2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子科學(xué)與工程專業(yè)技術(shù)項(xiàng)目考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種分子間作用力在超分子組裝中起著關(guān)鍵作用，使其能夠形成有序結(jié)構(gòu)？A.離子鍵B.共價鍵C.范德華力D.靜電引力2.在設(shè)計高分子材料時，欲獲得高柔韌性，應(yīng)優(yōu)先考慮以下哪種側(cè)基？A.苯環(huán)B.氯原子C.甲氧基D.己基3.下列哪種光譜技術(shù)主要用于測定不飽和有機(jī)物的碳碳雙鍵或三鍵的存在及相對位置？A.核磁共振（NMR）波譜B.紅外（IR）光譜C.質(zhì)譜（MS）D.紫外-可見（UV-Vis）光譜4.下列關(guān)于分子模擬的說法中，錯誤的是？A.分子動力學(xué)模擬可以研究分子的動態(tài)行為和平衡性質(zhì)。B.量子化學(xué)計算可以精確預(yù)測分子的結(jié)構(gòu)和水合能。C.分子模擬只能提供定性的結(jié)果，無法進(jìn)行定量預(yù)測。D.分子模擬是理解分子間相互作用的重要工具。5.在生物分子工程中，改造酶的結(jié)構(gòu)以提高其熱穩(wěn)定性的主要策略之一是？A.引入疏水氨基酸替換親水氨基酸。B.增加酶分子中的鹽橋數(shù)量。C.降低酶分子的分子量。D.改變酶的作用底物。6.制備納米粒子時，采用溶劑熱法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？A.成本低廉，操作簡單。B.可在高溫高壓下合成，晶粒尺寸均勻。C.適用于所有類型的納米材料制備。D.不需要使用任何有機(jī)溶劑。7.下列哪種材料通常被認(rèn)為是一種具有高比表面積和優(yōu)異吸附性能的多孔材料？A.金屬有機(jī)框架（MOF）B.普通金屬粉末C.高分子聚合物D.陶瓷材料8.在設(shè)計分子自組裝結(jié)構(gòu)時，利用“疏水效應(yīng)”通常是為了？A.促進(jìn)親水基團(tuán)之間的聚集。B.使疏水基團(tuán)暴露在水相中。C.形成疏水核心，親水外殼的結(jié)構(gòu)。D.增加體系的熵值。9.對于一個簡單的化學(xué)反應(yīng)，若要增加其正向反應(yīng)速率，下列措施中最直接有效的是？A.降低反應(yīng)溫度。B.增加反應(yīng)物濃度。C.降低反應(yīng)物活化能。D.增加產(chǎn)物濃度。10.在評估一種新型功能材料的性能時，以下哪個指標(biāo)通常不直接相關(guān)？A.機(jī)械強(qiáng)度B.透明度C.生物相容性D.理論計算得到的能量bandgap二、填空題（每空1分，共15分）1.分子工程的核心思想是根據(jù)需求，對分子的______、______和______進(jìn)行設(shè)計、創(chuàng)造和調(diào)控。2.紅外光譜中，官能團(tuán)的特征吸收峰通常出現(xiàn)在______cm?1范圍內(nèi)。3.高分子材料的熱轉(zhuǎn)變溫度，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），與其分子鏈段的______密切相關(guān)。4.分子模擬中，力場參數(shù)的選取對模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有重要影響，其作用是描述原子間的______和______。5.酶催化反應(yīng)具有高效率和高選擇性，其高選擇性源于酶活性位點(diǎn)與底物之間的高度______。6.制備量子點(diǎn)時，通過控制反應(yīng)物的______和______，可以精確調(diào)控其尺寸和光學(xué)性質(zhì)。7.生物醫(yī)用材料在設(shè)計和應(yīng)用時，必須考慮其與人體組織的______和______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述分子識別的基本原理及其在分子組裝中的應(yīng)用。2.比較離子凝膠和共價凝膠在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用上的主要區(qū)別。3.簡述利用計算機(jī)模擬技術(shù)研究分子間相互作用的一般步驟。4.簡述在分子合成路線設(shè)計時，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？四、計算題（共10分）已知某聚合物樣品的質(zhì)量為1.5g，其密度為1.25g/cm3。將該聚合物溶解在合適的溶劑中，配制成100mL溶液。