2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——分子設(shè)計在化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.分子設(shè)計的核心思想是根據(jù)目標(biāo)性能，通過理論計算或?qū)嶒灧椒?，有目的地修飾或?gòu)建分子的結(jié)構(gòu)。()A.正確()B.錯誤2.下列哪項不屬于分子設(shè)計在資源化學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向？()A.高效催化劑的設(shè)計與制備()B.環(huán)境污染物的吸附劑開發(fā)()C.藥物分子的發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化()D.生物質(zhì)資源的高效轉(zhuǎn)化與利用3.在設(shè)計用于CO?吸附的材料時，通常需要考慮以下哪個因素，以提高吸附選擇性？()A.材料的機械強度()B.材料的高熱穩(wěn)定性()C.孔道內(nèi)表面具有強極性或含氧官能團()D.材料的成本低廉4.定量構(gòu)效關(guān)系(QSAR)方法主要利用數(shù)學(xué)模型描述分子結(jié)構(gòu)與其何種性質(zhì)之間的關(guān)系？()A.物理性質(zhì)(如熔點)()B.化學(xué)性質(zhì)(如酸堿性)()C.生物活性或理化性質(zhì)()D.穩(wěn)定性5.均相催化反應(yīng)中，通過分子設(shè)計調(diào)節(jié)催化劑電子結(jié)構(gòu)，主要目的是改變其。()A.表觀活性()B.選擇性()C.耐久性()D.以上都是6.金屬有機框架(MOFs)材料在分子設(shè)計中的突出優(yōu)勢之一是其高度的可調(diào)性和可塑性。()A.正確()B.錯誤7.在設(shè)計一種用于資源回收的萃取劑時，關(guān)鍵的目標(biāo)是實現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的高效萃取，同時易于反萃取。()A.正確()B.錯誤8.分子識別的概念在資源化學(xué)領(lǐng)域可用于設(shè)計具有特定選擇性吸附或催化功能的分子或材料。()A.正確()B.錯誤9.利用密度泛函理論(DFT)計算分子前線軌道（HOMO和LUMO）的主要目的是預(yù)測分子的。()A.穩(wěn)定性()B.反應(yīng)活性()C.光學(xué)性質(zhì)()D.電解質(zhì)性質(zhì)10.綠色化學(xué)理念在分子設(shè)計中的應(yīng)用，要求設(shè)計的化學(xué)品和過程應(yīng)最大限度地減少對環(huán)境和人類健康的危害。()A.正確()B.錯誤二、填空題1.分子設(shè)計通常需要考慮兩大要素：分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計和________的設(shè)計。2.基于分子設(shè)計的催化劑開發(fā)，旨在通過調(diào)控活性位點的________、電子結(jié)構(gòu)和空間位阻來優(yōu)化催化性能。3.分子自組裝是指分子通過非共價鍵相互作用自發(fā)地形成具有________結(jié)構(gòu)的過程。4.在利用分子設(shè)計進行吸附劑開發(fā)時，孔徑大小和孔道構(gòu)型是影響吸附劑________的關(guān)鍵因素。5.QSAR模型的建立通常包括分子表征、模型選擇和________三個主要步驟。6.主客體化學(xué)是分子設(shè)計的重要策略之一，利用具有特定空腔或識別位點的________作為主體，與目標(biāo)分子形成具有特定功能的超分子體系。7.設(shè)計用于礦物浸出的藥劑時，需要考慮其與礦物表面的相互作用機制，以及浸出過程的________和選擇性。8.分子設(shè)計思想在藥物開發(fā)中體現(xiàn)為“先導(dǎo)化合物”的發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化以及構(gòu)效關(guān)系的系統(tǒng)研究。9.計算化學(xué)方法在現(xiàn)代分子設(shè)計中扮演著重要角色，可以用于預(yù)測分子的結(jié)構(gòu)、能量、光譜和________等性質(zhì)。10.可持續(xù)發(fā)展的要求推動分子設(shè)計向更加環(huán)境友好的方向發(fā)展，例如設(shè)計可再生來源的分子或開發(fā)原子經(jīng)濟性高的合成路線。三、簡答題1.簡述分子設(shè)計與傳統(tǒng)化學(xué)合成方法在目標(biāo)導(dǎo)向性方面的主要區(qū)別。2.闡述分子識別在吸附劑設(shè)計中的應(yīng)用原理。3.簡要說明計算化學(xué)在分子設(shè)計過程中可以解決哪些關(guān)鍵問題。四、論述題1.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)背景，論述分子設(shè)計思想在開發(fā)高效、選擇性催化材料方面的意義和應(yīng)用途徑。2.