2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在材料結(jié)構(gòu)分析中的實(shí)踐考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)。）1.在材料結(jié)構(gòu)分析中，用于確定物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)和物相組成的主要技術(shù)是（）。A.掃描電子顯微鏡(SEM)B.原子力顯微鏡(AFM)C.X射線衍射(XRD)D.紅外光譜(IR)2.當(dāng)需要觀察材料表面的微觀形貌、成分分布以及進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)，通常優(yōu)先考慮使用（）。A.X射線衍射(XRD)B.透射電子顯微鏡(TEM)C.掃描電子顯微鏡(SEM)D.核磁共振(NMR)3.對(duì)于觀察納米級(jí)材料或薄樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，特別是確定原子柱排列和晶體缺陷時(shí)，最適合的技術(shù)是（）。A.掃描電子顯微鏡(SEM)B.原子力顯微鏡(AFM)C.透射電子顯微鏡(TEM)D.X射線光電子能譜(XPS)4.在分析高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、鑒定官能團(tuán)時(shí)，最常用的光譜技術(shù)是（）。A.X射線衍射(XRD)B.紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)C.紅外光譜(IR)D.拉曼光譜(Raman)5.若要測(cè)量材料的平均晶粒尺寸，X射線衍射技術(shù)中常用的方法是（）。A.拉曼散射光譜分析B.布拉格-本斯廷透射公式計(jì)算C.Scherer公式計(jì)算D.X射線光電子能譜峰形分析6.透射電子顯微鏡（TEM）與掃描電子顯微鏡（SEM）相比，其主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.能提供樣品表面的高分辨率形貌圖B.能穿透更厚的樣品進(jìn)行觀察C.能進(jìn)行微區(qū)的元素成分分析D.操作相對(duì)簡(jiǎn)單快捷7.在使用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行樣品觀察時(shí)，為了獲得清晰的二次電子圖像，通常需要（）。A.加高加速電壓B.使用背散射電子探測(cè)器C.在真空環(huán)境下操作D.樣品表面需要噴金鍍膜8.X射線衍射（XRD）圖譜上出現(xiàn)的衍射峰反映了（）。A.材料的宏觀形貌B.材料的化學(xué)成分C.材料內(nèi)部晶體的周期性排列D.材料的表面粗糙度9.紅外光譜（IR）技術(shù)主要用于分析物質(zhì)中的（）。A.原子核種類B.電子能級(jí)躍遷C.分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷D.原子間成鍵情況10.對(duì)于非晶態(tài)材料（如玻璃、聚合物），X射線衍射（XRD）圖譜通常表現(xiàn)為（）。A.具有尖銳的衍射峰B.呈現(xiàn)出彌散的寬峰或饅頭峰C.完全沒(méi)有衍射信號(hào)D.只在特定角度出現(xiàn)強(qiáng)峰二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.X射線衍射（XRD）技術(shù)是基于晶體對(duì)X射線的______現(xiàn)象來(lái)分析材料的晶體結(jié)構(gòu)。2.掃描電子顯微鏡（SEM）利用聚焦的______束掃描樣品表面，通過(guò)檢測(cè)二次電子或背散射電子來(lái)獲得圖像。3.透射電子顯微鏡（TEM）通常需要將樣品制備成______才能進(jìn)行觀察。4.紅外光譜（IR）中，官能團(tuán)的特征吸收峰通常出現(xiàn)在______波段范圍。5.原子力顯微鏡（AFM）通過(guò)檢測(cè)探針與樣品表面之間______的變化來(lái)獲得高分辨率的表面形貌圖。6.在材料結(jié)構(gòu)分析中，選擇合適的分析技術(shù)需要考慮材料的______、所需的分析信息以及儀器的______。7.X射線光電子能譜（XPS）主要用于分析材料的______和化學(xué)態(tài)。8.拉曼光譜（Raman）技術(shù)與紅外光譜（IR）技術(shù)分析分子振動(dòng)信息的主要區(qū)別在于______。9.衍射峰的強(qiáng)度與晶面族______成正比。10.觀察材料內(nèi)部的細(xì)小顆粒尺寸時(shí)，透射電子顯微鏡（TEM）通常比掃描電子顯微鏡（SEM）具有更高的______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。）1.簡(jiǎn)述X射線衍射（XRD）技術(shù)能夠用于分析材料晶體結(jié)構(gòu)的基本原理。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）在樣品制備方面的主要差異。3.紅外光譜（IR）技術(shù)可以用來(lái)區(qū)分兩種結(jié)構(gòu)相似的高分子，請(qǐng)簡(jiǎn)述其原理。4.在進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)分析時(shí)，為什么常常需要多種分析技術(shù)的聯(lián)合使用？