2025年大学材料化学（材料合成）试题及答案

2025年大学材料化学（材料合成）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)1.以下哪种方法不属于材料合成的化学方法？（）A.沉淀法B.水热法C.机械球磨法D.溶胶-凝胶法2.在溶胶-凝胶法中，形成溶胶的关键步骤是（）。A.水解反应B.缩聚反应C.溶剂蒸发D.溶质溶解3.水热法合成材料时，水的作用不包括（）。A.作为反应介质B.参与化学反应C.提供压力D.促进晶体生长4.沉淀法合成材料时，沉淀剂的选择原则不包括（）。A.沉淀溶解度小B.沉淀纯净C.沉淀易于过滤和洗涤D.沉淀剂价格昂贵5.以下哪种材料适合用气相沉积法合成？（）A.金属氧化物薄膜B.块状金属C.高分子材料D.陶瓷粉体6.在化学气相沉积过程中，气体的作用是（）。A.提供反应原料B.带走反应产物C.影响沉积速率和质量D.以上都是7.溶胶-凝胶法合成的材料具有以下特点，除了（）。A.纯度高B.粒径小C.均匀性好D.成本低8.水热法合成的材料通常具有（）。A.特殊的晶体结构B.较大的粒径C.低的纯度D.简单的形貌9.沉淀法合成的材料经过高温煅烧后，可能发生的变化是（）。A.晶体结构转变B.粒径减小C.纯度降低D.形貌不变10.气相沉积法中，物理气相沉积不包括（）。A.蒸发沉积B.溅射沉积C.化学气相沉积D.离子镀第II卷（非选择题共70分）11.简答题（每题10分，共20分）答题要求：简要回答问题，条理清晰。（1）简述溶胶-凝胶法的基本原理及主要步骤。（2）说明水热法合成材料的优点和适用范围。12.实验题（15分）答题要求：根据所给实验内容，回答相关问题。实验室采用沉淀法合成碳酸钙材料。称取一定量的氯化钙溶液，逐滴加入碳酸钠溶液，搅拌均匀后，过滤、洗涤、干燥得到碳酸钙沉淀。（1）写出该沉淀反应的化学方程式。（2）沉淀过程中，如何控制沉淀的粒径大小？（3）洗涤沉淀时，选择何种洗涤剂？为什么？13.分析题（15分）答题要求：分析给定材料，回答相关问题。材料：在气相沉积法合成金属薄膜的过程中，发现沉积速率不稳定，薄膜表面存在缺陷。（1）请分析沉积速率不稳定的可能原因。（2）针对薄膜表面缺陷，提出改进措施。14.材料题（10分）答题要求：阅读材料，回答问题。材料：水热法合成了一种新型的锂离子电池正极材料LiFePO₄。该材料具有良好的电化学性能。（1）简述水热法合成LiFePO₄的主要反应过程。（2）与传统方法合成的LiFePO₄相比，水热法合成的材料有哪些优势？15.设计题（10分）答题要求：设计一种用化学方法合成某种特定功能材料的方案。设计一种用溶胶-凝胶法合成具有光催化性能的TiO₂薄膜的方案，包括原料选择、反应步骤、条件控制等。答案：1.C2.A3.D4.D5.A6.D7.D8.A9.A10.C11.（1）溶胶-凝胶法基本原理：通过金属有机化合物或金属盐在溶剂中发生水解和缩聚反应，形成溶胶，再经干燥、烧结等过程转变为凝胶和固态材料。主要步骤：首先将前驱体溶解于溶剂中形成均匀溶液，接着进行水解反应生成羟基化合物，然后发生缩聚反应形成溶胶，最后通过干燥和热处理得到凝胶或固态产物。（2）水热法合成材料优点：能在相对温和条件下制备具有特殊结构和性能的材料；可实现材料的低温合成；产物纯度高、粒径小、结晶度好。适用范围：适合合成各种无机功能材料、纳米材料、陶瓷材料等。12.（1）CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl（2）控制沉淀粒径大小方法：控制碳酸钠溶液的滴加速度，滴加速度慢可使沉淀粒径增大；加入适量的晶型调节剂；控制反应温度等。（3）选择蒸馏水洗涤。原因是蒸馏水不引入杂质，能有效去除沉淀表面吸附的杂质离子，保证沉淀纯度。13.（1）沉积速率不稳定原因：气体流量不稳定；反应温度波动；前驱体供应不足或不均匀；真空度变化等。（2）改进措施：稳定气体流量控制系统；精确控制反应温度并配备温度稳定装置；确保前驱体供应稳定且均匀；定期检查和维护真空系统保证真空度稳定。14.（1）水热法合成LiFePO₄主要反应过程：以锂盐、铁盐和磷酸盐为原料，在水热条件下，各离子发生化学反应，通过离子交换、配位等作用，逐步形成LiFePO₄晶体。（2）优势：水热法合成的LiFePO₄晶体结构更规整，粒径更小且分布均匀，有利于锂离子的嵌入和脱出，从而具有更好的电化学性能，如更高的比容量、更好的循环稳定性等。15.原料选择：钛酸四丁酯作为钛源，无水乙醇作为溶剂，冰醋酸作为抑制剂，去离子水作为水解剂。反应步骤：首先将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到溶液A；将冰醋酸和去离子水混合形成溶液B；在搅