2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在染料材料制備中的探索考試時(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)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種共軛體系通常與染料的紅光吸收相關(guān)？A.鄰位偶氮結(jié)構(gòu)(-N=N-)B.硝基(-NO?)部分的雙鍵體系C.酞菁環(huán)狀共軛體系D.乙烯基(-CH=CH?)的π鍵2.在合成偶氮染料時(shí)，常采用亞硝酸鈉與芳伯胺在酸性條件下反應(yīng)生成重氮鹽。此步驟中，關(guān)鍵的酸是？A.硫酸B.氫氧化鈉C.鹽酸D.碳酸3.為了提高染料在纖維素纖維上的上染率和色牢度，通常需要使用？A.非離子表面活性劑B.陽(yáng)離子型染料C.堿性勻染劑D.高沸點(diǎn)溶劑4.下列哪種分析方法最適合用于測(cè)定水溶液中染料的最大吸收波長(zhǎng)和摩爾吸光系數(shù)？A.紫外-可見分光光度法(UV-Vis)B.氣相色譜法(GC)C.紅外光譜法(IR)D.核磁共振波譜法(NMR)5.原子經(jīng)濟(jì)性是評(píng)價(jià)化學(xué)反應(yīng)綠色程度的重要指標(biāo)。下列合成路線中，原子經(jīng)濟(jì)性通常最高的是？A.通過(guò)多步合成得到目標(biāo)染料分子，副產(chǎn)物較多B.鄰位取代反應(yīng)生成偶氮染料C.格林尼亞反應(yīng)一步構(gòu)建染料關(guān)鍵中間體D.硝化反應(yīng)引入硝基6.染料分子在固態(tài)時(shí)的排列方式和緊密程度會(huì)影響其什么性能？A.溶解度B.熒光壽命C.色牢度D.分子量7.用于制備高純度染料中間體的常用技術(shù)是？A.重結(jié)晶B.萃取C.蒸餾D.電解8.在有機(jī)光電器件（如有機(jī)LED）中，染料或聚合物通常扮演的角色是？A.電極材料B.介電材料C.電荷產(chǎn)生層D.導(dǎo)電聚合物9.水相合成法制備納米染料顆粒，相比傳統(tǒng)有機(jī)溶劑法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？A.產(chǎn)物粒徑分布更窄B.更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)C.環(huán)境污染更小D.合成產(chǎn)率更高10.旨在減少或消除合成過(guò)程中有害物質(zhì)生成的染料制備策略屬于？A.催化化學(xué)B.綠色化學(xué)C.高效合成D.分子設(shè)計(jì)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.染料的發(fā)色機(jī)理主要涉及分子中的______和______。2.影響染料在固體材料上染牢度的主要因素包括染料與基體的______、染料的______以及外界環(huán)境因素。3.紅外光譜法主要用于鑒定分子中的______基團(tuán)。4.在水溶液中，染料的解離程度受______的影響。5.將染料分子引入生物體系進(jìn)行標(biāo)記或成像，需要考慮其______和______。6.利用超臨界流體（如超臨界CO?）作為反應(yīng)溶劑制備染料，其主要優(yōu)勢(shì)在于______。7.設(shè)計(jì)新型染料分子時(shí)，除了考慮顏色，還需關(guān)注其______、______和功能性。8.有機(jī)染料的光致變色性能源于分子結(jié)構(gòu)在光照下發(fā)生______的可逆變化。9.催化劑在染料合成中可以起到______、______等作用。10.染料材料的可持續(xù)發(fā)展要求關(guān)注其合成過(guò)程的______和最終產(chǎn)品的______。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。）1.色牢度2.共軛效應(yīng)3.綠色化學(xué)4.摩爾吸光系數(shù)5.有機(jī)LED四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。）1.簡(jiǎn)述影響染料紫外-可見吸收光譜位置的主要因素。2.與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比，水相合成法制備染料材料有哪些潛在優(yōu)勢(shì)？3.簡(jiǎn)述偶氮染料合成的一般步驟和關(guān)鍵反應(yīng)條件。4.解釋為什么染料材料的可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)重要的研究方向。五、論述題（每小題10分，共20分。）1.結(jié)合具體實(shí)例，論述應(yīng)用化學(xué)原理（如反應(yīng)機(jī)理、結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系）在優(yōu)化染料材料合成路線和提高其性能方面的作用。2.探討染料材料在現(xiàn)代科技（如生物醫(yī)學(xué)、能源、信息）領(lǐng)域中的幾種重要應(yīng)用，并分析其在實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)及可能的解決方案。