2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子間相互作用及其在材料設計中的作用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內）1.下列哪種分子間相互作用主要存在于非極性分子之間？（）A.氫鍵B.偶極-偶極相互作用C.誘導偶極相互作用D.離子-偶極相互作用2.對于由極性分子組成的液體，其分子間相互作用主要表現為：（）A.只有色散力B.只有誘導偶極力C.色散力、偶極-偶極力、氫鍵（若存在）D.只有氫鍵3.氫鍵的強度通常介于：（）A.范德華力與離子鍵之間B.范德華力與共價鍵之間C.偶極-偶極相互作用與色散力之間D.共價鍵與金屬鍵之間4.下列哪個因素會減弱分子間的范德華力？（）A.增加分子極性B.增加分子表面積接觸C.增加分子量（通常增強色散力）D.提高介電常數5.在設計疏水性的自組裝膠束時，主要利用了哪種分子間相互作用？（）A.氫鍵B.色散力C.離子-偶極相互作用D.氫鍵和離子-偶極相互作用6.當兩種不同基團的聚合物通過共價鍵連接形成共聚物后，其相容性主要由以下哪方面決定？（）A.共聚物鏈段的分子量B.共聚物鏈段的極性及分子間相互作用能C.共聚物鏈段的結晶度D.共聚物鏈段的旋光異構性7.下列哪種材料的設計需要特別考慮分子間氫鍵的作用？（）A.導電聚合物B.高強度工程塑料C.生物醫(yī)用材料（如藥物載體、水凝膠）D.光學透明薄膜8.對于蛋白質分子，其二級結構（如α-螺旋、β-折疊）的形成主要依賴于：（）A.蛋白質分子與水分子的氫鍵B.蛋白質分子內部的疏水作用和氫鍵C.蛋白質分子表面的離子鍵D.蛋白質分子間的范德華力9.金屬鍵的本質是：（）A.原子間共享電子對形成共價鍵B.原子核相互吸引電子云C.自由電子在整個金屬晶格中流動，與金屬正離子相互作用D.分子間通過氫鍵或范德華力結合10.在使用分子模擬方法研究分子間相互作用時，通常需要考慮的主要參數包括：（）A.原子種類、質量、電荷分布B.原子間距離、鍵長、鍵角、扭轉角C.溫度、壓力、模擬時間步長D.以上所有二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線處）1.分子間相互作用通常比化學鍵（鍵能）___，但它們對物質的___、___和___等物理性質有決定性影響。2.范德華力包括___力、___力和___力，其中___力存在于所有分子之間，而___力和___力只存在于極性分子或具有極化率的分子之間。3.氫鍵是一種特殊的分子間相互作用，它通常發(fā)生在___原子與___原子之間，其強度接近于___鍵但比___鍵弱。4.在材料設計中，通過調控分子間相互作用可以影響材料的___、___、___等性能。5.影響分子間相互作用強度的因素主要有分子間距離、分子極性、分子___、以及環(huán)境因素如___和___等。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述氫鍵與范德華力的主要區(qū)別。2.解釋為什么含氟聚合物通常具有優(yōu)異的疏水性和低表面能。3.簡述自組裝材料的設計原理，并舉例說明分子間相互作用在自組裝過程中的作用。四、論述題（每小題10分，共20分）1.詳細論述分子間相互作用對聚合物玻璃化轉變溫度（Tg）的影響機制。請結合具體相互作用類型（如氫鍵、偶極-偶極作用）進行說明。2.假設你需要設計一種用于藥物遞送的水凝膠材料，請闡述在設計過程中如何利用和調控分子間相互作用（如氫鍵、離子-偶極作用、疏水作用）來實現特定的功能（如控釋、響應性、生物相容性），并簡述可能的設計策略。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.C10.D二、填空題1.弱，熔點，沸點，溶解度2.色散，偶極-偶極，誘導偶極，色散，偶極-偶極，誘導偶極3.氧（O），氫（H），共價，離子4.界面，結構，性能5.極化率，溫度，介電常數三、簡答題1.解析思路：氫鍵是特定原子（O-H,N-H,F-H）與電負性強的原子（O,N,F）之間的強相互作用，本質上是極性鍵的極性延伸，具有方向性和飽和性，強度接近化學鍵但較弱。范德華力是分子間普遍存在的弱相互作用，包括色散力（瞬時偶極-誘導偶極力，所有分子都有）、偶極-偶極力（永久偶極相互作用，只存在于極性分子）、誘導偶極力（極性分子使非極性分子產生瞬時偶極并相互作用），整體強度遠低于氫鍵，且無明確方向性和飽和性。2.解析思路：含氟原子（F）的聚合物通過C-F鍵相連，C-F鍵具有極高的電負性差異，使得聚合物鏈段表面呈現出顯著的疏水性（非極性）。根據“相似相溶”原理和分子間作用力匹配原則，這種疏水表面會傾向于與水分子（極性）形成能量上不利的相互作用，因此含氟聚合物表現出優(yōu)異的疏水性，并且由于色散力相對較弱，其表面能也較低。3.解析思路：自組裝是利用分子間相互作用（如氫鍵、范德華力、疏水作用、π-π堆積等）在微觀尺度上自發(fā)形成有序或無序聚集體（如膠束、囊泡、超分子結構等）的過程。設計原理是選擇合適的分子結構（如兩端具有不同相互作用性質的嵌段共聚物），使其在特定條件下，非共價相互作用的驅動力足以克服熱運動等熵驅動力，從而自組裝成所需結構。分子間相互作用在自組裝過程中既是驅動力（如疏水基團聚集以避開水環(huán)境形成膠束核），也是決定聚集體形態(tài)和尺寸的關鍵因素。四、論述題1.解析思路：分子間相互作用是分子鏈段間的主要能量貢獻來源。對于聚合物，分子鏈段需要通過運動來克服相互間的相互作用才能實現鏈段的流動。分子間相互作用越強（如形成大量氫鍵），鏈段間束縛越緊，鏈段運動越困難，需要更高的能量（溫度）才能使其運動到足以表現為宏觀粘度下降的程度，因此Tg越高。氫鍵作為一種較強的分子間作用力，其存在會顯著提高聚合物鏈段的束縛程度，從而顯著提高聚合物的Tg。偶極-偶極作用和色散力相對較弱，其強度隨分子極性增大或分子量增加而增強，也會對Tg產生一定影響，但通常不如氫鍵的作用顯著。交聯(lián)會形成化學鍵網絡，限制鏈段運動，也會大幅提高Tg，其影響不直接屬于分子間相互作用范疇，但常與之結合考慮。2.解析思路：設計藥物遞送水凝膠需利用分子間相互作用構建三維網絡骨架，并賦予其特定功能。①利用氫鍵設計：可選用含大量可形成氫鍵基團（如-OH,-COOH,-NH?）的聚合物，通過氫鍵自組裝形成水凝膠網絡?？烧{控氫鍵密度和強度來控制網絡孔隙率和力學性能。利用pH、溫度等變化破壞或形成氫鍵，實現藥物的響應性釋放。②利用離子-偶極作用設計：選用帶相反電荷的聚合物或離子型小分子，通過靜電吸引形成水凝膠?？衫秒x子強度、pH變化調節(jié)靜電相互作用強度，實現控釋。③利用疏水作用設計：將疏水鏈段引入水凝膠網絡，其在水溶液中會聚集形成內核（疏水微環(huán)境），