E-4)E?=0.120+0.00871*log(1.0E-4)E?=0.120+0.00871*(-4)E?=0.120-0.03484E?≈0.08516V將E?代入未知濃度計(jì)算：0.085=0.08516+(-0.00871)log(c_x)-0.00016=-0.00871log(c_x)log(c_x)=-0.00016/-0.00871log(c_x)≈0.0183c_x=10^0.0183c_x≈1.04×10?1mol/L即未知廢水中X?的濃度約為0.104mol/L。五、論述題解析思路：論述意義應(yīng)從保障公眾健康、提供水質(zhì)動(dòng)態(tài)信息、支持水污染防治與應(yīng)急管理、提高監(jiān)測(cè)效率與成本效益等方面展開(kāi)。例如，實(shí)時(shí)快速監(jiān)測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染