2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——電化學(xué)傳感器技術(shù)在環(huán)境治理中的應(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。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.電化學(xué)傳感器的基本工作原理通常涉及（）。a)氧化還原反應(yīng)b)離子交換c)產(chǎn)生電位差d)電流的變化e)電磁感應(yīng)2.在電化學(xué)傳感器的三電極體系中，工作電極、參比電極和對電極各自的主要作用是（）。a)工作電極：發(fā)生目標(biāo)分析物氧化或還原反應(yīng)b)參比電極：提供恒定電位參考c)對電極：完成電子轉(zhuǎn)移，與工作電極電位相同d)工作電極：提供恒定電流e)參比電極：與溶液pH變化同步3.下列哪些材料常被用作電化學(xué)傳感器的電極材料？（）a)貴金屬（鉑、金）b)金屬氧化物（氧化鐵、氧化釕）c)碳基材料（石墨、碳納米管、石墨烯）d)金屬離子e)高分子聚合物4.提高電化學(xué)傳感器選擇性的方法可能包括（）。a)選擇對目標(biāo)分析物具有特殊識別能力的敏感材料b)優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)，如增加選擇性涂層c)利用光譜技術(shù)進(jìn)行補償d)選擇合適的測量方法（如選擇特定波形伏安法）e)提高傳感器的響應(yīng)靈敏度5.電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用廣泛，以下哪些物質(zhì)是常見的環(huán)境污染物，可用電化學(xué)傳感器進(jìn)行檢測？（）a)水體中的重金屬離子（如Cu2?,Pb2?）b)水體中的陰離子（如Cl?,SO?2?）c)水體中的有機污染物（如硝酸鹽NO??,亞硝酸鹽NO??,酚）d)大氣中的揮發(fā)性有機物（VOCs）e)水體中的氨氮（NH?-N）6.下列哪些因素可能影響電化學(xué)傳感器在實際環(huán)境樣品中的測量結(jié)果？（）a)樣品的復(fù)雜基質(zhì)（如高鹽度、天然有機物）b)溶液的pH值變化c)共存干擾物的存在d)溫度和濕度的變化e)傳感器本身的長期穩(wěn)定性7.電化學(xué)傳感器相比其他監(jiān)測技術(shù)（如色譜、光譜法）在環(huán)境監(jiān)測中可能具有的優(yōu)勢有（）。a)靈敏度高b)分析速度快c)設(shè)備成本相對較低d)可實現(xiàn)實時在線監(jiān)測e)操作簡便8.提升電化學(xué)傳感器在實際應(yīng)用中穩(wěn)定性和壽命的策略可能包括（）。a)采用耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定的電極材料b)對電極表面進(jìn)行保護(hù)和修飾c)優(yōu)化傳感器的封裝設(shè)計，隔絕惡劣環(huán)境d)定期校準(zhǔn)和更換傳感器e)降低傳感器的使用頻率9.集成化和微型化電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在（）。a)降低樣品前處理成本b)實現(xiàn)便攜式或手持式檢測設(shè)備c)進(jìn)行大規(guī)模、分布式實時監(jiān)測d)提高檢測的準(zhǔn)確度e)減少能耗10.下列關(guān)于電化學(xué)傳感器發(fā)展趨勢的描述，哪些是正確的？（）a)與生物分子（如酶、抗體）結(jié)合形成生物傳感器b)利用納米材料（如石墨烯、量子點）提高性能c)發(fā)展無線傳輸和智能數(shù)據(jù)處理功能的傳感器d)更加注重傳感器在復(fù)雜現(xiàn)場條件下的穩(wěn)定性和可靠性e)減少對貴金屬材料的使用二、填空題（每空2分，共20分）1.電化學(xué)傳感器通?；陔娀瘜W(xué)電池的_________進(jìn)行工作，將待測物質(zhì)的_________轉(zhuǎn)化為可測量的_________信號。2.伏安法是常用的電化學(xué)測量技術(shù)，根據(jù)掃描電壓的方式不同，主要可分為_________、_________和_________。3.在電化學(xué)傳感器設(shè)計中，選擇合適的_________是決定傳感器性能（如靈敏度、選擇性）的關(guān)鍵因素之一。4.為了消除背景電流的干擾，提高檢測選擇性，電化學(xué)傳感器常采用_________體系。5.電化學(xué)傳感器用于水體中重金屬離子檢測時，常面臨_________離子的干擾問題，需要通過_________或_________等方法加以克服。6.電化學(xué)傳感器的_________是指傳感器對目標(biāo)分析物產(chǎn)生穩(wěn)定響應(yīng)所需的時間。7.用于實時監(jiān)測水體COD的在線電化學(xué)傳感器，通?；赺________的氧化還原反應(yīng)原理。8.