2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)與材料科學(xué)的交叉研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______注意事項：本試卷共分為五個部分，分別為選擇題、填空題、簡答題、論述題和計算題。請將答案寫在答題紙上，寫在試卷上無效。一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確選項的字母填在答題紙上。）1.下列哪種材料的性能主要受其分子鏈構(gòu)象和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響？A.金屬B.陶瓷C.高分子聚合物D.半導(dǎo)體2.在制備納米二氧化鈦（TiO2）薄膜時，采用溶膠-凝膠法，其主要化學(xué)原理涉及：A.物理氣相沉積B.化學(xué)氣相沉積C.酸堿催化水解反應(yīng)D.固相高溫合成3.根據(jù)能帶理論，導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體在外加電場作用下導(dǎo)電性的主要區(qū)別在于：A.導(dǎo)體價帶和導(dǎo)帶重疊或很接近，半導(dǎo)體有較寬的禁帶，絕緣體禁帶寬度很大B.導(dǎo)體禁帶寬度小，半導(dǎo)體禁帶寬度適中，絕緣體禁帶寬度很大C.導(dǎo)體具有滿的價帶和空的導(dǎo)帶，半導(dǎo)體價帶不滿且與導(dǎo)帶有一定距離，絕緣體價帶滿且與導(dǎo)帶距離很遠D.導(dǎo)體和半導(dǎo)體都有滿的價帶，只有絕緣體價帶不滿4.在設(shè)計鋰離子電池正極材料時，通常希望材料具有：A.高的電導(dǎo)率、高的離子電導(dǎo)率、穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)B.低的電導(dǎo)率、低的離子電導(dǎo)率、不穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)C.高的電導(dǎo)率、低的離子電導(dǎo)率、穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)D.低的電導(dǎo)率、高的離子電導(dǎo)率、不穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)5.某金屬氧化物材料在高溫下表現(xiàn)出良好的催化活性，其主要原因是：A.材料具有較高的熔點B.材料具有較大的比表面積和豐富的表面活性位點C.材料具有良好的導(dǎo)電性D.材料具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性6.X射線衍射（XRD）技術(shù)主要用于分析材料的：A.化學(xué)組成B.宏觀形貌C.微觀結(jié)構(gòu)（晶體結(jié)構(gòu)）D.元素價態(tài)7.在有機半導(dǎo)體材料中，下列哪種結(jié)構(gòu)類型的材料通常具有較好的光電轉(zhuǎn)換效率？A.線性烷烴類聚合物B.芳香族聚噻吩類C.硅烷類小分子D.脂環(huán)族聚合物8.下列哪種制備方法不屬于自組裝技術(shù)？A.層層自組裝B.微乳液法C.原位聚合法D.模板法9.金屬離子摻雜到半導(dǎo)體材料中，主要目的是：A.提高材料的導(dǎo)電率B.改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控其光電性能C.提高材料的機械強度D.降低材料的制備成本10.下列哪種材料不屬于功能高分子材料？A.導(dǎo)電聚合物B.智能聚合物C.高強度工程塑料D.光致變色聚合物二、填空題（每空2分，共20分。請將答案寫在答題紙上。）1.界面化學(xué)是研究__________之間物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相互作用的科學(xué)。2.在高分子材料中，__________是重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的分子量，__________是高分子鏈的平均分子量。3.納米材料的許多特殊性質(zhì)源于其__________效應(yīng)和__________效應(yīng)。4.催化劑在化學(xué)反應(yīng)中能夠改變反應(yīng)的__________，但不改變反應(yīng)的__________。