2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——化學智能材料設計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列關于智能材料的基本特征的說法中，錯誤的是（）。A.能夠感知外界環(huán)境的刺激信號B.能夠?qū)Υ碳ば盘栕龀隹蓽y量的響應C.響應過程通常是不可逆的D.響應結(jié)果能夠被利用或轉(zhuǎn)化2.能夠在外力（如應力、應變）作用下改變形狀或尺寸，而當外力去除后能恢復原狀的材料，通常被稱為（）。A.傳感材料B.自修復材料C.形狀記憶材料D.光致變色材料3.基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料在化學智能領域備受關注，其主要優(yōu)勢之一是（）。A.優(yōu)異的機械強度和穩(wěn)定性B.在可見光區(qū)域具有高吸收系數(shù)C.良好的化學惰性和耐腐蝕性D.易于制備成大規(guī)模柔性器件4.在資源化學領域，利用智能材料進行重金屬離子選擇性吸附，主要利用了其（）功能。A.光致變色B.溫度響應C.化學傳感D.離子選擇性識別5.某材料在受到特定頻率的電磁波照射時，其光學性質(zhì)（如透光率、吸收率）發(fā)生可逆變化，這種現(xiàn)象稱為（）。A.形狀記憶效應B.自修復行為C.光致變色效應D.壓電效應6.智能藥物遞送系統(tǒng)利用材料的（）特性，實現(xiàn)藥物在特定時間或部位的控制釋放。A.磁響應B.溫度響應C.pH響應D.電磁響應7.下列不屬于常見物理刺激響應智能材料的是（）。A.溫度敏感材料B.光敏感材料C.電磁場敏感材料D.CO2敏感材料8.在資源回收利用過程中，智能傳感材料可用于（）。A.實時監(jiān)測環(huán)境溫度B.檢測特定有價值元素的濃度C.自動調(diào)節(jié)設備運行溫度D.控制材料的光致變色狀態(tài)9.設計一種用于CO2資源化利用的智能催化材料，其設計目標可能不包括（）。A.提高CO2轉(zhuǎn)化效率B.實現(xiàn)產(chǎn)物選擇性控制C.降低反應活化能D.實現(xiàn)對反應環(huán)境的智能感知與調(diào)控10.將智能材料與納米技術相結(jié)合，可以制備出具有特殊性能的納米智能材料，其主要優(yōu)勢在于（）。A.顯著提高了材料的密度B.大幅增強了材料的力學性能C.降低了材料的成本D.實現(xiàn)了在微觀尺度上的智能響應與功能集成二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在題中橫線上。）1.智能材料是指能夠感知（______），并對其做出（______）或主動適應的智能材料體系。2.常見的智能材料響應類型包括物理響應（如光、溫、電、磁、聲）、化學響應和（______）響應。3.形狀記憶合金（SMA）具有兩種相結(jié)構(gòu)，其形狀記憶效應源于（______）相和（______）相之間的可逆相變。4.設計化學智能材料時，需要綜合考慮材料的（______）、（______）、（______）和響應性能等因素。5.在資源化學中，智能吸附材料可用于（______）和（______）等過程。6.基于智能材料的傳感技術，可以實現(xiàn)環(huán)境（______）和（______）的實時監(jiān)測。7.自修復材料是指能夠在（______）作用下，自行修復損傷或恢復原有功能的材料。三、名詞解釋（每小題3分，共12分。請給出下列名詞的準確定義。）1.化學傳感材料2.自修復材料3.鈣鈦礦材料4.資源化學四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述智能材料與傳統(tǒng)材料的主要區(qū)別。2.闡述化學智能材料在環(huán)境監(jiān)測與治理方面的主要應用途徑。3.設計一種用于從復雜體系中選擇性提取某種金屬離子（如Li+）的智能吸附材料，請簡述其設計思路。4.結(jié)合資源化學的專業(yè)背景，談談你對化學智能材料未來發(fā)展方向的理解。五、論述題（10分。請就下列問題展開論述。）結(jié)合具體實例，論述化學智能材料的設計如何能夠促進資源化學領域的發(fā)展，并分析在設計過程中可能遇到的關鍵挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.D5.C6.C7.D8.B9.D10.D二、填空題1.外界環(huán)境刺激信號，可測量響應或主動適應2.生物3.馬氏體，奧氏體4.結(jié)構(gòu)，組成，性能5.資源提取，環(huán)境修復6.參數(shù)，成分7.物理、化學或生物損傷三、名詞解釋1.化學傳感材料：指能夠感知特定化學物質(zhì)（analyte）的存在并產(chǎn)生可測信號（如光學、電學信號）的材料。2.自修復材料：指能夠在內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞（如斷裂、裂紋）后，通過自身或外部刺激（如光、熱）作用，自行修復損傷并恢復原有性能或功能的材料。