取1mL該溶液，用旋光儀測得旋光度為6.72度。已知該旋光儀的靈敏度常數(shù)（旋光度/濃度·分米）為1.5。請計算該聚合物的分子量（提示：需先計算溶液濃度，再根據(jù)旋光度公式計算摩爾濃度，最后結(jié)合分子量定義式計算）。假設(shè)聚合物在溶液中完全伸展，其分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑Rg約為分子量M的0.6倍（Rg=0.6*sqrt(M))。請估算該聚合物分子鏈在溶液中的回轉(zhuǎn)半徑。五、方案設(shè)計與分析題（共35分）設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)方案，用于合成一種新型有機(jī)/inorganic雜化光催化材料，該材料旨在提高可見光下降解有機(jī)污染物的效率。請詳細(xì)闡述以下內(nèi)容：1.（10分）目標(biāo)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，說明選擇有機(jī)和無機(jī)組分的原因，以及它們?nèi)绾螀f(xié)同作用以提高光催化性能。2.（10分）合成路線的設(shè)計，包括主要步驟、反應(yīng)條件（溫度、時間、溶劑、催化劑等）、預(yù)期產(chǎn)物的表征方法（至少三種）。3.（15分）簡要分析該材料在光催化降解有機(jī)污染物應(yīng)用中可能遇到的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案或優(yōu)化方向。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.B6.B7.A8.C9.B10.D二、填空題1.結(jié)構(gòu)，組成，功能2.4000-40003.運(yùn)動能力（或鏈段運(yùn)動）4.相互作用，勢能5.匹配（或互補(bǔ)）6.濃度，溫度（或濃度，時間）7.相容性，生物安全性（或相容性，無毒）三、簡答題1.解析思路：分子識別是基于分子間相互作用（如氫鍵、范德華力、靜電作用等）的特異性，使得一個分子（識別體）能夠選擇性地結(jié)合另一個分子（識別物）的過程。在分子組裝中，利用分子識別原理可以構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系，例如通過設(shè)計識別單元形成有序的納米結(jié)構(gòu)或智能響應(yīng)材料。2.解析思路：離子凝膠通過離子鍵或離子-氫鍵交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通常具有較好的水溶性和離子導(dǎo)電性，但機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性可能相對較低。共價凝膠通過分子內(nèi)共價鍵交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)，通常具有更高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，但可能難溶于溶劑。應(yīng)用上，離子凝膠可用于離子存儲、傳感等，共價凝膠則更多用于結(jié)構(gòu)材料、藥物緩釋載體等。3.解析思路：利用計算機(jī)模擬研究分子間相互作用的一般步驟包括：1）定義研究系統(tǒng)：確定目標(biāo)分子或體系，設(shè)定邊界條件。2）選擇合適的模擬方法：根據(jù)研究目的選擇分子動力學(xué)（MD）或量子化學(xué)（QC）等方法。3）建立初始結(jié)構(gòu)：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫或理論計算構(gòu)建體系的初始幾何構(gòu)型。4）參數(shù)化：為體系中的原子或分子定義力場參數(shù)（如鍵長、鍵角、角振動常數(shù)、非鍵相互作用參數(shù)等）。5）進(jìn)行模擬運(yùn)行：在選定的溫度、壓力或恒容恒壓等條件下運(yùn)行模擬，軌跡數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。6）分析結(jié)果：對模擬得到的軌跡或穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如計算能量、距離、角、徑向分布函數(shù)、構(gòu)象分布等，以研究分子間相互作用和動態(tài)行為。4.解析思路：分子合成路線設(shè)計時需考慮的關(guān)鍵因素包括：1）目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和目標(biāo)產(chǎn)率。