2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——離子導(dǎo)電測量技術(shù)的研究與應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)。多選、錯(cuò)選或未選均不得分。）1.下列哪些物理量是描述離子導(dǎo)體離子遷移特性的重要參數(shù)？（）A.電導(dǎo)率（Λ）B.離子遷移數(shù)（t+或t-）C.離子電遷移率（μ）D.摩爾電導(dǎo)率（Λm）E.離子電荷2.在應(yīng)用電化學(xué)方法測量離子導(dǎo)電率時(shí)，選擇合適的電極材料至關(guān)重要。對于測量液體電解質(zhì)，常用的電極材料包括？（）A.金屬鉑（Pt）B.金屬銀（Ag）C.玻璃碳（GlassyCarbon）D.金屬鋰（Li）E.氧化銥（IrO2）3.交流阻抗譜（EIS）技術(shù)在研究離子導(dǎo)體時(shí)具有廣泛的應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)包括？（）A.可在無外加電流的情況下測量B.可同時(shí)獲得體系的電容和電阻信息C.對微小電極面積不敏感D.可用于研究動(dòng)態(tài)過程和界面現(xiàn)象E.操作簡單，成本較低4.下列關(guān)于離子遷移數(shù)的說法，哪些是正確的？（）A.遷移數(shù)是某一種離子所傳遞的電荷量占總電荷量的分?jǐn)?shù)B.在強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液中，遷移數(shù)主要取決于離子的電遷移率C.遷移數(shù)可以通過電導(dǎo)率測量和德拜-休克爾極限公式計(jì)算得到D.遷移數(shù)與離子在溶液中的濃度有關(guān)E.陽離子遷移數(shù)（t+）和陰離子遷移數(shù)（t-）之和恒等于15.場致發(fā)光（FEOL）技術(shù)可以用于離子導(dǎo)電測量，其基本原理涉及？（）A.在強(qiáng)電場作用下，離子發(fā)生能級躍遷并發(fā)光B.發(fā)光強(qiáng)度與離子電導(dǎo)率成正比C.適用于固態(tài)離子導(dǎo)體，尤其是無機(jī)離子導(dǎo)體D.需要在樣品表面制備特定的電極結(jié)構(gòu)E.發(fā)光光譜與離子的種類和濃度有關(guān)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上。）1.測量離子電導(dǎo)率的基本公式為________，其中Λm代表________，c代表________。2.根據(jù)能斯特方程，理想可逆電極的電極電勢與________、______以及溶液中相關(guān)離子的________有關(guān)。3.阻抗譜分析中，半圓弧對應(yīng)的電學(xué)元件是________，其等效電路通常表示為________。4.在固態(tài)離子導(dǎo)體中，離子導(dǎo)電主要依賴于________和________兩種機(jī)制。5.電化學(xué)阻抗譜（EIS）中，實(shí)部阻抗（Z')與虛部阻抗（Z''）的比值等于________。三、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述電導(dǎo)率法測量離子導(dǎo)電率的原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.解釋什么是離子遷移數(shù)，并簡述其常用的測定方法。3.簡述交流阻抗譜法（EIS）在研究固態(tài)離子導(dǎo)體時(shí)的主要應(yīng)用。4.為什么說在研究固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性時(shí)，阻抗譜法是一種非常有效的工具？四、論述題（每小題10分，共30分。）1.論述離子導(dǎo)電測量技術(shù)在電池材料研究中的重要性，并舉例說明如何利用測量結(jié)果評價(jià)電池材料的性能。2.比較電導(dǎo)率法、交流阻抗譜法（EIS）和場致發(fā)光法在離子導(dǎo)電測量方面的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。3.結(jié)合具體實(shí)例，論述離子導(dǎo)電測量技術(shù)在化學(xué)傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用前景。五、計(jì)算題（共10分。）已知某1.0mol/L的強(qiáng)電解質(zhì)MX在水溶液中的電導(dǎo)率為1.28S/cm。已知該電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率Λm在無限稀釋時(shí)的理論值為1.49S·cm2/mol。請計(jì)算該溶液中：（1）溶液的電導(dǎo)率Λ；（2）陽離子和陰離子的遷移數(shù)t+和t-（假設(shè)離子遷移數(shù)與摩爾電導(dǎo)率成正比）。試卷答案一、選擇題1.ABCD2.ABC3.ABD4.AB5.ABCD二、填空題1.Λ=κ*A/l；摩爾電導(dǎo)率；濃度2.