六、綜合應(yīng)用題（共15分。）以對(duì)苯二甲酸為起始原料，設(shè)計(jì)一條合理的合成路線，最終得到一種可用于滌綸纖維染色的二元酸型分散染料。請(qǐng)簡(jiǎn)述合成步驟，說(shuō)明每步的關(guān)鍵反應(yīng)條件和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明選擇該合成路線的理由。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.A5.C6.C7.A8.C9.C10.B二、填空題1.共軛體系，助色基2.相互作用，熱穩(wěn)定性3.官能4.pH值5.生物相容性，細(xì)胞毒性6.環(huán)境友好，溶劑替代7.光穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性8.異構(gòu)化9.提高反應(yīng)速率，選擇性控制10.原子經(jīng)濟(jì)性，環(huán)境友好性三、名詞解釋1.染料對(duì)其所染物質(zhì)（如纖維）的附著程度以及在使用條件下（如洗滌、摩擦、光照）保持其色澤的能力。2.分子中相鄰原子間的p電子離域現(xiàn)象，能使分子體系的能量降低，影響分子的化學(xué)性質(zhì)和光譜性質(zhì)。3.指通過(guò)化學(xué)原理和工程方法，從源頭上減少或消除有害物質(zhì)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用，旨在提高化學(xué)產(chǎn)品的可持續(xù)性。4.當(dāng)入射光強(qiáng)度為單位強(qiáng)度時(shí)，單位濃度（通常為1mol/L）的吸光物質(zhì)在單位路徑長(zhǎng)度（1cm）處的吸光度，是衡量物質(zhì)吸光能力的參數(shù)。5.利用有機(jī)化合物作為有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道材料，通過(guò)施加電壓控制其導(dǎo)電性的電子設(shè)備。四、簡(jiǎn)答題1.影響因素主要包括：分子共軛體系的長(zhǎng)度和擴(kuò)展程度、取代基的電子效應(yīng)（吸電子或給電子，以及其位置效應(yīng)）、分子內(nèi)氫鍵或偶極矩相互作用等。共軛體系越長(zhǎng)、給電子基越強(qiáng)，吸收波長(zhǎng)越紅移；吸電子基越強(qiáng)，吸收波長(zhǎng)越紫移。取代基的位置對(duì)吸收峰位置也有影響。2.水相合成法的優(yōu)勢(shì)在于：使用環(huán)境友好的水作為溶劑，減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)和環(huán)境污染；許多水相方法（如微乳液、水相聚合）易于控制反應(yīng)溫度和pH，且通常在室溫或低溫下進(jìn)行，能耗較低；有利于合成納米級(jí)別的材料，且產(chǎn)物易于從水中分離純化（如沉淀、膜分離）；反應(yīng)體系相對(duì)安全，毒性較低。3.偶氮染料合成一般步驟：首先，芳伯胺在強(qiáng)酸性介質(zhì)（如鹽酸）和常溫下與亞硝酸鈉反應(yīng)生成重氮鹽；然后，將生成的重氮鹽溶液與含有活性基團(tuán)（如羥基、氨基、鹵原子等）的惰性有機(jī)化合物（稱為主色基）在低溫（0-5°C）下進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)；最后，將反應(yīng)混合物堿化，析出的偶氮染料固體經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)品。關(guān)鍵條件：亞硝化階段需酸、冷；偶聯(lián)階段需冷、控制投料順序；堿化沉淀需快速、充分。4.染料材料的可持續(xù)發(fā)展是重要的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)染料合成可能使用大量有毒有害溶劑，產(chǎn)生含有重金屬或難降解有機(jī)物的廢水，對(duì)環(huán)境和人類健康造成威脅。開發(fā)綠色合成路線（如使用生物催化、水相介質(zhì)、可降解染料）、提高資源利用效率（原子經(jīng)濟(jì)性）、減少能耗、設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命和高性能的染料以減少使用量和廢棄量，都是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，有助于環(huán)境保護(hù)和產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。五、論述題1.應(yīng)用化學(xué)原理在染料合成與性能優(yōu)化中起著核心作用。例如，通過(guò)深入理解反應(yīng)機(jī)理，可以預(yù)測(cè)并控制副反應(yīng)的發(fā)生，選擇更高效、更具選擇性的合成路線，從而提高產(chǎn)率和純度。結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系原理指導(dǎo)著染料分子的設(shè)計(jì)：通過(guò)改變分子的共軛體系長(zhǎng)度、引入特定的取代基（給電子或吸電子，不同位置）、構(gòu)建特定的空間結(jié)構(gòu)（如平面性、卷曲），可以精確調(diào)控染料的顏色、溶解性、熱穩(wěn)定性、光化學(xué)性質(zhì)等。