2025年大學(xué)《化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——化學(xué)智能材料的設(shè)計(jì)與合成考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于化學(xué)智能材料按響應(yīng)性質(zhì)的主要分類(lèi)？（）A.光致智能材料B.溫致智能材料C.電致智能材料D.天文致智能材料2.在設(shè)計(jì)合成一種對(duì)pH變化敏感的智能水凝膠時(shí)，選擇聚乙烯醇（PVA）和戊二醛作為主要單體，其交聯(lián)機(jī)理主要是？（）A.離子鍵交聯(lián)B.共價(jià)交聯(lián)（席夫堿反應(yīng)）C.協(xié)同交聯(lián)D.氫鍵交聯(lián)3.用于制備形狀記憶合金的金屬通常需要具備的特性是？（）A.高熔點(diǎn)與低熔點(diǎn)共存的相變能力B.極高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性C.良好的抗腐蝕性D.硬度高且耐磨4.下列哪種方法通常不用于制備具有納米結(jié)構(gòu)的智能材料？（）A.噴墨打印技術(shù)B.微流控技術(shù)C.原位自組裝D.傳統(tǒng)熔融紡絲5.在設(shè)計(jì)用于藥物緩釋的智能聚合物時(shí)，引入納米粒子（如納米金、量子點(diǎn)）的主要目的通常不包括？（）A.增強(qiáng)藥物的靶向性B.提高藥物的溶解度C.改善藥物的控釋性能D.作為成像探針進(jìn)行示蹤6.使智能材料對(duì)外界刺激產(chǎn)生可逆響應(yīng)的根本原因是？（）A.材料內(nèi)部化學(xué)鍵的斷裂與形成B.材料宏觀形狀的顯著改變C.材料顏色發(fā)生永久性變化D.材料密度發(fā)生連續(xù)變化7.設(shè)計(jì)合成一種用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的光致變色材料，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇哪種類(lèi)型的有機(jī)分子？（）A.含有多個(gè)苯環(huán)且共軛體系簡(jiǎn)單的分子B.具有強(qiáng)氧化性的無(wú)機(jī)分子C.易于生物降解的脂肪族化合物D.含有大量手性中心的立體復(fù)雜分子8.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不直接用于智能材料微觀結(jié)構(gòu)（如分子排布、形貌）的表征？（）A.核磁共振波譜（NMR）B.透射電子顯微鏡（TEM）C.X射線衍射（XRD）D.熱重分析（TGA）9.將智能材料應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備時(shí)，對(duì)其最重要的要求之一是？（）A.極高的機(jī)械強(qiáng)度B.良好的生物相容性C.高能量密度存儲(chǔ)能力D.快速的響應(yīng)速度與恢復(fù)能力10.在設(shè)計(jì)合成具有“自修復(fù)”功能的智能材料時(shí)，通常需要引入的化學(xué)或物理機(jī)制是？（）A.形狀記憶效應(yīng)B.馬來(lái)酸酐等活性基團(tuán)C.量子隧穿效應(yīng)D.超導(dǎo)特性二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題干橫線上）1.智能材料能夠感知外界刺激并引發(fā)______變化或______變化的材料。2.設(shè)計(jì)合成溫敏智能水凝膠時(shí)，常通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物鏈段的______或引入______來(lái)改變其相變溫度。3.電致變色材料通常由基板、______、電解質(zhì)和______四部分組成。4.利用智能材料的光學(xué)特性（如顏色、透光率）進(jìn)行______是其在傳感器領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。5.形狀記憶效應(yīng)是指材料在承受______變形后，當(dāng)外界條件（如溫度、應(yīng)力）改變時(shí)，能夠自動(dòng)恢復(fù)到其______狀態(tài)的特性。6.智能材料的合成方法多種多樣，如______、______、層層自組裝等策略。7.表征智能材料性能的重要技術(shù)包括核磁共振（______）、傅里葉變換紅外光譜（______）、凝膠滲透色譜（______）等。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述智能材料與傳統(tǒng)材料的根本區(qū)別。2.解釋什么是“刺激-響應(yīng)”行為，并舉例說(shuō)明一種常見(jiàn)的刺激類(lèi)型及其對(duì)應(yīng)的智能材料響應(yīng)。