2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——超分子化學(xué)與晶體工程考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種相互作用通常被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)自組裝形成超分子體系的主要非共價(jià)鍵相互作用？A.共價(jià)鍵B.離子鍵C.范德華力D.酸堿中和2.環(huán)糊精分子內(nèi)部具有親水的外表面和疏水的內(nèi)腔，這種現(xiàn)象體現(xiàn)了分子識(shí)別的：A.電荷識(shí)別B.形狀識(shí)別C.顏色識(shí)別D.磁性識(shí)別3.在晶體工程中，兩個(gè)相互平行的苯環(huán)通過(guò)中心距離約為3.4?并沿著分子長(zhǎng)軸方向排列的相互作用稱為：A.氫鍵B.π-π堆積C.靜電相互作用D.范德華力4.下列關(guān)于主客體化學(xué)的描述，錯(cuò)誤的是：A.宿主分子通常具有特定的空腔結(jié)構(gòu)B.客體分子能夠進(jìn)入宿主空腔形成包結(jié)物C.主客體結(jié)合通常具有選擇性D.主客體結(jié)合通常形成共價(jià)鍵5.金屬有機(jī)框架（MOF）材料的基本構(gòu)建單元通常包括：A.金屬離子或簇B.有機(jī)配體C.兩者都是D.兩者都不是6.具有高度有序的、由分子或離子通過(guò)非共價(jià)鍵自組裝形成的超分子聚集體被稱為：A.膠體B.溶膠C.超分子晶體D.大分子7.能夠通過(guò)自組裝形成一維通道結(jié)構(gòu)，并具有氣體儲(chǔ)存或分離功能的多孔材料是：A.金屬有機(jī)框架（MOF）B.共價(jià)有機(jī)框架（COF）C.開(kāi)管狀碳材料D.硅膠8.在超分子化學(xué)中，利用分子間氫鍵的有序排列構(gòu)筑具有特定功能的材料，下列描述錯(cuò)誤的是：A.可以形成超分子晶體B.可以構(gòu)建多孔材料C.不能用于分子識(shí)別D.可以用于構(gòu)建光子晶體9.下列哪種物質(zhì)通常被用作合成超分子聚集體或超分子晶體的“連接體”（Linker）？A.單體分子B.大環(huán)主體分子C.具有雙官能團(tuán)的有機(jī)分子D.離子液體10.藥物分子晶體工程研究的重點(diǎn)之一是調(diào)控藥物晶體的多晶型現(xiàn)象，這主要是為了：A.改變晶體的顏色B.改變晶體的密度C.改變晶體的溶解度和生物利用度D.改變晶體的熔點(diǎn)二、填空題1.超分子化學(xué)是由法國(guó)化學(xué)家______在______年提出的。2.自組裝是指分子或離子等基本構(gòu)筑單元在驅(qū)動(dòng)力作用下自發(fā)地聚集形成有序或無(wú)序聚集體______的過(guò)程。3.主客體化學(xué)中，具有空腔結(jié)構(gòu)的分子稱為_(kāi)_____，能夠進(jìn)入空腔的分子稱為_(kāi)_____。4.晶體工程中，利用分子間的______、______等非共價(jià)相互作用來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)筑晶體的學(xué)科。5.多孔材料通常具有高比表面積和______，在氣體儲(chǔ)存、分離、催化等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。6.分子識(shí)別是指一個(gè)分子（主體）與其分子環(huán)境中的特定分子（客體）通過(guò)______相互結(jié)合并選擇性地結(jié)合的過(guò)程。7.范德華力包括倫敦色散力、______力和______力。8.超分子晶體是由分子或離子通過(guò)______作用形成的具有晶體結(jié)構(gòu)的聚集體。9.金屬有機(jī)框架（MOF）材料通常由______和______通過(guò)配位鍵自組裝構(gòu)筑而成。10.氫鍵是一種特殊的______相互作用，它在超分子化學(xué)和晶體工程中起著至關(guān)重要的作用。三、名詞解釋1.自組裝2.分子識(shí)別3.π-π堆積4.多孔材料5.超分子晶體四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述超分子化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)的主要區(qū)別。2.氫鍵有哪些基本特征？它在超分子化學(xué)中有什么重要意義？3.簡(jiǎn)述非共價(jià)相互作用在分子識(shí)別中的作用機(jī)制。4.為什么說(shuō)晶體工程是連接超分子化學(xué)與材料科學(xué)的橋梁？五、計(jì)算題1.某一維超分子鏈由A、B兩種單元交替連接構(gòu)成，A單元與B單元之間的相互作用力為F，鏈的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)。請(qǐng)推導(dǎo)該超分子鏈的穩(wěn)定性表達(dá)式（提示：考慮作用力與鏈長(zhǎng)關(guān)系）。2.假設(shè)一個(gè)MOF材料的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)金屬節(jié)點(diǎn)與四個(gè)配體連接，形成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)。