2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——分子科學(xué)與工程在水資源管理中的貢獻(xiàn)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.在水處理中，利用活性炭的巨大比表面積和吸附能力去除水中的有機(jī)污染物，主要利用了分子科學(xué)與工程中的哪個(gè)原理？()A.表面張力降低原理B.分子識(shí)別與親和作用原理C.吸附與表面改性原理D.膜分離原理2.下列哪種材料因其優(yōu)異的透水性和選擇性阻隔性，而被廣泛用于反滲透海水淡化技術(shù)中？()A.離子交換樹脂B.多孔活性炭C.具有特定孔徑和化學(xué)性質(zhì)的聚合物或復(fù)合材料膜D.傳統(tǒng)砂濾材料3.分子印跡技術(shù)在水污染監(jiān)測(cè)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定污染物的高效、選擇性識(shí)別，這主要得益于其利用了分子識(shí)別的哪個(gè)特點(diǎn)？()A.高溫穩(wěn)定性B.化學(xué)惰性C.對(duì)特定分子結(jié)構(gòu)的超親和力和特異性D.易于大規(guī)模生產(chǎn)4.納米材料在水處理中的應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)之一是潛在的“納米毒性”，即納米材料自身可能對(duì)環(huán)境或生物體產(chǎn)生危害，這涉及到分子科學(xué)與工程中的哪個(gè)考量因素？()A.材料的力學(xué)性能B.材料的表面效應(yīng)與生物相容性C.材料的成本效益D.材料的加工工藝5.利用抗體或抗原與特定水污染物結(jié)合后發(fā)生信號(hào)變化的原理來構(gòu)建傳感器，進(jìn)行快速檢測(cè)，這屬于分子識(shí)別技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的哪種具體應(yīng)用？()A.表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）檢測(cè)B.電化學(xué)免疫傳感器C.基于分子印跡聚合物的小型化檢測(cè)設(shè)備D.傳統(tǒng)化學(xué)分析法6.在水處理過程中，通過改變材料表面性質(zhì)（如親疏水性、電荷）來提高其吸附、催化或阻隔性能，屬于分子科學(xué)與工程中的哪種技術(shù)范疇？()A.納米粉碎技術(shù)B.表面改性技術(shù)C.分子蒸餾技術(shù)D.超臨界流體萃取技術(shù)7.對(duì)于去除水中小分子有機(jī)污染物，相比微濾和超濾，納濾膜通常具有更強(qiáng)的選擇性和更高的截留率，這主要是因?yàn)榧{濾膜的孔徑和特性使其能夠有效利用分子科學(xué)與工程中的哪個(gè)原理？()A.溶解度積原理B.毛細(xì)作用原理C.疏水效應(yīng)原理D.離子價(jià)數(shù)效應(yīng)或Donnan排除效應(yīng)8.在分子仿生水處理技術(shù)中，模仿自然界生物（如植物根系、海蜇傘蓋）的分離或吸收機(jī)制來設(shè)計(jì)人工水處理材料或過程，這體現(xiàn)了分子科學(xué)與工程中的哪種思想？()A.循環(huán)經(jīng)濟(jì)思想B.綠色化學(xué)思想C.模仿自然、借鑒生物功能的思想D.大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想9.分子探針技術(shù)在水體微生物群落結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用，主要是利用探針分子與特定微生物核酸序列的特異性結(jié)合，進(jìn)而進(jìn)行檢測(cè)或定量，這體現(xiàn)了分子科學(xué)與工程中哪個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)？()A.納米材料化學(xué)B.生物分子識(shí)別與探針技術(shù)C.膜分離材料化學(xué)D.表面改性方法學(xué)10.將人工智能算法與分子傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以提高水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)的精度和效率，這代表了分子科學(xué)與工程在水資源管理領(lǐng)域與哪個(gè)學(xué)科的交叉融合趨勢(shì)？()A.材料科學(xué)B.計(jì)算機(jī)科學(xué)C.生命科學(xué)D.電氣工程二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上。）1.水分子間的內(nèi)聚力主要來源于氫鍵作用，分子科學(xué)與工程領(lǐng)域常利用改變水的表面______來影響水的行為，如利用疏水材料防止水浸潤(rùn)。2.膜分離技術(shù)是分子科學(xué)與工程在水資源管理中的重要應(yīng)用，其分離效果不僅取決于膜本身的特性，也受溶液中______的影響。3.活性炭的吸附過程通常包括物理吸附和化學(xué)吸附兩個(gè)階段，其巨大的比表面積（可達(dá)______m2/g）是其高效吸附污染物的基礎(chǔ)。4.分子印跡聚合物（MIPs）是一種“分子模板”法制備的具有特定識(shí)別位點(diǎn)的材料，其識(shí)別位點(diǎn)的大小和形狀是根據(jù)目標(biāo)______預(yù)先設(shè)計(jì)的。5.納米材料由于其尺寸在1-100納米之間，表現(xiàn)出與宏觀材料不同的______效應(yīng)和表面效應(yīng)，在水處理中展現(xiàn)出獨(dú)特的性能。6.在水處理吸附劑表面進(jìn)行改性，例如引入含氧官能團(tuán)或金屬氧化物，可以調(diào)節(jié)其表面______，從而選擇性去除特定污染物。7.構(gòu)建電化學(xué)水質(zhì)傳感器時(shí)，常需將分子識(shí)別元件（如酶、抗體）固定在______上，以實(shí)現(xiàn)識(shí)別信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。