5.光催化材料在水處理中主要利用其將有機污染物礦化為__________的能力。6.金屬有機框架（MOF）材料是由金屬離子或簇與有機配體自組裝形成的具有__________結(jié)構(gòu)的晶體多孔材料。7.電化學(xué)儲能器件通常由__________、__________和電解質(zhì)組成。8.表面改性是改善材料性能的重要手段，常用的方法包括__________、__________和等離子體處理等。9.生物醫(yī)用材料必須滿足__________、__________、__________和生物相容性等基本要求。10.固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)離子電池的關(guān)鍵組成部分，其主要功能是允許離子在__________之間傳輸。三、簡答題（每小題5分，共20分。請將答案寫在答題紙上。）1.簡述化學(xué)鍵理論在解釋材料化學(xué)鍵合和性質(zhì)方面的作用。2.比較物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）兩種薄膜制備技術(shù)的原理和特點。3.簡述高分子材料的老化現(xiàn)象及其主要化學(xué)原因。4.解釋什么是“綠色化學(xué)”原則，并舉例說明其在材料合成中的應(yīng)用。四、論述題（10分。請將答案寫在答題紙上。）結(jié)合具體的化學(xué)原理和材料實例，論述化學(xué)在發(fā)展新型能源材料（如太陽能電池、電池電極材料、催化劑）方面的作用和貢獻。五、計算題（10分。請將答案寫在答題紙上。）已知某二元合金體系在1000℃時的相圖數(shù)據(jù)如下：液相線方程為L=52.5+0.5T（%A），固相線方程為S=30+0.3T（%A），其中T為溫度（℃），L和S分別代表液相和固相的成分（%A）。試計算：該體系在1000℃時，成分為40%（%A）的合金處于什么相區(qū)？若要將其緩慢冷卻至800℃，會經(jīng)歷哪些相變過程？800℃時該合金的相組成物和組織（顯微結(jié)構(gòu)）大致是怎樣的？試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.A5.B6.C7.B8.C9.B10.C二、填空題1.相互作用2.分子量；平均分子量3.小尺寸；表面4.速率；平衡常數(shù)5.無機小分子6.開放式孔道7.正極；負極8.表面涂層；化學(xué)改性9.生物安全性；生物相容性；生物功能性10.正負極之間三、簡答題1.化學(xué)鍵理論（如離子鍵、共價鍵、金屬鍵、范德華力等）能夠解釋原子如何結(jié)合形成分子或晶體，從而揭示材料的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)、鍵合強度、電負性、化學(xué)穩(wěn)定性等基本性質(zhì)。例如，離子鍵理論解釋了離子晶體的高熔點、硬度大、脆性以及良好的離子導(dǎo)電性；共價鍵理論解釋了分子晶體的低熔點、揮發(fā)性以及共價材料的絕緣性或半導(dǎo)體性。理解化學(xué)鍵是理解材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基礎(chǔ)。2.PVD技術(shù)通過物理過程（如蒸發(fā)、濺射）將源物質(zhì)原子或分子沉積到基板上，過程通常在真空或低壓下進行，沉積速率較慢，設(shè)備相對簡單，適合制備致密、純凈的薄膜，但成本較高。CVD技術(shù)通過化學(xué)反應(yīng)（氣相前驅(qū)體在熱表面分解或反應(yīng)）在基板上沉積薄膜，可在常壓或加壓下進行，沉積速率可調(diào)，可制備晶態(tài)、非晶態(tài)或復(fù)合薄膜，工藝靈活性強，但可能引入雜質(zhì)，設(shè)備較復(fù)雜。兩者在沉積材料種類、薄膜特性、成本和效率等方面各有優(yōu)劣。3.高分子材料的老化是指其在使用過程中或儲存期間，由于受到光、熱、氧、水分、機械應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)等環(huán)境因素的影響，其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生逐漸惡化的現(xiàn)象。