2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——無機合成中的新材料設(shè)計原則考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪項不屬于無機合成領(lǐng)域中新材料設(shè)計的基本原則？A.結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系指導B.綠色化學原則遵循C.實用性與成本優(yōu)先D.新穎性與知識產(chǎn)權(quán)保護2.在新材料設(shè)計中，通過精確控制反應(yīng)條件，使目標產(chǎn)物具有特定晶面或特定維度的結(jié)構(gòu)，這主要體現(xiàn)了哪個原則的應(yīng)用？A.組成設(shè)計B.形貌控制C.缺陷工程D.結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系指導3.非化學計量比是某些特殊無機材料（如氧化物、硫化物）的重要特征，對其物理化學性質(zhì)（如磁性、催化活性）產(chǎn)生顯著影響。這主要通過哪種方式實現(xiàn)？A.外加電場調(diào)控B.材料表面處理C.控制合成過程中的化學計量或引入特定元素D.改變材料的宏觀尺寸4.水熱合成和溶劑熱合成技術(shù)是現(xiàn)代無機合成的重要手段，其主要優(yōu)勢之一在于能夠合成具有特定相結(jié)構(gòu)或晶型的材料，這得益于：A.高溫高壓環(huán)境對反應(yīng)平衡和動力學的影響B(tài).容易獲得高純度的起始原料C.可以使用更廣泛的溶劑種類D.設(shè)備操作簡單，成本低廉5.“自下而上”的合成策略通常指從原子、分子或納米團簇等小單元出發(fā)，通過自組裝或?qū)訉盈B加等方式構(gòu)建塊體材料。這種方法相對于“自上而下”的方法，在哪方面可能更具優(yōu)勢？A.易于獲得均勻的宏觀尺寸B.更高的原子經(jīng)濟性C.更容易精確控制材料的微觀結(jié)構(gòu)（如納米尺度）D.合成步驟通常更簡單6.在新材料設(shè)計原則中，原子經(jīng)濟性（AtomEconomy）主要強調(diào)的是：A.合成過程應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生副產(chǎn)物B.材料應(yīng)具有盡可能高的機械強度C.合成應(yīng)在低溫低壓條件下進行D.材料應(yīng)具有優(yōu)異的光學穩(wěn)定性7.對于資源化學專業(yè)而言，在進行新材料設(shè)計時，特別關(guān)注利用地球豐產(chǎn)、廉價或低毒的元素替代稀有或貴重的元素，這體現(xiàn)了對哪個原則的側(cè)重？A.可持續(xù)性原則B.綠色化學原則C.結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系優(yōu)化D.成本效益最大化8.納米材料因其獨特的尺寸效應(yīng)而表現(xiàn)出與塊體材料不同的性能。例如，某些金屬納米顆粒具有更強的催化活性。這主要歸因于：A.表面原子所占比例增大B.材料的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生改變C.納米尺度下量子力學效應(yīng)顯現(xiàn)D.納米材料通常具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)9.模板法在無機合成中是一種重要的設(shè)計策略，其作用主要是：A.提高反應(yīng)物的溶解度B.為目標產(chǎn)物的形成提供特定的空間構(gòu)架或限域環(huán)境C.降低合成所需的反應(yīng)溫度D.增強產(chǎn)物的機械強度10.下列哪種情況最能體現(xiàn)“缺陷工程”在新材料設(shè)計中的應(yīng)用？A.合成純度極高的單晶硅用于半導體B.通過摻雜少量過渡金屬離子改變氧化鐵的顏色C.制備密度盡可能低的泡沫金屬D.獲得尺寸均勻的球形納米顆粒二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.新材料設(shè)計通常需要遵循__________和__________兩大基本指導思想。2.通過調(diào)控材料的__________或__________，可以實現(xiàn)對材料宏觀性能的精細調(diào)控。3.“自上而下”的合成策略主要包括機械研磨、__________和激光消融等方法。4.缺陷（包括拓撲缺陷和化學缺陷）的存在往往會影響材料的__________、__________等性質(zhì)。