如果已知該MOF的密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，晶胞參數(shù)為a，且每個(gè)晶胞含有1個(gè)金屬節(jié)點(diǎn)和4個(gè)配體分子。請(qǐng)推導(dǎo)計(jì)算該MOF材料比表面積的公式（無(wú)需具體計(jì)算數(shù)值）。六、論述題結(jié)合具體實(shí)例，論述超分子化學(xué)與晶體工程在發(fā)展新型功能材料方面的應(yīng)用前景。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.D5.C6.C7.A8.C9.C10.C二、填空題1.艾力克·巴夏格，19782.有序3.宿主，客體4.非共價(jià)相互作用，氫鍵5.孔隙率6.非共價(jià)相互作用7.偶極-偶極力，誘導(dǎo)偶極力8.非共價(jià)相互作用9.金屬離子或簇，有機(jī)配體10.氫鍵三、名詞解釋1.自組裝：指分子或離子等基本構(gòu)筑單元在驅(qū)動(dòng)力作用下自發(fā)地聚集形成有序或無(wú)序聚集體（通常指有序）的過(guò)程。2.分子識(shí)別：指一個(gè)分子（主體）與其分子環(huán)境中的特定分子（客體）通過(guò)非共價(jià)相互作用相互結(jié)合并選擇性地結(jié)合的過(guò)程。3.π-π堆積：指兩個(gè)相互平行的苯環(huán)通過(guò)中心距離約為3.4?并沿著分子長(zhǎng)軸方向排列的相互作用。4.多孔材料：通常具有高比表面積和孔隙率，在氣體儲(chǔ)存、分離、催化等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用的超分子或晶體材料。5.超分子晶體：由分子或離子通過(guò)非共價(jià)相互作用形成的具有晶體結(jié)構(gòu)的聚集體。四、簡(jiǎn)答題1.超分子化學(xué)側(cè)重于研究分子間非共價(jià)相互作用驅(qū)動(dòng)的自組裝現(xiàn)象和超分子體系，其主體是分子，不強(qiáng)調(diào)原子間的化學(xué)鍵；傳統(tǒng)化學(xué)更關(guān)注原子間的化學(xué)鍵形成和斷裂，研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)。2.氫鍵是一種特殊的分子間相互作用，比范德華力強(qiáng)，但比共價(jià)鍵弱；其基本特征包括方向性和飽和性；它在超分子化學(xué)中重要意義在于它是構(gòu)建超分子結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，如形成環(huán)糊精、DNA雙螺旋等。3.分子識(shí)別通過(guò)主體分子的特定空腔或官能團(tuán)與客體分子的形狀、電荷、疏水性等特征進(jìn)行非共價(jià)相互作用（主要是氫鍵、π-π作用等），實(shí)現(xiàn)選擇性結(jié)合，如同“鑰匙-鎖”模型，在催化、傳感、藥物遞送等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。4.超分子化學(xué)提供了分子層面設(shè)計(jì)和自組裝的理論與方法；晶體工程利用非共價(jià)相互作用來(lái)精確控制分子堆積，實(shí)現(xiàn)材料功能化；兩者結(jié)合，可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)自組裝形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的晶體材料，是發(fā)展新型功能材料的重要途徑。五、計(jì)算題1.推導(dǎo)思路：考慮超分子鏈的穩(wěn)定性，通常與作用力沿鏈長(zhǎng)的累積有關(guān)。對(duì)于交替連接的鏈，可以簡(jiǎn)化模型，假設(shè)相鄰單元間的作用力為F，鏈長(zhǎng)為L(zhǎng)，則克服鏈長(zhǎng)為L(zhǎng)所需的能量或作用力與F*L成正比（對(duì)于能量）或F*L的負(fù)值（對(duì)于作用力），即穩(wěn)定性與F/L（單位長(zhǎng)度作用力）或F成正比。2.推導(dǎo)思路：計(jì)算比表面積需要知道孔道的總面積與材料的質(zhì)量或體積。MOF的比表面積與其孔道結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。已知金屬節(jié)點(diǎn)連接配體形成結(jié)構(gòu)，可以推算出單位體積內(nèi)包含的節(jié)點(diǎn)和配體數(shù)量。結(jié)合晶胞參數(shù)，可以估算出單位晶胞的表面積或孔道體積。比表面積通常與孔道體積或表面積成正比，與材料密度和摩爾質(zhì)量成反比，即比表面積≈(孔道體積/晶胞體積)*(阿伏伽德羅常數(shù)/摩爾數(shù))*(1/密度)*(1/M)。六、論述題結(jié)合實(shí)例論述：超分子化學(xué)與晶體工程通過(guò)分子設(shè)計(jì)、自組裝和晶體工程方法，可以構(gòu)筑具有新穎結(jié)構(gòu)和功能的新型材料。例如，設(shè)計(jì)具有特