提高電化學(xué)傳感器在復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)中穩(wěn)定性的一個重要途徑是_________電極表面。9.石墨烯因其優(yōu)異的_________、_________和導(dǎo)電性，已成為電化學(xué)傳感器領(lǐng)域的研究熱點。10.將電化學(xué)傳感器集成到小型芯片上，并結(jié)合微流控技術(shù)，可實現(xiàn)對環(huán)境樣品的_________和_________。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述電位法測量原理及其在環(huán)境監(jiān)測中的一種具體應(yīng)用。2.簡述電化學(xué)傳感器靈敏度的概念及其主要影響因素。3.簡述電化學(xué)傳感器在環(huán)境治理中進(jìn)行實時在線監(jiān)測的主要優(yōu)勢。四、分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)計一種用于檢測地下水中痕量硝酸鹽（NO??）的電化學(xué)傳感器，請說明其基本工作原理，并列舉至少三種可能用于構(gòu)建傳感器的敏感材料及其理由。2.分析電化學(xué)傳感器在應(yīng)用于監(jiān)測工業(yè)廢水中的酚類化合物時，可能遇到的主要挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案。---試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.(a),(c),(d)*解析：電化學(xué)傳感器基于法拉第電化學(xué)反應(yīng)，涉及氧化還原過程(c)，產(chǎn)生電位差(c)或電流變化(d)來進(jìn)行檢測。離子交換(b)不是電化學(xué)傳感器的核心原理，電磁感應(yīng)(e)是電感式傳感器的原理。2.(a),(b),(c)*解析：三電極體系定義明確：工作電極(a)發(fā)生目標(biāo)反應(yīng)；參比電極(b)提供恒定電位參照；對電極(c)完成電子轉(zhuǎn)移以維持電解質(zhì)平衡，其電位與工作電極（除極化外）相同。選項(d),(e)描述錯誤。3.(a),(b),(c)*解析：貴金屬、金屬氧化物和碳基材料因其良好的導(dǎo)電性、催化活性或表面修飾能力，是常用的電化學(xué)傳感器電極材料。金屬離子本身通常不是電極材料，高分子聚合物有時用作膜材料而非主要電極材料。4.(a),(b),(d)*解析：選擇性源于材料識別(a)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化(b)或測量方法選擇(d)。光譜補償(c)是輔助手段，提高靈敏度(e)不能保證選擇性。5.(a),(c),(d),(e)*解析：重金屬離子(a)、特定陰離子(b)雖是污染物，但通常不是用電化學(xué)傳感器測定的重點。硝酸鹽(c)、VOCs(d)、氨氮(e)是電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測中常見的檢測對象。6.(a),(b),(c),(d)*解析：復(fù)雜基質(zhì)(a)、pH(b)、干擾物(c)、溫濕度(d)都會顯著影響電化學(xué)反應(yīng)和電極過程，從而影響測量結(jié)果。傳感器自身穩(wěn)定性(e)影響測量重復(fù)性和壽命，但不直接干擾單次測量結(jié)果。7.(a),(b),(c),(d)*解析：電化學(xué)傳感器通常具有高靈敏度(a)、快分析速度(b)、相對較低的成本(c)、可實現(xiàn)實時在線監(jiān)測(d)。但其準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性可能不如色譜或光譜法。8.(a),(b),(c),(d),(e)*解析：所有選項都是提升傳感器穩(wěn)定性和壽命的常用策略：選用穩(wěn)定材料(a)、表面保護(hù)(b)、良好封裝(c)、定期維護(hù)(d)、合理使用(e)。9.(b),(c),(e)*解析：集成化和微型化主要帶來便攜性(b)、分布式監(jiān)測(c)和潛在的降低成本、減少能耗(e)的優(yōu)勢。樣品前處理成本(a)可能增加，準(zhǔn)確度(d)可能受限于小型化過程中的技術(shù)挑戰(zhàn)。10.(a),(b),(c),(d),(e)*解析：所有選項均描述了電化學(xué)傳感器當(dāng)前或未來的發(fā)展趨勢：生物傳感(a)、納米材料(b)、智能化(c)、穩(wěn)定性(d)、低成本(e)。二、填空題（每空2分，共20分）1.電極電位，濃度（或相關(guān)量），電化學(xué)*解析：電化學(xué)傳感器通過測量與待測物濃度相關(guān)的電極電位變化，或測量與待測物反應(yīng)相關(guān)的電化學(xué)電流，實現(xiàn)檢測。2.線性掃描伏安法，循環(huán)伏安法，方波伏安法*解析：這是伏安法中最基本和常用的三種技術(shù)，通過施加不同方式的電位掃描來獲取信息。3.敏感材料（或電極材料）*解析：材料的電子性質(zhì)、表面化學(xué)特性直接決定了傳感器的靈敏度和選擇性。