2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——化學(xué)測量技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用考試時間：______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題干后的括號內(nèi)）1.在材料科學(xué)研究中，欲精確測定樣品中痕量元素Pb（鉛），通常優(yōu)先考慮使用哪種化學(xué)測量技術(shù)？A.紫外-可見分光光度法B.氣相色譜法C.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）D.水相色譜法2.下列哪種分析技術(shù)能夠提供物質(zhì)原子序數(shù)信息，并可用于同位素分析？A.紅外光譜法B.核磁共振波譜法C.質(zhì)譜法D.X射線衍射法3.測量固體材料晶體結(jié)構(gòu)和大致物相組成最常用的物理方法是？A.紫外-可見光譜法B.原子力顯微鏡法C.X射線衍射法D.拉曼光譜法4.當(dāng)需要表征材料表面的化學(xué)組成和元素分布時，以下哪種技術(shù)相對更為適用？A.拉曼光譜法B.X射線光電子能譜法（XPS）C.傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）D.氣相色譜法5.在化學(xué)測量中，為了提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，減少系統(tǒng)誤差，常采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是？A.純物質(zhì)B.標(biāo)準(zhǔn)樣品C.空白溶液D.基準(zhǔn)物質(zhì)6.下列哪種化學(xué)測量技術(shù)屬于電化學(xué)分析范疇？A.原子吸收光譜法B.熒光分光光度法C.電位分析法D.離子色譜法7.熱重分析（TGA）主要用于研究材料的哪種性質(zhì)？A.光學(xué)性質(zhì)B.磁學(xué)性質(zhì)C.熱穩(wěn)定性及質(zhì)量變化D.電學(xué)性質(zhì)8.在進(jìn)行化學(xué)測量時，若測得某樣品的吸光度值過大，超出儀器線性范圍，應(yīng)采取何種措施？A.稀釋樣品溶液后重新測定B.增大狹縫寬度C.使用更高波長的光源D.調(diào)高儀器檢測器靈敏度9.X射線衍射（XRD）技術(shù)能夠提供材料的哪種信息？A.分子式B.元素價態(tài)C.晶體結(jié)構(gòu)D.表面官能團(tuán)10.選擇化學(xué)測量技術(shù)時，需要考慮的因素不包括？A.分析物的性質(zhì)B.儀器的可獲得性C.分析成本D.分析人員的性別二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題干橫線上）1.原子吸收光譜法是基于測量基態(tài)原子對特定波長輻射的________來進(jìn)行元素定量分析的技術(shù)。2.紅外光譜法主要用于研究物質(zhì)的________和________。3.在色譜分析中，描述分離效能的指標(biāo)是________，描述分離程度的指標(biāo)是________。4.電化學(xué)分析技術(shù)通常基于測量與被測物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)相關(guān)的________或________。5.X射線衍射（XRD）技術(shù)是利用X射線與晶體物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的________來研究材料的晶體結(jié)構(gòu)。6.表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)具有極高的靈敏度，其增強(qiáng)機(jī)制主要與貴金屬表面的________效應(yīng)有關(guān)。7.在進(jìn)行多點校準(zhǔn)建立定量分析校準(zhǔn)曲線時，至少需要使用________種濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)溶液。8.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)利用傅里葉變換算法處理干涉圖，其突出的優(yōu)點之一是________。9.材料的熱分析包括多種技術(shù)，其中________主要用于測定材料在不同溫度下的質(zhì)量變化。10.為了減少化學(xué)測量中的隨機(jī)誤差，常采用________和________的方法來提高測量結(jié)果的精密度。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述選擇化學(xué)測量技術(shù)時需要考慮的主要因素。2.簡述原子吸收光譜法（AAS）與紅外光譜法（IR）在基本原理上的主要區(qū)別。3.簡述X射線衍射（XRD）技術(shù)用于物相分析的基本原理。4.簡述表面分析技術(shù)（如XPS、AES）與體相分析技術(shù)（如AAS、ICP-OES）在分析對象上的主要區(qū)別。四、計算題（每題6分，共12分）1.某樣品溶液在波長λ=520nm處測得吸光度A=0.450。已知該處吸光系數(shù)ε=1.85×103L·mol?1·cm?1，比色皿光程b=1.0cm。計算該樣品溶液中待測物質(zhì)的濃度c。2.在某液相色譜分析中，某組分在流動相中的分配系數(shù)K=2.5。若流動相流速為1.0mL/min，固定相體積為10mL，計算該組分在色譜柱中的保留時間t_r（假設(shè)死時間t_m=2.0min）。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述紅外光譜法（IR）在有機(jī)材料結(jié)構(gòu)鑒定中的應(yīng)用，并舉例說明不同官能團(tuán)的特征吸收峰。2.