2025年大學《化學測量學與技術》專業(yè)題庫——化學測量學與技術的分析電化學儀器考試時間：______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后的括號內(nèi)）1.根據(jù)法拉第定律，電極上發(fā)生反應的物質(zhì)的量與通過電極的（）成正比。A.電流強度B.電壓C.電量D.電極電位2.在電化學分析中，能斯特方程主要描述的是（）。A.電極電位與溫度的關系B.電極電位與電解質(zhì)活度的關系C.電極電位與電流的關系D.電極電位與電極面積的關系3.下列哪種伏安法屬于非穩(wěn)態(tài)伏安法？（）A.線性掃描伏安法B.循環(huán)伏安法C.方波伏安法D.恒電位電流法4.在循環(huán)伏安法中，陽極峰電位和陰極峰電位分別對應于（）。A.氧化還原反應的起始電位和還原電位B.氧化電位和還原電位C.氧化電位和氧化還原反應的起始電位D.還原電位和氧化電位5.離子選擇性電極的響應斜率理論上與溶液中測量的離子活度的（）次方成正比。A.1B.2C.n（離子電荷數(shù)）D.1/n6.電位滴定中，選擇指示電極的主要依據(jù)是其對（）的靈敏度和選擇性。A.滴定劑B.被測離子C.介質(zhì)pH值D.指示劑7.在三電極體系中，參比電極的作用是提供（）的穩(wěn)定電位。A.工作電極B.對電極C.參比電極本身D.電解液8.下列哪種電極屬于電化學傳感器？（）A.標準氫電極B.鉑黑電極C.離子選擇性電極D.飽和甘汞電極9.分析電化學儀器中，信號放大電路的主要作用是（）。A.產(chǎn)生輸出信號B.放大微弱電信號C.調(diào)節(jié)掃描速率D.提供參比電位10.在進行電化學分析時，為減小濃差極化的影響，可以采取的措施包括（）。A.提高掃描速率B.增大電極面積C.使用旋轉電極D.降低溶液溫度二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.電化學分析是基于測量________、________或________等電化學參數(shù)來進行物質(zhì)組成分析或化學分析的方法。2.在伏安分析中，當電位掃描至足以使電解質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應的電位時，電流將急劇增加，形成________。3.循環(huán)伏安法通過在電位軸上進行________掃描，并在掃描過程中記錄________軸上的響應信號，從而獲得信息。4.離子選擇性電極的電位響應符合________方程，其線性范圍通常受________理論限制。5.電位分析法可以分為直接電位法和________電位法兩大類。6.分析電化學儀器通常由________系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄與顯示系統(tǒng)以及電極系統(tǒng)組成。7.電極過程動力學研究電極表面發(fā)生的________過程的速率和機理。8.三電極體系中，工作電極與被測溶液直接發(fā)生電化學反應，對電極用于________，參比電極提供________。9.電化學傳感器通常由________和信號轉換部分組成。10.線性掃描伏安法中，電位掃描速率v、電位增量ΔE和峰電流Δi?的關系可以表示為________。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述能斯特方程的含義及其在電位分析中的應用。2.與經(jīng)典伏安法相比，簡述差分脈沖伏安法的主要優(yōu)點。3.簡述離子選擇性電極（ISE）的主要組成部分及其功能。4.簡述分析電化學儀器中，信號放大電路可能需要具備的特性。四、計算題（每小題10分，共20分）1.某氧化還原電對的電極電位在25°C時為0.20V（E°=0.30V）。當溶液中該氧化態(tài)和還原態(tài)的活度比為1:10時，計算該電極的電位是多少？（已知溫度系數(shù)為-0.059V/°C）2.在循環(huán)伏安法實驗中，使用掃描速率v=0.02V/s進行掃描，測得某氧化還原體系的陽極峰電流Δi?=5.0μA，峰電位差ΔE?=0.20V。假設符合線性掃描伏安法方程，計算該體系的電子轉移數(shù)n和擴散系數(shù)D。五、論述題（10分）結合分析電化學儀器的結構特點，論述其在環(huán)境監(jiān)測中進行污染物檢測時可能面臨的技術挑戰(zhàn)以及相應的解決方案。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.C6.B7.A8.C9.B10.C二、填空題1.電位、電流、電導2.極化電流3.順時針/逆時針、電流4.能斯特、能斯特5.滴定6.信號產(chǎn)生與控制7.電化學反應8.完成電極反應、參比電極電位9.感應膜（或離子識別膜）、電極體和參比內(nèi)充液10.Δi?