主要的化學(xué)原因包括：①鏈裂解（光、熱、氧作用下，C-C鍵、C-H鍵等主鏈斷裂）；②鏈交聯(lián)（紫外線、化學(xué)試劑作用下，形成支鏈或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料變硬變脆）；③鏈增塑（水、某些溶劑作用下，分子間作用力減弱，材料變軟）；④側(cè)基或官能團反應(yīng)（氧化、水解、脫氫等，導(dǎo)致材料性能改變）。這些化學(xué)變化導(dǎo)致材料力學(xué)性能（強度、韌性下降）、光學(xué)性能（透明度降低）、電學(xué)性能（絕緣性變差）和耐候性等下降。4.“綠色化學(xué)”原則是指在化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計、制造和應(yīng)用過程中，最大限度地減少或消除有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，以保護環(huán)境和人類健康。其在材料合成中的應(yīng)用體現(xiàn)在：①使用環(huán)境友好的原料和溶劑（如水、超臨界流體替代有機溶劑）；②設(shè)計可降解或環(huán)境友好的材料；③開發(fā)原子經(jīng)濟性高的合成路線，減少副產(chǎn)物生成；④在反應(yīng)過程中使用催化劑提高效率，減少能耗和廢物；⑤對合成過程和產(chǎn)品進行生命周期分析，從源頭上減少危害。例如，利用水相合成方法制備高分子材料，或設(shè)計具有生物可降解基團的聚合物。四、論述題化學(xué)在發(fā)展新型能源材料方面扮演著核心角色。首先，化學(xué)合成是制備能源材料的基礎(chǔ)，通過有機合成、無機合成、金屬有機化學(xué)等方法，可以設(shè)計和構(gòu)筑具有特定結(jié)構(gòu)和功能的材料，如太陽能電池中的有機半導(dǎo)體材料（聚噻吩、聚苯胺等）、鈣鈦礦材料、電池電極材料（鋰離子電池的正極材料如LiFePO4、LiCoO2，負極材料如石墨、硅基材料）以及高效催化劑（如用于水分解制氫的貴金屬催化劑、用于CO2還原的非貴金屬催化劑）。其次，化學(xué)原理指導(dǎo)材料性能的調(diào)控，例如通過配位化學(xué)調(diào)控金屬納米顆粒的尺寸、形貌和表面性質(zhì)，以優(yōu)化其催化活性；通過分子工程修飾聚合物鏈結(jié)構(gòu)，調(diào)控其光電轉(zhuǎn)換效率；通過理論計算化學(xué)預(yù)測和設(shè)計新材料，理解材料的電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機理，指導(dǎo)實驗合成。再次，化學(xué)分析方法（如X射線衍射、核磁共振、光譜學(xué)等）是表征能源材料結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)鍵工具，為理解“結(jié)構(gòu)-性能”關(guān)系提供依據(jù)。最后，化學(xué)助力解決能源材料中的挑戰(zhàn)，如開發(fā)高能量密度、長循環(huán)壽命的電池材料，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低催化劑的成本，開發(fā)環(huán)境友好的綠色合成路線等?？傊瘜W(xué)通過合成、表征、理論計算和性能優(yōu)化等手段，不斷推動著新型高效、清潔能源材料的創(chuàng)新與發(fā)展。五、計算題1.計算成分為40%（%A）的合金在1000℃時的相區(qū)：-液相線成分：52.5%-固相線成分：30%-40%<52.5%且40%>30%-結(jié)論：該合金在1000℃時處于固液兩相區(qū)（L+β相區(qū)，假設(shè)β為固相）。2.緩慢冷卻至800℃的相變過程：-首先判斷800℃時的液相線和固相線成分：-液相線：L'=52.5-0.5*(1000-800)=52.5-100=42.5%-固相線：S'=30+0.3*(1000-800)=30+60=90%-冷卻過程分析：-在1000℃時，合金為L+β兩相。-冷卻至950℃（假設(shè)介于1000℃和兩相平衡溫度之間，但具體平衡溫度未知，此處按題設(shè)繼續(xù)）：仍為L+β兩相。-冷卻至800℃：-此時液相線成分變?yōu)?2.5%，固相線成分變?yōu)?0%。-初始合金成分為40%，位于兩相線之間。-緩慢冷卻時，液相（L）的成分沿液相線下降，固相（β）的成分沿固相線上升。-當(dāng)溫度降至800℃時，體系達到平衡，液相成分約為42.5%，固相成分約為90%。此時體系仍為L+β兩相。-整個緩慢冷卻過程