3.在合成具有特定pH響應(yīng)性的智能聚合物時(shí)，如何通過(guò)分子設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控其響應(yīng)的pH值范圍？4.簡(jiǎn)述自組裝技術(shù)在智能材料設(shè)計(jì)與合成中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。四、論述題（每題10分，共30分）1.設(shè)計(jì)一種用于重金屬離子（如Cu2?）檢測(cè)的智能材料，闡述其設(shè)計(jì)思路、預(yù)期的工作原理、關(guān)鍵的合成步驟以及可能的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。2.論述形狀記憶效應(yīng)和電致變色效應(yīng)在智能材料應(yīng)用中的異同點(diǎn)，并各舉一個(gè)具體的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。3.以智能藥物遞送系統(tǒng)為例，討論其在設(shè)計(jì)合成過(guò)程中需要考慮的關(guān)鍵因素（如靶向性、控釋性、生物相容性、穩(wěn)定性等），并簡(jiǎn)述一種實(shí)現(xiàn)多功能化的策略。---試卷答案一、選擇題1.D2.B3.A4.D5.B6.A7.A8.D9.B10.B二、填空題1.馬克思主義，列寧主義，毛澤東思想，鄧小平理論，“三個(gè)代表”重要思想，科學(xué)發(fā)展觀，習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想2.親水性/疏水性，溫敏基團(tuán)/離子3.感應(yīng)層，電致變色層4.檢測(cè)5.應(yīng)力，原始6.聚合反應(yīng)，自組裝7.波譜（NMR），紅外（FTIR），分子量分布（GPC）三、簡(jiǎn)答題1.智能材料能夠感知外界特定刺激（如光、熱、電、磁、pH、溶劑等）的變化，并能夠做出可逆的、預(yù)期的物理或化學(xué)變化（如形狀、顏色、尺寸、導(dǎo)電性等）響應(yīng)的材料。而傳統(tǒng)材料通常不具備這種對(duì)外界刺激的感知和主動(dòng)響應(yīng)能力，其性質(zhì)相對(duì)固定。2.刺激-響應(yīng)行為是指智能材料能夠識(shí)別并接受特定外界環(huán)境因素（刺激）的變化信號(hào)，并觸發(fā)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)或宏觀性能發(fā)生可逆、規(guī)律性變化的特性。例如，pH敏感水凝膠：當(dāng)置于不同pH值的環(huán)境時(shí)，其溶脹/收縮狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化（刺激：pH變化；響應(yīng)：溶脹/收縮）。3.通過(guò)引入不同種類(lèi)和比例的親水/疏水基團(tuán)、離子izable基團(tuán)（如羧基、氨基）來(lái)調(diào)節(jié)聚合物網(wǎng)絡(luò)的電荷分布和氫鍵網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度。通常，引入更多強(qiáng)親水或帶相反電荷基團(tuán)會(huì)使響應(yīng)pH偏向中性；引入弱酸/堿基團(tuán)或特定離子izable基團(tuán)可使其在特定pH范圍內(nèi)發(fā)生顯著溶脹/收縮變化。4.自組裝技術(shù)是指利用分子間非共價(jià)鍵相互作用（如氫鍵、范德華力、π-π堆積等）或弱的共價(jià)鍵，在較低能量下自發(fā)形成有序或無(wú)序的納米/微米尺度結(jié)構(gòu)的過(guò)程。在智能材料設(shè)計(jì)中，自組裝可用于構(gòu)建具有特定功能（如傳感、藥物遞送）的納米結(jié)構(gòu)單元，或直接形成具有宏觀響應(yīng)特性的智能材料。其優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單、條件溫和、可制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)、易于規(guī)?；Ｋ?、論述題1.設(shè)計(jì)一種用于Cu2?檢測(cè)的智能材料：設(shè)計(jì)思路：選擇對(duì)Cu2?離子具有選擇性結(jié)合能力的配體（如含硫、氮、氧配位原子的分子），將其與具有顯色或熒光特性的指示劑分子連接，形成智能探針。該探針在游離狀態(tài)下呈一種顏色/熒光狀態(tài)，當(dāng)與Cu2?離子結(jié)合后，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致顏色或熒光強(qiáng)度發(fā)生顯著、可逆的變化。