論述化學(xué)測量技術(shù)在新型合金材料研發(fā)與表征中的作用，并列舉至少三種不同的化學(xué)測量技術(shù)及其在該領(lǐng)域可能的具體應(yīng)用。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.D6.C7.C8.A9.C10.D二、填空題1.吸收2.分子振動，分子轉(zhuǎn)動能級躍遷3.分離因子，選擇性4.電流，電位5.衍射圖譜6.共振7.三8.光譜通帶窄，信噪比高9.熱重分析（TGA）10.重復(fù)測量，多次測量取平均值三、簡答題1.選擇化學(xué)測量技術(shù)時需要考慮的主要因素包括：分析物的性質(zhì)（如元素種類、分子結(jié)構(gòu)、存在狀態(tài)等）；分析目的（如定性、定量、結(jié)構(gòu)表征、過程監(jiān)控等）；樣品的性質(zhì)和數(shù)量（如形態(tài)、大小、溶解性、樣品量等）；所需的分析靈敏度、準(zhǔn)確度和速度；儀器的可獲得性、成本和操作復(fù)雜性；環(huán)境安全與環(huán)保要求等。2.原子吸收光譜法（AAS）基于測量基態(tài)原子對特定波長輻射的吸收，是原子吸收現(xiàn)象的應(yīng)用，屬于光譜分析法中的吸收光譜法。其檢測對象為氣態(tài)基態(tài)原子。紅外光譜法（IR）基于測量物質(zhì)的分子振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜，是分子振動光譜的應(yīng)用，屬于光譜分析法中的吸收光譜法。其檢測對象為振動和轉(zhuǎn)動的分子。3.X射線衍射（XRD）技術(shù)利用X射線與晶體物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。當(dāng)一束具有特定波長的X射線照射到晶體上時，晶格中的原子或離子將成為散射中心，向各個方向散射X射線。滿足布拉格條件的方向上會發(fā)生衍射，產(chǎn)生強(qiáng)度較大的衍射斑點或衍射峰。通過測量衍射峰的位置（2θ角）和強(qiáng)度，并與已知物相的衍射圖譜進(jìn)行比對，可以確定材料的物相組成、晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)（如晶胞參數(shù)、晶面間距d值）等信息。4.表面分析技術(shù)（如XPS、AES）主要分析樣品表層（通常是幾納米到幾十微米深度）的物質(zhì)組成、化學(xué)狀態(tài)和電子結(jié)構(gòu)信息。它們能夠提供樣品表面元素分布、元素價態(tài)、化學(xué)鍵合等信息。體相分析技術(shù)（如AAS、ICP-OES）主要分析樣品整體（宏觀）的平均化學(xué)組成。它們測定的是樣品中所有元素的總含量，無法區(qū)分表面和內(nèi)部元素的含量差異，但可以提供關(guān)于材料整體化學(xué)成分的信息。四、計算題1.根據(jù)比爾-朗伯定律A=εbc，計算濃度c=A/(εb)=0.450/(1.85×103L·mol?1·cm?1×1.0cm)=2.43×10??mol·L?1。2.保留時間t_r=t_m+t_m'，其中t_m'是組分在固定相中的保留時間。根據(jù)分配系數(shù)定義K=t_m'/t_m=V_g/V_m，其中V_g是固定相體積，V_m是流動相體積。則t_m'=K×t_m=2.5×2.0min=5.0min。因此，t_r=2.0min+5.0min=7.0min。五、論述題1.紅外光譜法（IR）在有機(jī)材料結(jié)構(gòu)鑒定中應(yīng)用廣泛，通過測量分子振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的吸收光譜，可以提供豐富的分子結(jié)構(gòu)信息。不同官能團(tuán)具有特征性的紅外吸收峰，可用于定性鑒定。例如：O-H伸縮振動在3200-3600cm?1（強(qiáng)，寬峰，通常為氫鍵）；C=O伸縮振動在1650-1850cm?1（強(qiáng)峰）；C-H伸縮振動（烷烴在2850-3000cm?1，烯烴在3010-3100cm?1，炔烴在3300-3400cm?1）；芳香環(huán)的C-H伸縮振動在3000-3100cm?1；芳香環(huán)的C=C骨架振動在1450-1600cm?1；醇或酚的O-H面外彎曲振動在1350-1550cm?1（中，峰形可能受氫鍵影響）；胺的N-H伸縮振動在3300-3500cm?1（中，峰形可能受氫鍵影響）；酰胺的C=O伸縮振動在1650-1750cm?1（強(qiáng)），N-H彎曲振動在1550-1650cm?1（中）。通過分析紅外光譜圖中的吸收峰位置、強(qiáng)度和形狀，可以推斷有機(jī)材料中存在的官能團(tuán)，并初步確定其分子結(jié)構(gòu)。2.化學(xué)測量技術(shù)在新型合金材料研發(fā)與表征中扮演著至關(guān)重要的角色。在研發(fā)階段，化學(xué)測量技術(shù)可用于：1）元素配比確定與控制：利用ICP-OES或AAS精確測定合金中各種元素的含量，確保符合設(shè)計目標(biāo)。2）雜質(zhì)檢測與去除：利用ICP-MS等高靈敏度技術(shù)檢測痕量雜質(zhì)元素，指導(dǎo)冶煉工藝優(yōu)化或提純方法選擇。3）相組成分析：利用XRD技術(shù)鑒定合金中的各種相（如固溶體、金屬間化合物），確定相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸和物相比例。4）微觀結(jié)構(gòu)表征：利用SEM、TEM等形貌分析技術(shù)觀察合金的晶粒形態(tài)、相分布、缺陷結(jié)構(gòu)。5）表面與界面分析：利用XPS、AES等技術(shù)分析合金表面的元素組成、化學(xué)態(tài)和界面結(jié)合情況。在表征階段，化學(xué)測量技術(shù)可用于：1）評估材料性能：如利用硬度計（涉及材料與力的相互作用，可視為廣義化學(xué)測量）、拉伸試驗機(jī)（測量應(yīng)力應(yīng)變，涉及材料力學(xué)性質(zhì)）等評價合金的力學(xué)性能；利用熱