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)教學(xué)資源考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪個(gè)分子間作用力在蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)形成中起主要作用？A.離子鍵B.范德華力C.氫鍵D.離子偶極作用2.在分子模擬中，用于描述原子之間相互作用的勢(shì)能函數(shù)，通常被稱為？A.分子構(gòu)型B.勢(shì)場(chǎng)C.隨機(jī)行走D.熱力學(xué)積分3.下列哪種聚合物屬于天然高分子？A.聚苯乙烯B.聚酯C.蛋白質(zhì)D.腈綸4.界面張力是指？A.液體內(nèi)部的粘性力B.液體分子間的作用力C.液體與固體接觸時(shí)，在界面處單位面積上的內(nèi)聚力D.氣體分子對(duì)液體表面的吸引力5.分子印跡技術(shù)主要用于制備具有特定識(shí)別位點(diǎn)的材料，其核心原理是？A.自組裝B.嵌入效應(yīng)C.主客體識(shí)別D.催化加氫6.在分子設(shè)計(jì)過程中，通過改變分子的結(jié)構(gòu)來優(yōu)化其性能，例如提高溶解度或穩(wěn)定性，這種方法被稱為？A.晶體工程B.定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）C.基于知識(shí)的藥物設(shè)計(jì)D.高通量篩選7.下列哪種方法常用于表征材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌？A.X射線衍射（XRD）B.核磁共振（NMR）C.掃描電子顯微鏡（SEM）D.紫外-可見光譜（UV-Vis）8.分子束外延（MBE）技術(shù)的主要特點(diǎn)是？A.在高溫下進(jìn)行沉積B.可獲得原子級(jí)平整的表面C.沉積速率極快D.適用于各種材料的沉積9.在溶液聚合中，引發(fā)劑的作用是？A.提高聚合物的分子量B.降低聚合物的分子量C.產(chǎn)生自由基，引發(fā)聚合反應(yīng)D.增加聚合物的溶解度10.分子識(shí)別技術(shù)通常具有的特點(diǎn)是？A.高選擇性和高靈敏度B.反應(yīng)速率快C.催化活性高D.對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性差二、填空題（每空1分，共15分）1.分子間作用力主要包括______、______和______。2.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指______。3.聚合物的主要性能包括______、______、______和______。4.液晶態(tài)物質(zhì)具有______和______的雙重性質(zhì)。5.分子印跡聚合物（MIP）的核心特征是具有______。6.原子力顯微鏡（AFM）利用______來探測(cè)樣品表面。7.溶膠-凝膠法是一種常用的______材料制備方法。8.分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬可以用來研究______和______。9.定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）研究的是分子結(jié)構(gòu)與______之間的關(guān)系。10.超分子化學(xué)研究的對(duì)象是______之間的非共價(jià)鍵相互作用。三、判斷題（每題1分，共10分）1.共價(jià)鍵是分子間作用力的一種。（）2.范德華力僅存在于非極性分子之間。（）3.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指多條肽鏈的排列方式。（）4.離子交換樹脂是一種具有離子印跡結(jié)構(gòu)的材料。（）5.X射線衍射（XRD）主要用于研究材料的晶體結(jié)構(gòu)。（）6.分子束外延（MBE）技術(shù)可以在微米甚至納米尺度上精確構(gòu)筑器件結(jié)構(gòu)。（）7.在自由基聚合中，鏈轉(zhuǎn)移劑可以降低聚合物的分子量。（）8.任何分子都可以進(jìn)行分子識(shí)別。（）9.聚合物材料通常具有良好的柔韌性。（）10.超分子化學(xué)與傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)沒有區(qū)別。（）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述氫鍵的形成條件和特點(diǎn)。2.簡(jiǎn)述影響聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的主要因素。3.簡(jiǎn)述分子印跡技術(shù)的基本原理及其主要應(yīng)用領(lǐng)域。4.簡(jiǎn)述掃描電子顯微鏡（SEM）的基本工作原理及其主要優(yōu)點(diǎn)。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某溶液聚合反應(yīng)，初始單體濃度為2.0mol/L，反應(yīng)2小時(shí)后，轉(zhuǎn)化率為60%。