溫度；電極電勢；活度（或濃度）3.電阻；R=Z'/(ωC')4.離子晶格的肖特基缺陷；晶格空位的弗倫克爾缺陷5.電阻抗角（或阻抗相位角）三、簡答題1.原理：基于歐姆定律，測量電解質(zhì)溶液在一定電壓下通過的電流，根據(jù)電阻和已知幾何參數(shù)（電極面積、距離）計(jì)算電導(dǎo)率。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作方便、快速、可定量測定。缺點(diǎn)：易受溫度、離子濃度、電極極化等因素影響；對固態(tài)離子導(dǎo)體不適用。2.定義：在電導(dǎo)過程中，某種離子所傳遞的電量占總電量的分?jǐn)?shù)。常用測定方法：電導(dǎo)率法（通過測量不同濃度下的電導(dǎo)率，利用科爾勞施定律外推到無限稀釋）；電動(dòng)勢法（測量濃差電池的電動(dòng)勢）。3.應(yīng)用：EIS可用來研究固態(tài)離子導(dǎo)體中的電荷傳輸過程，包括體相傳導(dǎo)、grainboundary傳導(dǎo)、表面?zhèn)鲗?dǎo)等。通過分析阻抗譜圖的特征（如半圓弧半徑、截距），可以獲得離子導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)的信息，如體相電阻、grainboundary電導(dǎo)、界面電容等，從而評價(jià)其離子傳導(dǎo)性能。4.原因：固態(tài)離子導(dǎo)體通常電阻率較高，交流阻抗譜法可以在低頻、微電流條件下工作，避免大電流引起的電極極化效應(yīng)，從而能夠更真實(shí)地反映材料本身的電學(xué)結(jié)構(gòu)。EIS能夠提供頻域內(nèi)的完整電學(xué)信息，區(qū)分不同時(shí)間尺度的電荷傳輸過程，對于理解復(fù)雜的多級缺陷傳導(dǎo)機(jī)制和界面現(xiàn)象至關(guān)重要。四、論述題1.重要性：離子導(dǎo)電性是電池工作的核心基礎(chǔ)，直接影響電池的倍率性能、循環(huán)壽命和能量密度。測量離子在電極材料、電解質(zhì)和隔膜中的遷移速率和傳導(dǎo)能力，有助于理解電池充放電機(jī)制，優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，通過測量固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率及其溫度依賴性，可以評估其作為電池電解質(zhì)的潛力；通過測量電極的阻抗譜，可以研究離子在電極表面的吸附/脫附過程和電荷轉(zhuǎn)移電阻，從而改善電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。2.比較：原理：電導(dǎo)率法基于歐姆定律測量穩(wěn)態(tài)直流條件下的導(dǎo)電能力；EIS基于交流電測量體系的阻抗，反映不同頻率下電荷的響應(yīng)；場致發(fā)光法基于強(qiáng)電場激發(fā)離子發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度與電場強(qiáng)度和離子遷移相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：電導(dǎo)率法簡單快速；EIS信息豐富，可區(qū)分不同時(shí)間常數(shù)，研究動(dòng)態(tài)過程和界面；場致發(fā)光法可原位、無損檢測，靈敏度較高。缺點(diǎn)：電導(dǎo)率法易受極化影響，不適用于固態(tài)；EIS分析復(fù)雜，設(shè)備要求高；場致發(fā)光法對樣品制備要求高，信號解釋可能復(fù)雜。適用范圍：電導(dǎo)率法適用于溶液和液態(tài)/凝膠態(tài)離子導(dǎo)體；EIS適用于溶液、凝膠及固態(tài)離子導(dǎo)體，尤其擅長研究界面和動(dòng)力學(xué)；場致發(fā)光法主要適用于固態(tài)離子導(dǎo)體，特別是無機(jī)離子導(dǎo)體。3.應(yīng)用前景：離子導(dǎo)電測量技術(shù)是開發(fā)新型化學(xué)傳感器的關(guān)鍵。通過測量目標(biāo)分析物與離子導(dǎo)體之間的相互作用（如改變電導(dǎo)率、產(chǎn)生電位變化、影響離子遷移等），可以構(gòu)建選擇性、高靈敏度的化學(xué)傳感器。例如，利用離子選擇性電極測量特定離子濃度；利用導(dǎo)電聚合物或離子導(dǎo)體傳感器檢測氣體、濕度或生物分子；利用阻抗譜法監(jiān)測傳感器表面反應(yīng)過程。隨著納米技術(shù)和新材料的發(fā)展，基于新型離子導(dǎo)電材料（如納米線、二維材料）的傳感器將具有更廣闊的應(yīng)用前景。五、計(jì)算題（1）Λ=κ*A/l=1.28S/cm*(A/l)（此處A/l為比例常數(shù)，題目未給具體電極幾何參數(shù)，結(jié)果用Λ表示）Λ=1.28S·cm2/mol（2）t+=Λ+/Λm=Λ/Λm（假設(shè)Λ+為陽離子摩爾電導(dǎo)率）t-=Λ-/Λm=Λ/Λm（假設(shè)Λ-為陰離子摩爾電導(dǎo)率）Λ=Λ++Λ-=Λm*(t++t-)Λm=Λ/(t++t-)t++t-=Λ/Λm=1.28S·cm2/mol/