2）合成步驟的可行性和邏輯性，官能團(tuán)轉(zhuǎn)化是否高效、選擇性好。3）反應(yīng)條件的安全性、溫和性和經(jīng)濟(jì)性（試劑、溶劑、溫度、壓力）。4）產(chǎn)物的分離純化方法是否簡便有效。5）原料的易得性和成本。6）環(huán)境友好性，盡量選擇綠色化學(xué)路線，減少副產(chǎn)物和廢物產(chǎn)生。四、計算題解析思路：首先根據(jù)溶液濃度公式c=(質(zhì)量/V)/MolarMass和旋光度公式α=K*c*l計算出聚合物濃度c，其中K是靈敏度常數(shù)，l是光程（1dm）。然后利用c=(質(zhì)量總)/(體積總*MolarMass)計算出聚合物的摩爾質(zhì)量MolarMass。最后，利用Rg=0.6*sqrt(M)公式估算回轉(zhuǎn)半徑Rg。計算過程：1.溶液濃度c=α/(K*l)=6.72/(1.5*1)=4.48mmol/L=0.00448mol/L2.1mL溶液中聚合物質(zhì)量=c*V*MolarMass=0.00448mol/L*0.001L*MolarMass3.整個100mL溶液中聚合物質(zhì)量=0.00448mol/L*0.1L*MolarMass=1.5g4.所以，MolarMass=1.5g/(0.00448mol/L*0.1L)=3333.3g/mol≈3.33x10^3g/mol5.回轉(zhuǎn)半徑Rg=0.6*sqrt(MolarMass)=0.6*sqrt(3333.3)≈0.6*57.74≈34.6?（注意：計算結(jié)果可能因取值和單位略有差異）五、方案設(shè)計與分析題解析思路：此題開放性較強(qiáng)，考察學(xué)生綜合運(yùn)用知識設(shè)計材料、路線和分析問題的能力。解答應(yīng)圍繞有機(jī)/inorganic雜化光催化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計、合成方法、表征手段及實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)展開。1.結(jié)構(gòu)設(shè)計思路：設(shè)計一種雜化光催化材料，通常選擇有機(jī)半導(dǎo)體（如共軛聚合物、卟啉、碳量子點(diǎn)等）與無機(jī)半導(dǎo)體（如TiO?、ZnO、CdS等）或無機(jī)載體（如二氧化硅、氧化鋁等）結(jié)合。有機(jī)組分可以擴(kuò)展光響應(yīng)范圍（可見光區(qū)）、增強(qiáng)光生電子-空穴對的分離效率（通過能級匹配或界面電荷轉(zhuǎn)移）、或提供特定的催化活性位點(diǎn)。無機(jī)組分通常提供良好的光吸收能力和光化學(xué)穩(wěn)定性。雜化結(jié)構(gòu)應(yīng)形成緊密的異質(zhì)結(jié)界面，有利于電荷的有效轉(zhuǎn)移。例如，設(shè)計一個無機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒核/有機(jī)分子殼層結(jié)構(gòu)，利用有機(jī)殼層吸收可見光并促進(jìn)電荷分離，無機(jī)核提供主要的催化活性位點(diǎn)。2.合成路線設(shè)計：合成路線需具體可行。例如，采用溶膠-凝膠法或水熱法合成無機(jī)半導(dǎo)體納米核，然后通過表面修飾或直接共聚/層層自組裝等方法引入有機(jī)組分。具體步驟可能包括：1）無機(jī)核的合成：如水熱合成TiO?納米顆粒。2）表面處理：如用硅烷偶聯(lián)劑或表面活性劑處理TiO?納米顆粒，引入可聚合或可水解的官能團(tuán)。3）有機(jī)殼層的構(gòu)建：通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）等方法在無機(jī)核表面原位聚合帶有特定官能團(tuán)的甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或合成含卟啉/碳量子點(diǎn)的聚合物殼層。4）表征：使用透射電子顯微鏡（TEM）觀察形貌，傅里葉變換紅外光譜（FTIR）確認(rèn)官能團(tuán)和有機(jī)組分的存在，紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）分析光吸收范圍，光致發(fā)光光譜（PL）或時間分辨光譜（TRPL）評估電荷分離效率。3.挑戰(zhàn)與解決方案：主要挑戰(zhàn)包括：1）界面效應(yīng)控制：有機(jī)和無機(jī)組分之間的界面結(jié)合強(qiáng)度和電荷轉(zhuǎn)移效率難以精確調(diào)控。解決方案是優(yōu)化界面處理方法，如選擇合適的偶聯(lián)劑或設(shè)計能級匹配的有機(jī)