8.利用納米顆粒作為催化劑或載體，在水中進(jìn)行高級(jí)氧化處理（AOPs）以降解難降解有機(jī)污染物，是納米技術(shù)與分子催化結(jié)合在水處理中的典型應(yīng)用。9.分子動(dòng)力學(xué)模擬是研究分子間相互作用和運(yùn)動(dòng)行為的重要工具，可用于預(yù)測(cè)______在溶液中的行為和分布。10.為應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的水污染問題，開發(fā)能夠同時(shí)檢測(cè)多種污染物（如多農(nóng)藥殘留）的______技術(shù)具有重要意義。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述利用表面改性技術(shù)提高材料吸附水處理中重金屬離子效率的原理。2.比較納濾（NF）和反滲透（RO）膜在水處理中的應(yīng)用目標(biāo)和主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述分子印跡技術(shù)在構(gòu)建選擇性水質(zhì)檢測(cè)傳感器時(shí)所面臨的主要挑戰(zhàn)。4.闡述納米材料在水處理中作為光催化劑進(jìn)行污染物降解的基本機(jī)理。四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)就下列問題展開論述。）1.論述分子識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的重要作用及其發(fā)展方向。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述分子科學(xué)與工程領(lǐng)域的前沿進(jìn)展（如納米技術(shù)、分子仿生學(xué)）如何為解決全球水資源短缺和水質(zhì)惡化問題提供新的思路和解決方案。3.分析將人工智能技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)）與分子傳感、水處理過程優(yōu)化相結(jié)合的潛力與面臨的挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.B6.B7.D8.C9.B10.B二、填空題1.界面張力2.溶質(zhì)濃度/成分3.幾百4.分子（或目標(biāo)物分子、模板分子）5.尺寸6.電荷/化學(xué)性質(zhì)7.電極（或基底、修飾層）8.光催化劑9.污染物分子（或溶質(zhì)分子）10.多重（或陣列式）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：回答需涉及改性如何改變表面性質(zhì)（如增加極性、引入特定官能團(tuán)或金屬位點(diǎn)），以及這些改變?nèi)绾卧鰪?qiáng)與目標(biāo)重金屬離子之間的相互作用（如配位作用、離子交換、靜電吸引），從而提高吸附容量和選擇性。2.解析思路：比較點(diǎn)需明確兩者作用目標(biāo)的不同（RO主要脫鹽，NF側(cè)重脫除二價(jià)離子、小分子有機(jī)物），膜孔徑大小差異（RO孔徑最小，NF居中），以及選擇透過性的機(jī)制差異（RO主要基于溶解-擴(kuò)散，NF受電荷和孔徑選擇性共同影響）。需突出主要區(qū)別在于截留分子大小范圍和去除目標(biāo)的不同。3.解析思路：回答需從模板分子與印跡劑的相互作用、聚合過程控制、后期處理對(duì)識(shí)別位點(diǎn)的破壞、以及識(shí)別位點(diǎn)與目標(biāo)分子結(jié)合的動(dòng)力學(xué)和特異性等方面闡述挑戰(zhàn)，例如識(shí)別位點(diǎn)穩(wěn)定性、特異性不足、重現(xiàn)性差、成本高等。4.解析思路：回答需涉及光能吸收（如紫外光），激發(fā)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，這些載流子遷移到催化劑表面，引發(fā)吸附在表面的水或污染物分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終將污染物降解為小分子或無機(jī)物，同時(shí)催化劑被再生。需簡(jiǎn)述整個(gè)光催化降解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程。四、論述題1.解析思路：論述需首先闡述分子識(shí)別技術(shù)（抗體、適配體、核酸適配體、分子印跡等）如何實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)污染物的高選擇性識(shí)別，對(duì)比傳統(tǒng)方法（如色譜、光譜）的局限性。其次，論述其在快速、現(xiàn)場(chǎng)、高靈敏度檢測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可舉例說明（如農(nóng)藥殘留、重金屬、生物毒素檢測(cè)）。最后，展望未來發(fā)展方向，如新型識(shí)別元件的開發(fā)、傳感器的小型化、智能化（與微流控、物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合）、多目標(biāo)同時(shí)檢測(cè)等。2.解析思路：論述需結(jié)合具體實(shí)例展開。例如，納米材料方面，可論述納米鐵、納米零價(jià)鐵用于地下水重金屬修復(fù)，或納米TiO?等半導(dǎo)體光催化劑用于水體有機(jī)污染物降解。分子仿生學(xué)方面，可論述模仿植物根系設(shè)計(jì)的膜生物反應(yīng)器，或模仿生物分離機(jī)制設(shè)計(jì)的智能膜。然后，分析這些技術(shù)如何克服傳統(tǒng)方法的不足，提高效率、降低成本、實(shí)現(xiàn)更綠色的水處理。最后，總結(jié)這些前沿進(jìn)展為應(yīng)對(duì)水資源挑戰(zhàn)帶來的潛力。3.解析思路：論述需首先分析人工智能（特別是機(jī)器學(xué)習(xí)）