2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——超分子化學在資源轉化中的應用研究考試時間：______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.下列哪一項不屬于超分子化學的核心特征？（A）分子識別(B)共價鍵結合(C)自組裝(D)協同效應2.在超分子體系中，主要由分子間作用力（如氫鍵）驅動的、無規(guī)或有序的聚集體稱為？（A）配位化合物(B)超分子聚集體(C)共價聚合物(D)克分子溶液3.下列哪種超分子主體分子對水分子具有較好的選擇性識別能力？（A）環(huán)糊精(B)芳香族多環(huán)化合物(C)輪烷(D)碳納米管4.利用超分子化學原理設計的、能夠選擇性結合特定客體分子的功能材料，其核心在于？（A）主體分子的共價結構(B)客體分子的溶解性(C)分子間作用力的強度與特異性(D)材料的機械強度5.在資源轉化過程中，超分子化學主要解決哪類問題？（A）提供高能反應物(B)降低反應活化能(C)實現目標產物的選擇性分離與富集(D)提高反應的溫度要求6.下列哪個應用領域不屬于超分子化學在資源轉化中的典型范疇？（A）生物質的高效轉化利用(B)廢水中有毒有機物的去除(C)稀土元素的高效分離(D)傳統(tǒng)無機催化劑的制備7.基于主客體識別原理，超分子催化通常具有的優(yōu)勢之一是？（A)高溫高壓條件下的穩(wěn)定性(B)催化劑的可循環(huán)利用性(C)對副反應的絕對抑制(D)催化劑的制備成本極低8.用于CO2資源化轉化的超分子吸附材料或催化劑，其設計通常需要考慮對CO2分子的哪些特性進行識別？（A)離子性(B)磁性(C)極性(D)線性結構9.超分子膜材料在資源分離中的應用，其核心在于利用了超分子結構的？（A)透氣性(B)選擇性滲透性(C)導電性(D)機械強度10.下列哪種研究方法不適合用于研究超分子體系的功能行為？（A)X射線單晶衍射(B)核磁共振波譜(C)傅里葉變換紅外光譜(D)量子化學分子動力學模擬二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線上）1.超分子化學的研究對象是分子之間通過_________和_________相互作用所形成的、具有特定結構和功能的聚集體。2.環(huán)糊精與客體分子結合形成超分子復合物的過程，本質上是一種_________識別過程。3.利用超分子化學原理設計的分子或材料，通常表現出優(yōu)異的_________能力和_________性能。4.在能源轉化領域，超分子化學可用于設計高效的_________催化體系和生物質降解利用體系。5.針對水體中重金屬離子的去除，可以設計具有特定配位位點的超分子吸附劑，利用其與重金屬離子之間的_________相互作用。6.超分子化學在分離科學中的應用，特別是在手性分離方面，主要利用了超分子主體對映異構體之間_________的差異。7.智能響應型超分子材料在資源調控中具有重要意義，它們能夠在外界刺激（如pH、光照、溫度）變化時，發(fā)生_________的變化，從而實現對目標資源的智能轉化或分離。8.超分子化學與催化化學的交叉領域，催生了超分子催化等新興研究方向，其核心在于利用超分子組裝體構建具有特定構象和功能的_________環(huán)境或_________中心。9.超分子化學材料的制備方法多種多樣，包括自組裝法、_________法、_________法等。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述氫鍵在超分子化學中的作用及其重要性。2.簡述自組裝在構建超分子功能材料過程中的意義。3.簡述超分子化學在CO2資源化利用方面可能的應用途徑。4.簡述超分子吸附材料相比于傳統(tǒng)吸附材料在選擇性方面的優(yōu)勢。四、論述題（每小題10分，共30分。請結合具體實例，深入闡述下列問題）1.論述超分子化學如何提升催化反應的選擇性，并舉例說明。2.論述超分子化學在環(huán)境保護領域（如水處理或空氣凈化）的應用前景，并分析其面臨的挑戰(zhàn)。3.選擇一個你感興趣的資源轉化過程（如生物質能轉化、手性藥物的合成等），詳細說明超分子化學可以如何應用于該過程，并探討其潛在的優(yōu)越性。---試卷答案一、選擇題1.B2.B3.A4.C5.C6.D7.B8.C9.B10.A二、填空題1.分子間作用力,主客體相互作用2.特異性3.分子識別,選擇性4.小分子活化與轉化5.配位6.結合能力（或識別能力）7.結構（或功能）8.微觀,多相9.化學合成,膜成膜三、簡答題1.解析思路：氫鍵是一種重要的分子間作用力，其特點在于方向性和飽和性。在超分子化學中，氫鍵可以作為驅動力促使分子自組裝成特定的超分子結構（如柱狀、層狀、螺旋等），是構建復雜超分子聚集體（如輪烷、杯狀聚合物）的關鍵因素。同時，氫鍵對極性分子（尤其是含-OH,-NH,-COOH基團）具有選擇性識別能力，使得超分子主體能夠特異性地結合底物分子，這是超分子化學實現功能化的基礎。2.