探討分子設(shè)計在解決環(huán)境污染問題（如水體或大氣污染物去除）中的挑戰(zhàn)與前景。五、方案設(shè)計題假設(shè)需要設(shè)計一種新型吸附劑用于從工業(yè)廢氣中吸附去除某一種特定的有毒小分子污染物（請自行設(shè)定該污染物的性質(zhì)，如極性、分子量、存在狀態(tài)等），請簡述你的分子設(shè)計思路，包括：1.闡述你將選擇哪種類型的吸附劑主體（如無機、有機、金屬有機框架等），并說明理由。2.說明你將如何設(shè)計或修飾吸附劑表面，以增強對目標(biāo)污染物的吸附能力和選擇性，并簡要說明設(shè)計依據(jù)。3.考慮實際應(yīng)用，簡述該吸附劑需要具備哪些性能，以及如何實現(xiàn)其再生利用。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.C4.C5.D6.A7.A8.A9.B10.A二、填空題1.性能2.組成與結(jié)構(gòu)3.有序4.選擇性5.模型驗證6.客體分子7.效率8.構(gòu)效關(guān)系9.反應(yīng)活性10.原子經(jīng)濟性三、簡答題1.解析思路:分子設(shè)計是以預(yù)期的性能為目標(biāo)，先建立目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系模型或理論，再設(shè)計合成具有特定結(jié)構(gòu)的分子。而傳統(tǒng)化學(xué)合成方法往往是基于已知的反應(yīng)規(guī)律和前驅(qū)體，通過嘗試和經(jīng)驗來合成未知分子，目標(biāo)性能可能是事后驗證或探索性的，缺乏明確的預(yù)先設(shè)計。2.解析思路:分子識別基于分子間相互作用的特異性。設(shè)計吸附劑時，通過引入能夠與目標(biāo)污染物分子發(fā)生強相互作用（如氫鍵、靜電、范德華力、配位作用等）的官能團或結(jié)構(gòu)單元，并構(gòu)建合適的孔道環(huán)境，使得吸附劑對目標(biāo)污染物具有比其他雜質(zhì)更高的結(jié)合親和力或吸附容量，從而實現(xiàn)選擇性吸附。3.解析思路:計算化學(xué)可以預(yù)測分子的幾何構(gòu)型、能量、電子結(jié)構(gòu)、振動光譜、反應(yīng)能壘等，這些信息有助于理解分子性質(zhì)和反應(yīng)機理；可以模擬分子間的相互作用和自組裝行為；可以用于高通量篩選具有特定性質(zhì)分子的候選結(jié)構(gòu)；可以輔助理解實驗結(jié)果；可以用于優(yōu)化反應(yīng)路徑和條件；為實驗合成提供指導(dǎo)。四、論述題1.解析思路:分子設(shè)計在開發(fā)催化材料中的意義在于能夠從原子或分子層面精確調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)、組成、電子性質(zhì)和表面化學(xué)環(huán)境，從而實現(xiàn)對催化活性、選擇性和穩(wěn)定性的理性設(shè)計和優(yōu)化。應(yīng)用途徑包括：設(shè)計具有高本征活性的活性位點（如通過配體調(diào)控金屬中心電子結(jié)構(gòu)）；構(gòu)筑具有特定孔道結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的載體（如MOFs、分子篩）；利用主客體化學(xué)構(gòu)建多相催化體系；設(shè)計具有特定空間位阻的分子以控制反應(yīng)選擇性；利用計算化學(xué)輔助篩選和設(shè)計新型催化劑結(jié)構(gòu)。2.解析思路:挑戰(zhàn)在于污染物種類繁多，性質(zhì)各異，且往往在復(fù)雜體系中存在；需要設(shè)計出對目標(biāo)污染物具有高選擇性、高吸附容量、良好穩(wěn)定性和易再生利用的吸附劑；成本效益和環(huán)境友好性也是重要考量；吸附劑的規(guī)?；苽浜蛻?yīng)用技術(shù)也是難點。前景在于利用分子設(shè)計實現(xiàn)精準(zhǔn)識別和高效去除，如設(shè)計針對特定污染物官能團的吸附位點；利用MOFs等材料設(shè)計可調(diào)控的孔道環(huán)境；開發(fā)智能響應(yīng)型吸附劑；結(jié)合光催化、電催化等協(xié)同作用技術(shù)；利用計算模擬和人工智能加速吸附劑的設(shè)計與篩選進程。五、方案設(shè)計題1.解析思路:(示例性回答，非唯一標(biāo)準(zhǔn))*主體選擇：選擇金屬有機框架（MOFs）材料。理由：MOFs具有可調(diào)的孔徑、比表面積大、化學(xué)組成靈活、可通過改變配體或金屬節(jié)點設(shè)計特定的孔道環(huán)境和表面性質(zhì)，有利于實現(xiàn)對目標(biāo)污染物的高效吸附和選擇性。*表面設(shè)計：在MOFs的配體上引入與目標(biāo)污染物分子具有強相互作用（如氫鍵、靜電相互作用、π-π堆積或配位作用）的官能團。例如，若污染物為極性分子，可引入含氧或含氮官能團；若污染物為疏水性分子，可引入疏水基團；若污染物含有金屬離子，可引入相應(yīng)的配位基團。設(shè)計依據(jù)是利用分子識別原理，增強吸附劑與目標(biāo)污染物之間的結(jié)合力，提高選擇性。