3.鈣鈦礦材料：指具有ABO3型晶體結(jié)構(gòu)（或其衍生物）的一類材料，其中A位通常為較大離子（如稀土離子、堿金屬離子），B位為過渡金屬離子，O位為氧離子，因其優(yōu)異的光、電、磁等性質(zhì)而備受關注。4.資源化學：是一門研究資源（包括礦產(chǎn)資源、能源、環(huán)境資源、生物資源等）的合理開發(fā)、高效利用、循環(huán)再生和環(huán)境保護的交叉學科，旨在解決資源短缺和環(huán)境問題。四、簡答題1.答：智能材料與傳統(tǒng)材料的主要區(qū)別在于：①感知能力，智能材料能夠感知外部環(huán)境的刺激信號；②響應能力，智能材料能夠?qū)Ω兄降拇碳ぷ龀隹蓽y量的響應或主動適應；③功能集成，智能材料通常將感知和響應功能與執(zhí)行功能（如驅(qū)動、傳感、存儲等）集成在一起；④自適應性，智能材料能夠根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整自身狀態(tài)或行為。2.答：化學智能材料在環(huán)境監(jiān)測與治理方面的應用途徑主要包括：①作為智能傳感材料，用于實時、在線、高選擇性地檢測水體、大氣中的污染物（如重金屬離子、有機污染物、氣體等）；②作為智能吸附/凈化材料，能夠根據(jù)環(huán)境條件（如pH、濃度、溫度）的變化，選擇性吸附或釋放污染物，實現(xiàn)污染物的富集和去除；③作為智能催化材料，能夠響應特定環(huán)境刺激（如光、pH、氧化還原電位）來調(diào)控催化反應，提高催化效率或選擇性，用于環(huán)境污染物的降解或資源化轉(zhuǎn)化。3.答：設計一種用于選擇性提取某種金屬離子（如Li+）的智能吸附材料，其設計思路應基于“識別-響應”原理：①識別目標離子，研究Li+的離子半徑、電荷密度、水合能等特性，以及與常見干擾離子的差異；②選擇識別位點，設計具有特定孔道結(jié)構(gòu)、表面官能團或金屬配位位的材料，使其能夠與目標Li+離子發(fā)生選擇性相互作用（如離子交換、配位鍵合、靜電吸引等）；③引入智能響應單元，將識別位點與智能響應單元（如pH敏感基團、離子敏感基團、形狀記憶結(jié)構(gòu)等）結(jié)合，使吸附行為能夠在外界環(huán)境條件（如pH、離子強度、電場、溫度等）變化時發(fā)生調(diào)控，實現(xiàn)對Li+離子的智能富集、解吸或釋放；④考慮材料性能，確保材料具有良好的吸附容量、選擇性、穩(wěn)定性、再生性能和循環(huán)穩(wěn)定性。4.答：化學智能材料的設計能夠通過以下方面促進資源化學領域的發(fā)展：①提高資源利用效率，例如，利用智能傳感材料實時監(jiān)測礦床品位或冶煉過程參數(shù)，優(yōu)化工藝；利用智能吸附/萃取材料實現(xiàn)低品位資源或廢水中目標元素的精準富集和高效回收；②促進資源清潔轉(zhuǎn)化，例如，設計智能光催化材料用于CO2還原制高附加值化學品，或用于太陽能驅(qū)動下的環(huán)境污染治理；③開發(fā)新型資源獲取技術，例如，利用智能材料開發(fā)新型生物采礦技術或智能深海資源勘探技術。關鍵挑戰(zhàn)在于：①設計具有高選擇性、高靈敏度和低檢測限的智能傳感材料；②開發(fā)具有優(yōu)異性能（高容量、高選擇性、高穩(wěn)定性、易回收）且響應可控的智能吸附/轉(zhuǎn)化材料；③實現(xiàn)智能材料與資源化學過程的深度融合，解決規(guī)?；瘧弥械某杀?、壽命、兼容性等問題；④基礎理論與設計方法的突破，需要更深入地理解材料結(jié)構(gòu)-性能-響應機制之間的關系。五、論述題（以下為論述要點，具體答案應展開詳細闡述）論述要點：1.智能材料的設計如何促進資源化學發(fā)展：*提高資源勘探與評價的精準度：智能傳感材料可用于實時監(jiān)測地殼環(huán)境參數(shù)或指示礦物存在，輔助找礦。*提升資源開采與冶煉效率：智能材料可用于優(yōu)化浮選、萃取過程，或用于智能控溫控壓的冶煉技術。*促進低品位資源和高附加值利用：智能吸附/萃取材料能有效分離純化低濃度有價值元素；智能催化材料能選擇性轉(zhuǎn)化資源，實現(xiàn)增值。*推動資源循環(huán)利用與環(huán)境修復：智能材料可用于高效吸附回收工業(yè)廢水中的重金屬或貴金屬，實現(xiàn)廢物的資源化；智能光催化等材料可用于環(huán)境污染物（如廢舊電池中的有害物質(zhì)）的徹底降解。*開拓新型資源獲取途徑：結(jié)合生物技術，智能生物材料可能用于生物采礦等綠色資源獲取方式。2.設計過程中可能遇到的關鍵挑戰(zhàn)：*選擇性挑戰(zhàn)：在復雜體系中實現(xiàn)對目標資源的精準識別和選擇性分離/轉(zhuǎn)化，避免干擾物的影響。*響應性能挑戰(zhàn)：設計的智能響應需快速、靈敏、可逆、可控，并能適應實際工作環(huán)境的苛刻條件（如高溫、高壓、強腐蝕）。*穩(wěn)定性與壽命挑戰(zhàn)：智能材