解析思路：自組裝是指分子或離子等基本單元在驅動力（如熵驅動的疏水效應、焓驅動的特定分子間作用力）作用下，自發(fā)地聚集形成具有周期性或非周期性有序結構的聚集體過程。在構建超分子功能材料中，自組裝的意義在于：1）提供了一種簡便、可控的制備具有納米級孔道、特定表面化學環(huán)境或特定分子構象的功能材料的方法；2）通過調控組裝單元和組裝條件，可以精確控制材料的微觀結構，進而調控其宏觀性能，實現對材料功能的“設計合成”；3）自組裝過程通常與分子識別功能緊密相連，有助于構建具有高度選擇性的功能體系。3.解析思路：超分子化學在CO2資源化利用方面的應用途徑主要有：1）設計具有特定空腔或識別位點的超分子吸附劑，利用分子識別原理選擇性地吸附CO2，實現其富集，為后續(xù)轉化提供高濃度的CO2源；2）構建具有催化活性的超分子體系，如超分子金屬配合物或有機超分子催化劑，利用其獨特的結構或電子性質，高效、高選擇性地催化CO2的活化（如轉化為碳負離子、羰基化合物等）和轉化（如加氫制甲烷、轉化為一氧化碳、合成含碳化學品等）；3）利用超分子化學構筑智能響應材料，根據環(huán)境條件（如CO2濃度、壓力、光照）的變化，調控材料的吸附或催化性能，實現對CO2資源化過程的智能調控。4.解析思路：超分子吸附材料相比于傳統(tǒng)吸附材料（多為無機或有機聚合物）在選擇性方面的優(yōu)勢主要體現在：1）高度特異性識別：基于主客體化學原理，超分子吸附劑可以設計成與目標吸附物分子（如特定重金屬離子、有機污染物）具有高度匹配的識別位點，實現對目標物的選擇性吸附，而對結構相似或不同的其他物質則表現出較低的吸附親和力；2）可設計性強：可以通過改變超分子主體結構或引入不同的識別單元，精確調控吸附劑的識別選擇性，適應不同的吸附需求；3）功能集成性：超分子吸附劑可以在一個分子或結構單元上集成多種功能，如吸附、催化、傳感等，實現多功能一體化。四、論述題1.解析思路：超分子化學通過以下方式提升催化反應的選擇性：1）構象控制：超分子組裝體可以為催化劑分子提供特定的、優(yōu)化的空間構象，使其活性中心處于最有利于與底物結合和發(fā)生轉化狀態(tài)，從而提高反應的催化活性和選擇性；2）活性位點調控：通過超分子化學方法，可以將催化活性單元（如金屬離子、有機發(fā)色團）與識別單元（如配體、孔道）組裝在一起，形成具有特定化學環(huán)境和空間位阻的催化中心，實現對反應路徑的選擇性控制，抑制副反應的發(fā)生；3）手性催化：利用手性超分子主體（如手性杯狀聚合物、環(huán)糊精衍生物）可以與手性底物或催化劑分子發(fā)生選擇性相互作用，從而在催化過程中傳遞或增強手性，實現對手性產物的高效、高選擇性合成；4）環(huán)境敏感性與調控：超分子體系對外界環(huán)境（如pH、溶劑、溫度）的變化通常具有敏感響應性，通過調控環(huán)境條件，可以精確調節(jié)超分子催化劑的活性、選擇性或穩(wěn)定性，實現對目標反應選擇性優(yōu)化的能力。舉例：利用環(huán)糊精與手性酸形成的超分子復合物，可以有效地催化不對稱酯化反應，實現對非手性酸的手性轉化。2.解析思路：超分子化學在環(huán)境保護領域的應用前景廣闊，主要體現在水處理和空氣凈化等方面。應用前景：1）水體污染物去除：可以設計對特定污染物（如重金屬離子、抗生素、酚類化合物）具有高選擇性識別能力的超分子吸附劑或光催化劑，實現污染物的富集和降解；利用超分子膜材料，可以構建高效、選擇性的分離膜，用于海水淡化、廢水處理中的離子或分子分離；2）空氣凈化：可以設計對揮發(fā)性有機污染物（VOCs）或有害氣體（如NOx,CO2）具有選擇性吸附或催化氧化能力的超分子材料，用于空氣凈化或氣體分離；3）開發(fā)智能環(huán)境響應材料：設計能夠感知環(huán)境污染物濃度變化并發(fā)生物理化學性質（如顏色、導電性）改變的智能超分子材料，用于環(huán)境監(jiān)測。面臨的挑戰(zhàn)：1）材料的穩(wěn)定性：超分子材料（尤其是基于分子間作用力）在harsh環(huán)境條件（如強酸堿、高溫、化學腐蝕）下的穩(wěn)定性有待提高；2）規(guī)?；苽渑c成本：實現超分子功能材料的大規(guī)模、低成本、可控制備是實際應用的關鍵挑戰(zhàn)；3）長期性能與壽命：在實際應用環(huán)境中，材料的長期穩(wěn)定性和重復使用性能需要驗證；4）機理理解與設計：深入理解超分子材料與環(huán)境污染物之間的相互作用機制，并基于此進行高效功能設計，仍需大量研究工作。3.解析思路：選擇實例：生物質能轉化（如葡萄糖等碳水化合物的催化降解或轉化）。超分子化學的應用：1）構建高效超分子催化劑：利用超分子化學方法，可以將酶或無機催化劑分子與功能助劑通過非共價鍵組裝，形成具有協同效應的超分子催化體系。例如，將具有氧化還原能力的金屬配合物與識別葡萄糖的配體組裝在一起，可以構建對葡萄糖具有高選擇性氧化活性的超分子酶模擬物或催化劑，促進葡萄糖轉化為乳酸、乙醇等生物質平臺化合物；2）設計選擇性吸附與轉化載體：利用超分子主體（如杯狀聚合物、環(huán)糊精）對葡萄糖等生物質小分子的選擇性識別能力，構建超分子吸附劑，用于生物質原料的預處理，實現對