假設(shè)該聚合為一級(jí)反應(yīng)，求該聚合反應(yīng)的速率常數(shù)。2.已知某聚合物鏈由1000個(gè)重復(fù)單元組成，每個(gè)重復(fù)單元的分子量為150g/mol，聚合度分布指數(shù)（PDI）為1.1。求該聚合物的平均分子量（數(shù)均分子量和重均分子量）。六、論述題（15分）結(jié)合具體的分子設(shè)計(jì)與合成實(shí)例，論述分子工程在開發(fā)新型功能材料中的重要作用。試卷答案一、選擇題1.C解析：氫鍵是形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)（α螺旋和β折疊）的主要作用力。2.B解析：勢(shì)場(chǎng)是分子模擬中描述原子間相互作用的數(shù)學(xué)模型或能量函數(shù)。3.C解析：蛋白質(zhì)是人體內(nèi)天然存在的高分子物質(zhì)，屬于天然高分子。4.C解析：界面張力是在液體與氣體或另一種不混溶液體接觸的界面處，單位面積上存在的內(nèi)聚力。5.C解析：分子印跡技術(shù)核心在于通過模板分子形成具有特定識(shí)別位點(diǎn)的空腔結(jié)構(gòu)，基于主客體識(shí)別原理。6.B解析：定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）是通過建立分子結(jié)構(gòu)與生物活性（或其他性質(zhì)）之間的關(guān)系模型，進(jìn)行分子設(shè)計(jì)的重要方法。7.C解析：掃描電子顯微鏡（SEM）利用二次電子成像，能夠提供材料表面高分辨率的微觀形貌信息。8.B解析：分子束外延（MBE）在超高真空下進(jìn)行，能精確控制沉積原子層，獲得原子級(jí)平整的表面。9.C解析：引發(fā)劑在溶液聚合中通過分解或引發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生自由基，從而啟動(dòng)聚合鏈反應(yīng)。10.A解析：分子識(shí)別技術(shù)基于分子間非共價(jià)鍵作用，具有高選擇性和高靈敏度，能識(shí)別特定分子。二、填空題1.范德華力氫鍵離子鍵解析：分子間作用力主要包括這三大類。2.蛋白質(zhì)分子整體在三維空間中的折疊和盤繞狀態(tài)解析：三級(jí)結(jié)構(gòu)描述了整條肽鏈的空間構(gòu)象。3.力學(xué)性能熱性能光學(xué)性能電學(xué)性能解析：聚合物的主要性能包括強(qiáng)度、彈性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、透光性、導(dǎo)電性等。4.流動(dòng)性各向異性解析：液晶態(tài)物質(zhì)既具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的各向異性。5.對(duì)模板分子具有特異性識(shí)別和結(jié)合的能力解析：這是MIP材料的核心特征，源于印跡過程。6.原子間相互作用力（或范德華力/靜電力）解析：AFM通過探針與樣品表面原子間的相互作用力來探測(cè)表面形貌。7.陶瓷解析：溶膠-凝膠法是制備氧化物、硅酸鹽等陶瓷材料的重要方法。8.分子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（或熱力學(xué)性質(zhì)）解析：MD模擬可以模擬原子或分子的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而研究其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。9.生物活性（或藥理活性/生理活性）解析：QSAR研究的是分子結(jié)構(gòu)與其生物活性之間的關(guān)系。10.大分子與低分子（或客體分子與主體分子）解析：超分子化學(xué)研究的是通過非共價(jià)鍵組裝形成的復(fù)雜分子體系。三、判斷題1.錯(cuò)誤解析：共價(jià)鍵是原子間形成化學(xué)鍵的方式，屬于分子內(nèi)部作用，而分子間作用力是分子與分子之間的作用。2.錯(cuò)誤解析：范德華力存在于所有分子之間，包括極性分子，只是強(qiáng)度不同。3.錯(cuò)誤解析：蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指多條肽鏈（亞基）的空間排布和相互作用。4.錯(cuò)誤解析：離子交換樹脂是基于離子交換原理的功能材料，而離子印跡聚合物是基于分子識(shí)別原理。5.正確解析：XRD利用X射線與晶體相互作用產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象來分析晶體的結(jié)構(gòu)信息。6.正確解析：MBE技術(shù)具有原子級(jí)分辨率和高度可控性，可在納米尺度精確構(gòu)筑材料結(jié)構(gòu)。7.正確解析：鏈轉(zhuǎn)移劑能中斷聚合鏈增長(zhǎng)，從而降低聚合物的平均分子量。8.錯(cuò)誤解析：分子識(shí)別需要特定的識(shí)別位點(diǎn)（空腔）和識(shí)別對(duì)象（模板分子）之間的匹配。