4.三電極*解析：使用參比電極和對電極是構(gòu)成能夠精確測量工作電極電位或電流、并消除自身電位變化影響的關(guān)鍵。5.鈣（或其他堿土金屬，如鎂），選擇性好一點的氧化還原指示劑（或催化材料），內(nèi)電解質(zhì)*解析：Ca2?等與Pb2?離子化學(xué)性質(zhì)相似，易造成干擾?？衫肞b2?與特定指示劑反應(yīng)顯色/改變電位，或改變電解質(zhì)組成來提高選擇性。6.響應(yīng)時間（或應(yīng)答時間）*解析：指從施加信號到傳感器產(chǎn)生穩(wěn)定響應(yīng)信號所需的時間。7.酶（或微生物），氧*解析：常見的在線COD傳感器基于微生物代謝有機物消耗氧氣，或酶催化氧化有機物消耗氧氣，通過測量氧氣的消耗量推算COD。8.表面修飾（或覆蓋保護(hù)層）*解析：通過物理或化學(xué)方法在電極表面覆蓋一層穩(wěn)定、選擇性好的材料，可以保護(hù)底層敏感材料，提高穩(wěn)定性。9.導(dǎo)電性，比表面積大*解析：石墨烯的優(yōu)異導(dǎo)電性和極高的比表面積使其成為優(yōu)良的電極材料和電化學(xué)傳感器的敏感材料。10.現(xiàn)場采樣，原位分析*解析：集成化和微型化使得傳感器可以方便地帶到樣品現(xiàn)場進(jìn)行檢測，實現(xiàn)原位實時分析。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述電位法測量原理及其在環(huán)境監(jiān)測中的一種具體應(yīng)用。*解析：電位法基于能斯特方程，測量的是工作電極與參比電極之間由于待測離子活度（或濃度）變化而產(chǎn)生的電位差。當(dāng)其他條件固定時，電極電位與待測離子活度呈線性關(guān)系。具體應(yīng)用：如使用離子選擇性電極（ISE）測量水樣中的pH值、氯離子（Cl?）、銨離子（NH??）等離子的濃度。2.簡述電化學(xué)傳感器靈敏度的概念及其主要影響因素。*解析：靈敏度是指電化學(xué)傳感器對單位濃度變化或單位質(zhì)量變化的目標(biāo)分析物的響應(yīng)信號（如電流、電位）的大小。數(shù)值上通常表示為信號變化量與濃度變化量的比值。主要影響因素包括：敏感材料的電化學(xué)活性、電極表面積、電極與目標(biāo)物之間的相互作用強度、測量方法的線性范圍和噪聲水平等。3.簡述電化學(xué)傳感器在環(huán)境治理中進(jìn)行實時在線監(jiān)測的主要優(yōu)勢。*解析：優(yōu)勢在于能夠連續(xù)、即時地監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量變化，提供實時數(shù)據(jù)流，便于及時發(fā)現(xiàn)污染事件、評估治理效果、優(yōu)化控制策略。相比離線采樣分析，可減少人工操作、縮短數(shù)據(jù)獲取時間、提高監(jiān)測的時空分辨率。四、分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)計一種用于檢測地下水中痕量硝酸鹽（NO??）的電化學(xué)傳感器，請說明其基本工作原理，并列舉至少三種可能用于構(gòu)建傳感器的敏感材料及其理由。*解析：基本工作原理：利用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，將目標(biāo)分析物硝酸鹽（NO??）在傳感器工作電極表面氧化成具有可測量信號（如電流或電位）的物質(zhì)（如NO??或N?O?），通過測量該氧化過程的電流（如線性掃描伏安法或計時電流法）或電位變化來定量檢測NO??濃度。*可能的敏感材料及理由：*氧化釕（RuO?）：具有優(yōu)異的氧化催化活性，能催化NO??的還原，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是常用的NO??傳感器材料。*石墨烯：具有極高的比表面積和優(yōu)異的導(dǎo)電性，有利于提供大量活性位點，提高靈敏度和響應(yīng)速度，且易于功能化以增強選擇性。*介孔金屬氧化物（如介孔TiO?）：具有大的比表面積和有序的孔道結(jié)構(gòu)，有利于目標(biāo)物擴(kuò)散和吸附，并提供豐富的活性位點，同時其半導(dǎo)體特性可用于設(shè)計氧化還原型傳感器。2.分析電化學(xué)傳感器在應(yīng)用于監(jiān)測工業(yè)廢水中的酚類化合物時，可能遇到的主要挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案。*解析：主要挑戰(zhàn)：*基質(zhì)復(fù)雜性：工業(yè)廢水中常含有高鹽分、多種有機物、懸浮顆粒等，會干擾傳感器的響應(yīng)，導(dǎo)致信號漂移、選擇性下降。*干擾物存在：廢水中可能存在其他具有還原性的物質(zhì)（如亞硫酸鹽）或氧化性的物質(zhì)，會與酚類競爭電子或在電極表面發(fā)生副反應(yīng)，干擾測定。*電極穩(wěn)定性：酚類化合物可能具有腐蝕性或吸附性強，導(dǎo)致電極表面中毒或鈍化，影響傳感器的長期穩(wěn)定性和壽命。*解決方案：*選擇性好材