2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在金屬材料制備中的新方法考試時(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)的字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.在微納米金屬材料的水熱合成中，升高反應(yīng)溫度的主要目的不包括：A.增加反應(yīng)物溶解度B.加快反應(yīng)速率C.促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大D.改變產(chǎn)物的晶相結(jié)構(gòu)2.下列哪種化學(xué)沉積方法通常不依賴于外加電流，而是利用溶液中金屬離子的還原反應(yīng)？A.氣相沉積B.電化學(xué)沉積C.化學(xué)還原沉積D.等離子體化學(xué)沉積3.溶膠-凝膠法常用于制備玻璃態(tài)或非晶態(tài)金屬氧化物涂層，其核心步驟通常不包括：A.原料溶液制備B.晶體生長(zhǎng)與收縮C.溶膠形成D.凝膠化與干燥4.在利用化學(xué)氣相沉積（CVD）制備金屬薄膜時(shí)，為了提高沉積速率并減少前驅(qū)體分解，常采用的方法是：A.降低反應(yīng)溫度B.增大系統(tǒng)總壓C.使用等離子體增強(qiáng)（PECVD）D.減少前驅(qū)體流量5.X射線光電子能譜（XPS）在金屬材料表面化學(xué)分析中主要應(yīng)用的是：A.測(cè)定材料密度B.分析材料的晶體結(jié)構(gòu)C.確定表面元素組成及化學(xué)態(tài)D.測(cè)量材料的導(dǎo)電率6.某金屬催化其在溶液中的均勻沉積，通常需要加入絡(luò)合劑，其主要作用是：A.增加溶液導(dǎo)電性B.抑制晶粒過(guò)度生長(zhǎng)C.活化金屬離子，降低過(guò)電位D.改善沉積層的結(jié)合力7.水熱合成法相比常規(guī)的室溫或加熱液相合成，其主要優(yōu)勢(shì)之一是：A.能源效率更高B.更容易獲得塊狀大晶體C.可在高壓下合成特定相D.操作設(shè)備更簡(jiǎn)單8.對(duì)于制備具有特定表面光學(xué)性質(zhì)的金屬材料（如高反射或選擇性吸收），化學(xué)表面處理方法中，改變的是：A.材料的晶粒尺寸B.材料的體相成分C.材料表面的微觀形貌或化學(xué)狀態(tài)D.材料的宏觀應(yīng)力狀態(tài)9.利用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法可在金屬表面形成致密氧化物膜，以增強(qiáng)其耐腐蝕性。該過(guò)程本質(zhì)上是：A.還原反應(yīng)B.氧化反應(yīng)C.中和反應(yīng)D.復(fù)分解反應(yīng)10.在設(shè)計(jì)和優(yōu)化新型化學(xué)合成方法制備金屬材料時(shí)，以下哪項(xiàng)不是需要重點(diǎn)考慮的因素？A.成本效益B.綠色環(huán)保性（原子經(jīng)濟(jì)性、副產(chǎn)物）C.制備產(chǎn)物的純度和均勻性D.獲得Nobel獎(jiǎng)的可能性二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中橫線上）1.化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）相比，通常具有更高的__________和更低的__________，但設(shè)備投資可能更高。2.溶膠-凝膠法中，由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的關(guān)鍵過(guò)程稱為_(kāi)_________，常伴隨溶劑的__________而發(fā)生。3.催化化學(xué)在金屬材料制備中扮演重要角色，例如，可通過(guò)設(shè)計(jì)__________催化劑來(lái)選擇性合成特定金屬或合金。4.X射線衍射（XRD）主要用于分析材料的__________和__________。5.電化學(xué)沉積過(guò)程中，通過(guò)__________控制可以精確調(diào)節(jié)沉積層的__________和__________。6.水熱合成中，“水熱”的含義是指在一定溫度和壓力下，在__________環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。7.為了防止化學(xué)沉積過(guò)程中金屬離子過(guò)度水解，常加入__________作為沉淀劑或穩(wěn)定劑。8.表面改性是一種重要的化學(xué)方法，可以通過(guò)__________或__________等手段改變金屬表面的化學(xué)組成或物理性質(zhì)。9.原位表征技術(shù)能夠__________地監(jiān)測(cè)材料在制備或服役過(guò)程中的結(jié)構(gòu)、成分或性能變化。10.微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、形貌）和表面化學(xué)狀態(tài)是決定金屬材料__________的關(guān)鍵因素。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述化學(xué)鍍與電鍍?cè)谠怼⒃O(shè)備要求和沉積層特性方面的主要區(qū)別。2.解釋水熱合成法中“自催化生長(zhǎng)”現(xiàn)象的機(jī)制及其對(duì)獲得納米結(jié)構(gòu)材料的意義。3.簡(jiǎn)述化學(xué)氣相沉積（CVD）過(guò)程中，前驅(qū)體濃度、溫度和壓力這三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)沉積速率和薄膜性質(zhì)的影響。4.為何說(shuō)表面處理是應(yīng)用化學(xué)在金屬材料領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支？