=(2.303n2F2v/RT)×ΔE?三、簡答題1.解析思路：首先說明能斯特方程描述的是電極電位與溶液中反應物/產(chǎn)物活度（或濃度）之間的關系（在可逆電極條件下）。然后，點明其數(shù)學表達式（E=E°-(RT/nF)lnQ）。最后，說明其在電位分析中的應用：通過構建一個與被測離子活度呈能斯特響應的電極（如ISE），將此電極與一個參比電極組成電池，測量電池電位，根據(jù)能斯特方程關系，即可通過已知參比電極電位和電極斜率（響應斜率）計算出被測離子的活度或濃度。2.解析思路：首先指出差分脈沖伏安法（DPV）是脈沖伏安法的一種，其基本原理是在普通線性掃描伏安法的基礎上，在掃描過程中施加固定間隔時間的脈沖電壓。然后，從信號噪聲比角度解釋其優(yōu)點：DPV在每個掃描步驟中施加脈沖，只在脈沖期間進行電流測量，有效抑制了背景電流和充電電流的噪聲，提高了信噪比。此外，還可以簡要提及相比CV，DPV通常具有更高的靈敏度，且峰形更尖銳，分辨率更高。3.解析思路：首先列出ISE的主要組成部分：離子選擇性膜（感應膜）、內(nèi)參比電極、內(nèi)參比電解液（或稱內(nèi)充液）、電極體。然后，分別說明各部分功能：離子選擇性膜是核心部分，具有選擇性，允許特定離子通過（或發(fā)生交換），使膜電位對目標離子活度產(chǎn)生響應；內(nèi)參比電極提供穩(wěn)定的電位參考，不受樣品溶液離子組成變化的影響；內(nèi)參比電解液是離子導體，將選擇性膜上的電位變化傳遞到內(nèi)參比電極；電極體則提供機械支撐和保護。4.解析思路：分析電化學信號通常非常微弱（微安、納安甚至更?。虼诵盘柗糯箅娐肥莾x器的關鍵部分。其需要具備的特性包括：高靈敏度，能夠檢測到微弱的電化學信號變化；高增益，可以將微弱信號放大到適合后續(xù)處理和記錄的范圍；高輸入阻抗，以盡量減少對微弱信號源（電極）的影響，避免信號衰減；低噪聲，特別是低噪聲電流放大器，以不淹沒微弱信號為前提進行放大；良好的線性度，確保放大過程中信號不失真；以及一定的抗干擾能力，如共模抑制比，以應對測量環(huán)境中可能存在的噪聲干擾。四、計算題1.解析思路：根據(jù)能斯特方程表達式E=E°-(RT/nF)lnQ。已知E°、T、n，需要計算Q（反應物/產(chǎn)物活度比）。題目給出活度比為1:10，即Q=1/10。將25°C(T=298.15K)代入，R=8.314J/(mol·K)，F(xiàn)=96485C/mol。計算(RT/nF)=(8.314*298.15/(96485*n))。代入E=0.30V-(8.314*298.15/(96485*n))*ln(1/10)。計算括號內(nèi)數(shù)值，注意ln(1/10)=-2.303。最終計算出E值。假設n=1（通常氧化還原反應），計算結果約為-0.04V。如果n=2，結果約為-0.08V。根據(jù)題目條件（活度比1:10），使用n=1的計算結果更符合常見情況（陽極電位更負）。2.解析思路：首先寫出線性掃描伏安法峰電流方程Δi?=(2.303n2F2CDA/dt)=(2.303n2F2CDA)v，其中C是擴散層濃度，D是擴散系數(shù)，A是電極面積，dt是電位掃描時間間隔，v是掃描速率。重排得到D=(Δi?/(2.303n2F2CAv))。已知Δi?、v，還需要計算A和C/dt。題目未給A，通常假設A為已知或可查表（如旋轉圓盤電極有特定面積表達式）。計算C/dt：C是擴散層中分析物濃度，dt=ΔE?/v。因此C/dt=C/(ΔE?/v)=C*v/ΔE?。代入峰電流方程得D=(Δi?/(2.303n2F2v))*(C/ΔE?)=(Δi?/(2.303n2FΔE?))*v。比較此式與題目給定的方程Δi?=(k*v)*ΔE?，可知k=1/(2.303n2FΔE?)。因此，可以通過k=Δi?/(vΔE?)求出k值，再由k=1/(2.303n2FΔE?)求出n。已知v=0.02V/s,Δi?=5.0μA=5.0×10??A,ΔE?=0.20V。計算k=(5.0×10??)/(0.02*0.20)=1.25×10?3A·V?1。代入k=1/(2.303n2FΔE?)，1.25×10?3=1/(2.303n2*96485*0.20)。解此方程求n。計算得到n≈1.06，接近整數(shù)1，可取n=1。然后，將n=1,v,ΔE?,F代入D=(Δi?/(2.303n2FΔE?))*v公式，即可計算出擴散系數(shù)D。計算結果約為1.1×10??cm2/s。五、論述題解析思路：首先，從儀器結構角度分析挑戰(zhàn)：電化學儀器通常包含對濕度、溫度、電磁干擾敏感的電子部件；電極系統(tǒng)（特別是薄膜電極或生物傳感器）易受樣品基質(zhì)影響而污染或失活；在線監(jiān)測時，樣品流動系統(tǒng)可能堵塞或需要抗污染設計。其次，結合環(huán)境監(jiān)測應用場景，論述挑戰(zhàn)：如水體樣品成分復雜（有機物、無機鹽等），易造成電極污染和膜破壞；空氣樣品中