9.錯(cuò)誤解析：聚合物材料根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，性能差異很大，有的硬脆，有的韌性好，并非都具有良好的柔韌性。10.錯(cuò)誤解析：超分子化學(xué)是研究分子間非共價(jià)鍵相互作用的交叉學(xué)科，與傳統(tǒng)的有機(jī)、無機(jī)化學(xué)有區(qū)別。四、簡(jiǎn)答題1.氫鍵的形成需要同時(shí)具備氫原子（連接在電負(fù)性強(qiáng)的原子如O、N、F上）和電負(fù)性強(qiáng)的原子（也在O、N、F上）。特點(diǎn)：氫鍵是一種較強(qiáng)的分子間作用力（比范德華力強(qiáng)），具有方向性和飽和性，對(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)（如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度）有顯著影響。2.影響聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的主要因素包括：①側(cè)基體積和極性：側(cè)基越大、極性越強(qiáng)，Tg越高；②分子量：分子量增大，Tg升高；③鏈段運(yùn)動(dòng)能力：鏈段運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)的（如柔順鏈），Tg較低；④結(jié)晶度：結(jié)晶度越高，Tg越高（絕對(duì)值）；⑤交聯(lián)：交聯(lián)會(huì)顯著提高Tg。3.分子印跡技術(shù)的基本原理是：將目標(biāo)分子（模板）與功能單體在交聯(lián)劑、引發(fā)劑等存在下，與載體（或單體自身）進(jìn)行共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合，形成預(yù)組織化的聚合網(wǎng)絡(luò)。隨后，模板分子被移除，留下具有與模板分子大小、形狀、親和力互補(bǔ)的空腔結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：①化學(xué)傳感器；②固定相（色譜）；③藥物控釋載體；④組織工程支架；⑤免疫分析。4.掃描電子顯微鏡（SEM）的基本工作原理是：利用聚焦的高能電子束掃描樣品表面，電子束與樣品相互作用產(chǎn)生各種物理信號(hào)（如二次電子、背散射電子、背散射光等），探測(cè)器收集這些信號(hào)，經(jīng)處理后在屏幕上形成樣品表面的二次電子像。主要優(yōu)點(diǎn)包括：①分辨率高（可達(dá)納米級(jí)）；②景深大（圖像層次感強(qiáng)）；③可觀察樣品的立體表面形貌；④樣品制備相對(duì)簡(jiǎn)單（可觀察導(dǎo)體、絕緣體，但導(dǎo)體需噴金）。五、計(jì)算題1.解：根據(jù)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程ln([M]?/[M])=kt，其中[M]?=2.0mol/L,[M]=2.0*(1-60%)=0.8mol/L,t=2h。代入得ln(2.0/0.8)=k*2。計(jì)算得ln(2.5)≈0.9163，0.9163=2k，解得k=0.45815mol/(L·h)。2.解：數(shù)均分子量M_n=ΣWi/ΣWi=150*1000/1000=150g/mol。重均分子量M_w=ΣWi^2/ΣWi=(150^2*1000)/1000=22500g/mol?？紤]到PDI=M_w/M_n=1.1，若按1000個(gè)重復(fù)單元計(jì)算，PDI≈150*1.1/150=1.1，計(jì)算結(jié)果與PDI值吻合。若需精確計(jì)算，需知道具體的分子量分布數(shù)據(jù)。按題目給的平均分子量計(jì)算，M_n=150g/mol,M_w=150*1.1=165g/mol。但題目給M_w=150*1.1=165g/mol。因此數(shù)均分子量M_n=150g/mol，重均分子量M_w=150*1.1=165g/mol。六、論述題結(jié)合具體的分子設(shè)計(jì)與合成實(shí)例，論述分子工程在開發(fā)新型功能材料中的重要作用。分子工程是通過對(duì)分子結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)和可控合成，來調(diào)控和創(chuàng)造材料特定功能的一門科學(xué)。其核心在于將分子的結(jié)構(gòu)與性能建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)-合成-功能”的轉(zhuǎn)化。例如，在開發(fā)新型藥物遞送系統(tǒng)時(shí)，科學(xué)家可以通過分子工程設(shè)計(jì)具有特定靶向基團(tuán)和藥物負(fù)載空腔的超分子聚合物或脂質(zhì)體，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物在體內(nèi)的控釋和靶向遞送，提高療效，降低副作用（如聚合物膠束）。在傳感器領(lǐng)