2025年大學(xué)材料化學(xué)（材料合成）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：每題只有一個正確答案，請將正確答案的序號填在括號內(nèi)。(總共10題，每題3分)1.以下哪種方法不屬于材料合成的化學(xué)方法？（）A.沉淀法B.水熱法C.機械球磨法D.溶膠-凝膠法2.在溶膠-凝膠法中，形成溶膠的關(guān)鍵步驟是（）。A.水解反應(yīng)B.縮聚反應(yīng)C.溶劑蒸發(fā)D.溶質(zhì)溶解3.水熱法合成材料時，水的作用不包括（）。A.作為反應(yīng)介質(zhì)B.參與化學(xué)反應(yīng)C.提供壓力D.促進(jìn)晶體生長4.沉淀法合成材料時，沉淀劑的選擇原則不包括（）。A.沉淀溶解度小B.沉淀純凈C.沉淀易于過濾和洗滌D.沉淀劑價格昂貴5.以下哪種材料適合用氣相沉積法合成？（）A.金屬氧化物薄膜B.塊狀金屬C.高分子材料D.陶瓷粉體6.在化學(xué)氣相沉積過程中，氣體的作用是（）。A.提供反應(yīng)原料B.帶走反應(yīng)產(chǎn)物C.影響沉積速率和質(zhì)量D.以上都是7.溶膠-凝膠法合成的材料具有以下特點，除了（）。A.純度高B.粒徑小C.均勻性好D.成本低8.水熱法合成的材料通常具有（）。A.特殊的晶體結(jié)構(gòu)B.較大的粒徑C.低的純度D.簡單的形貌9.沉淀法合成的材料經(jīng)過高溫煅燒后，可能發(fā)生的變化是（）。A.晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變B.粒徑減小C.純度降低D.形貌不變10.氣相沉積法中，物理氣相沉積不包括（）。A.蒸發(fā)沉積B.濺射沉積C.化學(xué)氣相沉積D.離子鍍第II卷（非選擇題共70分）11.簡答題（每題10分，共20分）答題要求：簡要回答問題，條理清晰。（1）簡述溶膠-凝膠法的基本原理及主要步驟。（2）說明水熱法合成材料的優(yōu)點和適用范圍。12.實驗題（15分）答題要求：根據(jù)所給實驗內(nèi)容，回答相關(guān)問題。實驗室采用沉淀法合成碳酸鈣材料。稱取一定量的氯化鈣溶液，逐滴加入碳酸鈉溶液，攪拌均勻后，過濾、洗滌、干燥得到碳酸鈣沉淀。（1）寫出該沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式。（2）沉淀過程中，如何控制沉淀的粒徑大??？（3）洗滌沉淀時，選擇何種洗滌劑？為什么？13.分析題（15分）答題要求：分析給定材料，回答相關(guān)問題。材料：在氣相沉積法合成金屬薄膜的過程中，發(fā)現(xiàn)沉積速率不穩(wěn)定，薄膜表面存在缺陷。（1）請分析沉積速率不穩(wěn)定的可能原因。（2）針對薄膜表面缺陷，提出改進(jìn)措施。14.材料題（10分）答題要求：閱讀材料，回答問題。材料：水熱法合成了一種新型的鋰離子電池正極材料LiFePO?。該材料具有良好的電化學(xué)性能。（1）簡述水熱法合成LiFePO?的主要反應(yīng)過程。（2）與傳統(tǒng)方法合成的LiFePO?相比，水熱法合成的材料有哪些優(yōu)勢？15.設(shè)計題（10分）答題要求：設(shè)計一種用化學(xué)方法合成某種特定功能材料的方案。設(shè)計一種用溶膠-凝膠法合成具有光催化性能的TiO?薄膜的方案，包括原料選擇、反應(yīng)步驟、條件控制等。答案：1.C2.A3.D4.D5.A6.D7.D8.A9.A10.C11.（1）溶膠-凝膠法基本原理：通過金屬有機化合物或金屬鹽在溶劑中發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成溶膠，再經(jīng)干燥、燒結(jié)等過程轉(zhuǎn)變?yōu)槟z和固態(tài)材料。主要步驟：首先將前驅(qū)體溶解于溶劑中形成均勻溶液，接著進(jìn)行水解反應(yīng)生成羥基化合物，然后發(fā)生縮聚反應(yīng)形成溶膠，最后通過干燥和熱處理得到凝膠或固態(tài)產(chǎn)物。（2）水熱法合成材料優(yōu)點：能在相對溫和條件下制備具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料；可實現(xiàn)材料的低溫合成；產(chǎn)物純度高、粒徑小、結(jié)晶度好。適用范圍：適合合成各種無機功能材料、納米材料、陶瓷材料等。12.（1）CaCl?+Na?CO?=CaCO?↓+2NaCl（2）控制沉淀粒徑大小方法：控制碳酸鈉溶液的滴加速度，滴加速度慢可使沉淀粒徑增大；加入適量的晶型調(diào)節(jié)劑；控制反應(yīng)溫度等。（3）選擇蒸餾水洗滌。原因是蒸餾水不引入雜質(zhì)，能有效去除沉淀表面吸附的雜質(zhì)離子，保證沉淀純度。13.（1）沉積速率不穩(wěn)定原因：氣體流量不穩(wěn)定；反應(yīng)溫度波動；前驅(qū)體供應(yīng)不足或不均勻；真空度變化等。（2）改進(jìn)措施：穩(wěn)定氣體流量控制系統(tǒng)；精確控制反應(yīng)溫度并配備溫度穩(wěn)定裝置；確保前驅(qū)體供應(yīng)穩(wěn)定且均勻；定期檢查和維護(hù)真空系統(tǒng)保證真空度穩(wěn)定。14.（1）水熱法合成LiFePO?主要反應(yīng)過程：以鋰鹽、鐵鹽和磷酸鹽為原料，在水熱條件下，各離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過離子交換、配位等作用，逐步形成LiFePO?晶體。（2）優(yōu)勢：水熱法合成的LiFePO?晶體結(jié)構(gòu)更規(guī)整，粒徑更小且分布均勻，有利于鋰離子的嵌入和脫出，從而具有更好的電化學(xué)性能，如更高的比容量、更好的循環(huán)穩(wěn)定性等。15.原料選擇：鈦酸四丁酯作為鈦源，無水乙醇作為溶劑，冰醋酸作為抑制劑，去離子水作為水解劑。反應(yīng)步驟：首先將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，攪拌均勻得到溶液A；將冰醋酸和去離子水混合形成溶液B；在攪