四、論述題（每題10分，共20分。）1.以一種具體的材料為例（如金屬合金、陶瓷、高分子或復(fù)合材料），詳細(xì)說(shuō)明你會(huì)如何運(yùn)用多種結(jié)構(gòu)分析技術(shù)（至少三種）來(lái)全面表征其微觀結(jié)構(gòu)特征。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，論述X射線衍射（XRD）技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的重要性，并舉例說(shuō)明其在至少兩個(gè)不同方面的應(yīng)用。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.B7.D8.C9.C10.B二、填空題1.衍射2.電子3.薄膜4.中紅外5.離子力（或相互作用力）6.物理性質(zhì)；局限性7.化學(xué)元素組成8.散射光的頻率發(fā)生移動(dòng)（或反斯托克斯散射）9.晶面指數(shù)10.分辨率三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：X射線照射到晶體上，會(huì)與晶體點(diǎn)陣中的電子發(fā)生相互作用，導(dǎo)致X射線向各個(gè)方向散射。對(duì)于特定的晶面族，只有滿足布拉格方程的散射波才能相互加強(qiáng)，形成衍射峰。通過(guò)測(cè)量衍射峰的位置（2θ角）和強(qiáng)度，可以確定晶面間距（d值），進(jìn)而推知晶胞參數(shù)、晶系、空間群以及物相組成等晶體結(jié)構(gòu)信息。2.解析思路：SEM觀察樣品表面形貌，需要樣品導(dǎo)電且能耐受高真空，通常制備成較大塊的樣品或?qū)Ψ菍?dǎo)電樣品進(jìn)行噴金等導(dǎo)電處理。TEM則需要觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，樣品必須非常?。{米到微米級(jí)），且透光性好，通常通過(guò)離子減薄、研磨拋光或?qū)ｉT制備超薄切片等方法獲得，對(duì)樣品制備要求苛刻且技術(shù)復(fù)雜。3.解析思路：不同的化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)具有不同的振動(dòng)頻率。紅外光子能量與分子振動(dòng)頻率成正比。當(dāng)紅外光照射到樣品上，若光的頻率與樣品分子中某個(gè)化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率匹配，該化學(xué)鍵就會(huì)吸收紅外光，發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷。因此，通過(guò)紅外光譜可以識(shí)別樣品中存在的特定官能團(tuán)或化學(xué)鍵，根據(jù)吸收峰的位置、強(qiáng)度和形狀等信息，可以推斷分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，區(qū)分結(jié)構(gòu)相似但官能團(tuán)不同的化合物。4.解析思路：?jiǎn)我坏姆治黾夹g(shù)往往只能提供材料結(jié)構(gòu)信息的一個(gè)方面。例如，XRD主要用于揭示晶體結(jié)構(gòu)信息，SEM和TEM可以觀察形貌和微區(qū)成分，IR和UV-Vis可以分析化學(xué)鍵和官能團(tuán)，AFM可以探測(cè)表面形貌和力。材料往往是多種結(jié)構(gòu)特征并存，聯(lián)合使用多種技術(shù)可以相互印證、補(bǔ)充信息，獲得對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)更全面、更深入、更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，從而解決更復(fù)雜的問(wèn)題。四、論述題1.解析思路：以金屬合金為例。首先，利用X射線衍射（XRD）分析其物相組成（確定是哪些純金屬相或化合物相）、晶體結(jié)構(gòu)類型、晶胞參數(shù)，并估算晶粒尺寸。其次，利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察合金的宏觀和微觀形貌，如晶粒的形狀、大小、分布，是否存在第二相粒子，以及斷裂面的特征等。最后，利用透射電子顯微鏡（TEM）觀察更精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，如亞晶界、位錯(cuò)、晶界偏析、納米尺度相的結(jié)構(gòu)和分布等。通過(guò)這三者結(jié)合，可以全面了解該金屬合金的宏觀到微觀、整體到局部的結(jié)構(gòu)特征。2.解析思路：XRD技術(shù)的重要性體現(xiàn)在其能夠提供材料的晶體結(jié)構(gòu)信息，這是理解材料許多宏觀性能（如力學(xué)性能、熱性能、光學(xué)性能等）微觀基礎(chǔ)的關(guān)鍵。應(yīng)用場(chǎng)景舉例：①在材料設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中，通過(guò)XRD可以確定新合成材料的物相和晶體結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證相圖預(yù)測(cè)，指導(dǎo)成分優(yōu)化。例如，通過(guò)XRD確認(rèn)陶瓷燒結(jié)是否完全，晶粒是否長(zhǎng)大。②在材料性能表