請(qǐng)列舉至少三種不同的化學(xué)表面處理方法及其目的。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述化學(xué)合成方法（如溶膠-凝膠法、水熱法）在制備多孔金屬材料或金屬基復(fù)合材料方面所具有的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)。2.以一種具體的金屬材料（如鐵基納米合金、鈦合金表面涂層）為例，結(jié)合其應(yīng)用需求，論述如何利用化學(xué)方法（包括催化、表面改性等）來(lái)調(diào)控其性能，并簡(jiǎn)述可能涉及的關(guān)鍵化學(xué)原理和步驟。3.分析當(dāng)前應(yīng)用化學(xué)在推動(dòng)金屬材料制備領(lǐng)域面臨的主要科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)瓶頸，并就如何利用化學(xué)知識(shí)解決這些問(wèn)題提出你的見(jiàn)解。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.C7.C8.C9.B10.D二、填空題1.沉積速率；設(shè)備要求2.凝膠化；揮發(fā)（或脫離）3.多相催化劑4.晶體結(jié)構(gòu)；物相組成5.電流密度；厚度；成分6.高溫高壓；密閉容器（或反應(yīng)釜）7.氫氧化物（或堿）8.化學(xué)蝕刻；離子注入9.實(shí)時(shí)（或原位）10.性能三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比化學(xué)鍍和電鍍的基本原理?；瘜W(xué)鍍無(wú)需外加電流，依靠溶液中金屬離子的自發(fā)還原沉積，對(duì)設(shè)備要求較低，沉積層通常更均勻致密但結(jié)合力可能稍弱。電鍍需要直流電源驅(qū)動(dòng)，速度快，效率高，設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，沉積層結(jié)合力強(qiáng)，但均勻性受電流分布影響。2.解析思路：解釋自催化生長(zhǎng)現(xiàn)象。在特定條件下，已沉積的晶體表面本身可以成為后續(xù)反應(yīng)物吸附和生長(zhǎng)的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致生長(zhǎng)速率隨晶體尺寸增大而加快。這有利于形成尺寸分布均勻的納米顆?；蛱囟ㄐ蚊驳木w。3.解析思路：分析CVD三要素的影響。濃度：濃度越高，反應(yīng)物碰撞頻率增加，速率越快。溫度：溫度升高，活化能克服更容易，反應(yīng)速率加快，同時(shí)高溫可能導(dǎo)致薄膜晶粒粗大。壓力：壓力影響氣體分壓和反應(yīng)物擴(kuò)散，通常壓力升高有利于提高沉積速率，但也可能影響薄膜的臺(tái)階流行為和擇優(yōu)取向。4.解析思路：闡述表面處理的重要性。表面處理直接改變材料與外界接觸的界面層，從而顯著改善或賦予材料特定的表面性能（如耐磨、耐腐蝕、潤(rùn)滑、生物相容、光學(xué)特性等）。列舉方法：化學(xué)蝕刻（改變形貌、圖案）、化學(xué)鍍（增強(qiáng)結(jié)合力、附加功能）、陽(yáng)極氧化（形成保護(hù)膜、增加表面積）、表面涂層（如PVD/CVD）等，并說(shuō)明其具體目的。四、論述題1.解析思路：結(jié)合優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)進(jìn)行論述。優(yōu)勢(shì)：溶膠-凝膠法可在較低溫度下合成，易于控制組成和摻雜，可制備玻璃態(tài)、非晶態(tài)及精細(xì)結(jié)構(gòu)；水熱法可在高壓高溫下合成，有利于生成特殊相、控制晶粒尺寸和形貌，促進(jìn)溶解-沉淀重結(jié)晶過(guò)程。挑戰(zhàn)：溶膠-凝膠法可能存在揮發(fā)物損失、燒結(jié)收縮等問(wèn)題；水熱法設(shè)備投資大，安全性要求高，且長(zhǎng)時(shí)間高溫可能引入缺陷。制備多孔材料時(shí)，需結(jié)合模板法或利用前驅(qū)體多孔特性，化學(xué)方法主要控制孔結(jié)構(gòu)、尺寸和分布。2.解析思路：選取實(shí)例并系統(tǒng)論述。選擇實(shí)例（如鐵基納米合金用于催化，或鈦合金表面制備氧化鈦生物涂層）。結(jié)合應(yīng)用需求（如高活性催化位點(diǎn)、耐腐蝕、生物相容性），闡述化學(xué)方法的作用。例如，鐵基納米合金可通過(guò)水熱法或化學(xué)還原法合成，利用化學(xué)方法精確控制納米尺寸、合金化組分和表面狀態(tài)以獲得特定催化活性；鈦合金表面可通過(guò)陽(yáng)極氧化或化學(xué)鍍制備厚而致密的TiO2涂層，通過(guò)控制反應(yīng)條件（如電解液成分、溫度、電壓）調(diào)節(jié)涂層晶相（銳鈦礦/金紅石）、厚度和孔結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)耐腐蝕性和生物相容性。論述需涉及關(guān)鍵化學(xué)原理（如還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、氧化反應(yīng)機(jī)理、表面成核與生長(zhǎng)）和步驟（如前驅(qū)體選擇、反應(yīng)條件控制、后處理）。3.解析思路：分析科學(xué)問(wèn)題與技術(shù)瓶頸并提出見(jiàn)解?？茖W(xué)問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)原子/分子級(jí)精確控制材料的組成、結(jié)構(gòu)、界面；如何深入理解復(fù)雜化學(xué)過(guò)程（如多尺度耦合、非平衡態(tài)過(guò)程）與性能的關(guān)系；如何發(fā)展高效、綠色、可持續(xù)的合成方法。技術(shù)瓶頸：現(xiàn)有合成方法往往難以同