例如，要合成深色染料，通常需要構(gòu)建更長(zhǎng)的共軛體系和更強(qiáng)的給電子基團(tuán)；要提高染料的熱穩(wěn)定性，則需要在分子中引入耐熱的雜環(huán)或增強(qiáng)分子內(nèi)氫鍵。此外，應(yīng)用化學(xué)中的分析表征技術(shù)（如UV-Vis、IR、NMR、XRD）用于確認(rèn)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、研究分子間相互作用、評(píng)估材料性能，為合成優(yōu)化和性能預(yù)測(cè)提供依據(jù)?？傊瑧?yīng)用化學(xué)原理貫穿于染料從分子設(shè)計(jì)、合成路線選擇到性能調(diào)控和實(shí)際應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程。2.染料材料在現(xiàn)代科技領(lǐng)域應(yīng)用廣泛：*生物醫(yī)學(xué)：作為生物成像探針，染料（如熒光染料、量子點(diǎn)）可用于標(biāo)記細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸等，進(jìn)行活細(xì)胞成像、疾病診斷和生物過(guò)程研究。例如，熒光素鈉用于角膜手術(shù)導(dǎo)航，吲哚菁綠用于腫瘤成像。挑戰(zhàn)：需要開發(fā)高熒光量子產(chǎn)率、高信噪比、良好生物相容性、低細(xì)胞毒性和體內(nèi)代謝性的染料；如何實(shí)現(xiàn)染料與生物分子的特異性靶向結(jié)合。*能源：在有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）中，有機(jī)染料或聚合物作為光敏層，吸收光子產(chǎn)生激子，隨后激子分離形成電荷，驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生。挑戰(zhàn)：提高染料的吸收光譜范圍和光穩(wěn)定性，增加激子分離效率，提升電荷傳輸和收集效率，降低器件的制備成本和穩(wěn)定性。*信息：染料可用于信息加密、防偽標(biāo)識(shí)、可擦寫顯示器等。例如，利用染料的光致變色或熱致變色特性制造防偽標(biāo)簽或電子紙。挑戰(zhàn)：提高變色靈敏度和可逆性，增強(qiáng)耐久性和安全性，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。解決方案可能包括：利用計(jì)算化學(xué)和分子設(shè)計(jì)工具進(jìn)行高通量篩選，發(fā)現(xiàn)性能更優(yōu)異的新型染料分子；發(fā)展新的合成技術(shù)和材料加工工藝，改善染料性能和器件性能；采用納米技術(shù)手段（如量子點(diǎn)、納米結(jié)構(gòu)）調(diào)控染料的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)；構(gòu)建多學(xué)科交叉的研究平臺(tái)，整合化學(xué)、物理、生物、材料等領(lǐng)域的知識(shí)。六、綜合應(yīng)用題合成路線設(shè)計(jì)：起始原料：對(duì)苯二甲酸(HOOC-C?H?-COOH)目標(biāo)產(chǎn)物：一種二元酸型分散染料（結(jié)構(gòu)示意：HOOC-C?H?-COOH，其中C?H?上連接有可用于滌綸纖維染色的吸光基團(tuán)，如偶氮基(-N=N-芳基)）合成步驟：第一步：對(duì)對(duì)苯二甲酸進(jìn)行酯化反應(yīng)。在酸性催化劑（如濃硫酸）存在下，與醇（如乙醇）反應(yīng)生成對(duì)苯二甲酸二乙酯(BDO)。此步是為了保護(hù)羧基，便于后續(xù)引入其他基團(tuán)。反應(yīng)條件：加熱回流數(shù)小時(shí)。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：引入酯基，提高反應(yīng)活性，便于后續(xù)偶聯(lián)。第二步：將保護(hù)后的中間體BDO與芳伯胺（如對(duì)氨基苯磺酸，因其磺酸基能提高染料在滌綸上的上染率和牢度）進(jìn)行重氮化-偶聯(lián)反應(yīng)。首先，在冰水浴和強(qiáng)酸性條件下，對(duì)氨基苯磺酸與亞硝酸鈉反應(yīng)生成重氮鹽；然后，在低溫下將該重氮鹽溶液與BDO進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，生成偶氮染料中間體。反應(yīng)條件：重氮化階段，0-5°C，HCl體系；偶聯(lián)階段，0-5°C，控制滴加速度。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：引入偶氮發(fā)色團(tuán)(-N=N-芳基)，賦予染料顏色，芳基與磺酸基的共軛可能有助于提高染料在滌綸上的移染性。第三步：將偶氮染料中間體進(jìn)行堿化沉淀。向反應(yīng)混合物中加入堿（如碳酸鈉或氫氧化鈉），調(diào)節(jié)pH至堿性，使偶氮染料從溶液中析出。反應(yīng)條件：室溫或溫?zé)幔徛尤雺A，攪拌。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)