預(yù)期工作原理：智能探針?lè)肿樱↙）與Cu2?（M2?）發(fā)生特異性配位反應(yīng)，形成配合物（L-Cu2?）。該配合物的吸收光譜或熒光發(fā)射波長(zhǎng)與游離探針?lè)肿硬煌ㄟ^(guò)檢測(cè)這種光學(xué)信號(hào)的變化（顏色變化或熒光強(qiáng)度/波長(zhǎng)變化）來(lái)判斷Cu2?的存在與否及其濃度。關(guān)鍵合成步驟：a.合成或選擇合適的配體分子（L），確保其含有能與Cu2?形成穩(wěn)定配位鍵的基團(tuán)（如巰基-SH,胺基-NH?,羧基-COOH,噻吩環(huán)等）。b.合成或選擇合適的具有顯色/熒光特性的指示劑分子（I），如對(duì)位紅、熒光素、羅丹明等。c.通過(guò)化學(xué)反應(yīng)（如偶聯(lián)反應(yīng)、席夫堿反應(yīng)等）將配體（L）與指示劑（I）連接起來(lái)，得到智能探針?lè)肿樱↙-I）。d.（可選）將探針?lè)肿庸潭ㄔ诤线m的載體上（如聚合物薄膜、納米粒子表面），以提高穩(wěn)定性和便于實(shí)際應(yīng)用。可能的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：選擇性（對(duì)Cu2?與其他共存離子的響應(yīng)差異）、靈敏度（能檢測(cè)到最低的Cu2?濃度）、響應(yīng)速度、可逆性（加入還原劑后能否恢復(fù)原狀）、穩(wěn)定性（在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中的性能保持）、重現(xiàn)性等。2.形狀記憶效應(yīng)與電致變色效應(yīng)的異同點(diǎn)及實(shí)例：相同點(diǎn)：a.兩者都是智能材料對(duì)外界刺激（分別為溫度和電場(chǎng)）產(chǎn)生可逆響應(yīng)的特性。b.都體現(xiàn)了材料性能的可調(diào)控性和可恢復(fù)性。c.都在各自領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值，如形狀記憶合金用于驅(qū)動(dòng)器和醫(yī)療器械，電致變色玻璃用于智能窗戶。不同點(diǎn)：a.刺激類(lèi)型不同：形狀記憶效應(yīng)主要受溫度刺激控制，也可由應(yīng)力觸發(fā)；電致變色效應(yīng)受電場(chǎng)刺激控制。b.響應(yīng)機(jī)制不同：形狀記憶效應(yīng)通常涉及材料微觀結(jié)構(gòu)（如馬氏體相變、應(yīng)力誘導(dǎo)的偽彈性變形）的變化或恢復(fù)，宏觀上表現(xiàn)為形狀的恢復(fù)；電致變色效應(yīng)主要涉及材料價(jià)態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)或離子濃度的變化，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)（顏色、透光率）發(fā)生改變。c.響應(yīng)形式不同：形狀記憶效應(yīng)表現(xiàn)為宏觀形狀的恢復(fù)；電致變色效應(yīng)表現(xiàn)為顏色或透光度的變化。實(shí)例：形狀記憶效應(yīng)：鎳鈦（NiTi）形狀記憶合金，在低溫下變形后，加熱到相變溫度以上時(shí)，會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到其預(yù)先設(shè)定的形狀，常用于血管支架、牙齒矯正絲等。電致變色效應(yīng)：基于氧化鎢（WO?）等氧化物的電致變色器件，施加不同電壓時(shí)，WO?的顏色在藍(lán)色和透明之間變化，可用于智能汽車(chē)窗戶、可調(diào)光眼鏡等。3.智能藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素與多功能化策略：關(guān)鍵因素：a.靶向性：使藥物能夠選擇性地濃集于病灶部位（如腫瘤、炎癥區(qū)域），減少對(duì)正常組織的毒副作用?？赏ㄟ^(guò)修飾載體表面（如連接靶向配體如葉酸、抗體）實(shí)現(xiàn)。b.控釋性：按需、按速率釋放藥物，以達(dá)到最佳治療效果，減少給藥頻率，維持有效血藥濃度?？赏ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)智能響應(yīng)載體（如pH敏感、光敏感、磁敏感）或利用物理屏障（如聚合物骨架）實(shí)現(xiàn)。c.生物相容性：載體材料必須具有良好的生物相容性和低毒性，避免引發(fā)免疫排斥或嚴(yán)重副作用。材料的選擇至關(guān)重要。d.穩(wěn)定性：藥物在載體中應(yīng)保持穩(wěn)定，避免過(guò)早降解失效；載體本身在運(yùn)輸和體內(nèi)循環(huán)過(guò)程中也應(yīng)保持穩(wěn)定。e.載藥量與釋放效率：載體應(yīng)能裝載足夠量的藥物，并保