5.綠色化學原則要求合成過程應(yīng)最大限度地減少對環(huán)境的負面影響，例如使用__________、消除__________等。6.對于資源化學領(lǐng)域，新材料設(shè)計應(yīng)特別考慮資源的__________、__________和__________。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述“結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系”在新材料設(shè)計中的指導意義。2.簡要比較“水熱合成”和“溶劑熱合成”方法的主要異同點。3.簡述無機合成中“形貌控制”的常用策略及其目的。四、論述題（10分）結(jié)合資源化學的專業(yè)背景，論述在無機合成新材料時，應(yīng)如何綜合運用多種設(shè)計原則，并考慮綠色化學理念，以實現(xiàn)資源的高效利用和環(huán)境友好。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.C6.A7.A8.A9.B10.B二、填空題1.結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，資源可持續(xù)性2.組成，結(jié)構(gòu)3.膜分離技術(shù)4.物理性質(zhì)，化學性質(zhì)5.原料，廢物6.開采，利用，保護三、簡答題1.答：結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系揭示了材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)（如原子排列、化學組成、缺陷類型等）與其宏觀或微觀性能（如力學、熱學、光學、電學、磁學、催化活性等）之間的內(nèi)在聯(lián)系。新材料設(shè)計正是基于對這些關(guān)系的深刻理解，通過構(gòu)建或調(diào)控材料的特定結(jié)構(gòu)，來獲得期望的性能。例如，設(shè)計特定的孔道結(jié)構(gòu)以提高材料的吸附性能，或通過摻雜改變材料的能帶結(jié)構(gòu)以調(diào)控其導電性。2.答：相同點：兩者均在高溫高壓（或溶劑）環(huán)境中進行反應(yīng)，有助于提高反應(yīng)物溶解度、降低反應(yīng)能壘、抑制副反應(yīng)，從而獲得純度較高、晶型良好的產(chǎn)物。不同點：水熱合成通常在密閉的反應(yīng)釜中進行，以水作為溶劑（或介質(zhì)），適用于合成多種無機物、鹽類、金屬氧化物、氫氧化物、硅酸鹽等；溶劑熱合成則是在水熱合成的基礎(chǔ)上，將水替換為有機溶劑或其他介質(zhì)（如醇類、氨類、離子液體等），特別適用于對水敏感或需要在非水環(huán)境中合成的材料，如某些有機-無機雜化材料、碳化物、氮化物等。3.答：常用策略包括：①模板法（使用生物分子、無機模板等）；②表面活性劑或surfactant指導；③聲波或超聲波處理；④控制反應(yīng)物濃度、pH值、溫度、攪拌方式等反應(yīng)條件。目的在于獲得具有特定幾何形狀（如立方體、八面體、球體、納米線、納米棒、納米片等）和尺寸的納米材料，因為材料的形貌對其表面性質(zhì)、光學、電學、催化活性等性能有顯著影響。四、論述題答：在資源化學背景下進行無機合成新材料設(shè)計時，需綜合運用多種設(shè)計原則，并貫穿綠色化學理念。首先，應(yīng)以“結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系”為指導，根據(jù)目標應(yīng)用場景（如資源提取、轉(zhuǎn)化、利用等）所需的特定性能，反向設(shè)計材料的理想組成和微觀結(jié)構(gòu)。例如，設(shè)計高效催化劑時，需考慮活性位點、電子結(jié)構(gòu)、孔道結(jié)構(gòu)等。其次，應(yīng)注重“組成設(shè)計”，優(yōu)先選擇地球豐產(chǎn)、廉價、低毒的元素，替代稀缺、昂貴或有毒元素，以提高材料的可持續(xù)性和經(jīng)濟性，符合資源化學對資源高效利用的要求。同時，通過摻雜、缺陷工程等手段，可優(yōu)化材料的組成，提升性能或降低成本。再次，應(yīng)考慮“形貌與尺寸效應(yīng)”，通過形貌控制策略（如模板法、表面活性劑法），獲得具有特定表面特征的材料，以增強其吸附、催化或光電轉(zhuǎn)換等性能?！白陨隙隆迸c“自下而上”的合成策略應(yīng)根據(jù)需要靈活選用，以實現(xiàn)精準控制。最后，必須嚴格