2025年大學(xué)本科三年級(jí)（分子科學(xué)與工程）分子材料設(shè)計(jì)測(cè)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共40分）（總共8題，每題5分，每題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）1.以下關(guān)于分子材料設(shè)計(jì)的基本概念，錯(cuò)誤的是（）A.分子材料設(shè)計(jì)旨在通過(guò)對(duì)分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)特定性能B.它主要關(guān)注分子的化學(xué)組成，而不涉及分子間相互作用C.分子材料設(shè)計(jì)需要綜合考慮多種因素以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)D.合理的分子設(shè)計(jì)有助于開(kāi)發(fā)新型功能材料答案：B2.在分子材料設(shè)計(jì)中，對(duì)分子對(duì)稱性的研究目的不包括（）A.影響材料的物理性質(zhì)B.改變分子的化學(xué)活性C.決定材料的晶體結(jié)構(gòu)D.提升材料的美學(xué)價(jià)值答案：D3.分子軌道理論在分子材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，主要是為了（）A.確定分子的顏色B.預(yù)測(cè)分子的穩(wěn)定性C.分析分子的形狀D.計(jì)算分子的質(zhì)量答案：B4.以下哪種方法不屬于分子材料設(shè)計(jì)中常用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化手段（）A.量子化學(xué)計(jì)算B.隨機(jī)組合分子片段C.引入官能團(tuán)修飾D.改變分子的空間構(gòu)型答案：B5.分子材料設(shè)計(jì)中，考慮分子間氫鍵作用時(shí)，不正確的觀點(diǎn)是（）A.氫鍵能增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性B.氫鍵會(huì)影響材料的溶解性C.氫鍵的存在與分子材料性能無(wú)關(guān)D.可通過(guò)調(diào)控氫鍵來(lái)改善材料性能答案：C6.關(guān)于分子材料設(shè)計(jì)中對(duì)分子電子云分布的調(diào)控，說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.可改變分子的導(dǎo)電性B.與分子的化學(xué)反應(yīng)活性無(wú)關(guān)C.能影響材料的光學(xué)性質(zhì)D.是實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)的重要途徑答案：B7.在分子材料設(shè)計(jì)中，研究分子的堆積方式主要是為了（）A.確定分子的熔點(diǎn)高低順序B.提高分子的純度C.了解材料的宏觀性能D.分析分子的光譜特征答案：C8.以下關(guān)于分子材料設(shè)計(jì)中多尺度方法的理解，錯(cuò)誤的是（）A.從微觀分子層面到宏觀材料性能進(jìn)行綜合考慮B.多尺度方法不利于準(zhǔn)確設(shè)計(jì)分子材料性能目標(biāo)C.結(jié)合不同尺度的信息來(lái)優(yōu)化分子材料設(shè)計(jì)D.是分子材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要策略答案：B第II卷（非選擇題共60分）二、填空題（每題5分，共20分）1.分子材料設(shè)計(jì)的核心是通過(guò)對(duì)分子的______、______和______等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)材料具有特定的功能。答案：結(jié)構(gòu)、組成、分子間相互作用2.在分子材料設(shè)計(jì)中，常用的量子化學(xué)計(jì)算方法有______、______等。答案：密度泛函理論、從頭算方法3.分子材料的性能主要包括______、______、______等方面。答案：物理性能、化學(xué)性能、生物性能4.分子材料設(shè)計(jì)中，引入功能性基團(tuán)可以改變分子的______、______以及______等性質(zhì)。答案：化學(xué)活性、物理性質(zhì)、材料性能三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述分子材料設(shè)計(jì)中如何利用分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)預(yù)測(cè)材料性能。答案：分子動(dòng)力學(xué)模擬通過(guò)對(duì)分子體系中原子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬?？梢杂?jì)算分子的擴(kuò)散系數(shù)，了解分子在材料中的遷移情況，從而預(yù)測(cè)材料的滲透性等性能。能模擬分子間的相互作用，分析材料的穩(wěn)定性。還可研究分子的構(gòu)象變化，為理解材料的動(dòng)態(tài)性能提供依據(jù)，進(jìn)而輔助分子材料設(shè)計(jì)以達(dá)到預(yù)期性能。2.說(shuō)明在分子材料設(shè)計(jì)中考慮分子晶體結(jié)構(gòu)的重要性。答案：分子晶體結(jié)構(gòu)直接影響材料的物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、硬度等。不同的晶體結(jié)構(gòu)決定了分子間的堆積方式，進(jìn)而影響分子間作用力大小。合適的晶體結(jié)構(gòu)能使分子材料具有良好的穩(wěn)定性和有序性。它還與材料的光學(xué)、電學(xué)等性能密切相關(guān)，正確設(shè)計(jì)分子晶體結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)分子材料在多方面的功能，是分子材料設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素之一。四、材料分析題（每題10分，共20分）材料：在分子材料設(shè)計(jì)中，研究人員發(fā)現(xiàn)一種新型分子結(jié)構(gòu)，其中包含多個(gè)共軛雙鍵。該分子在溶液中表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，吸收特定波長(zhǎng)的光后能發(fā)出強(qiáng)烈的熒光。通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步研究分子間相互作用對(duì)熒光性能的影響。1.請(qǐng)分析這種新型分子結(jié)構(gòu)中共軛雙鍵對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響原理。答案：共軛雙鍵的存在使得分子中的電子能夠發(fā)生離域，形成大π鍵。這降低了電子躍遷的能量，使得分子能夠吸收特定波長(zhǎng)的光。電子躍遷后，處于激發(fā)態(tài)的分子通過(guò)輻射躍遷回到基態(tài)，釋放出能量以熒光的形式發(fā)射出來(lái)，從而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的熒光。共軛雙鍵的共軛程度和分子結(jié)構(gòu)會(huì)影響電子離域程度，進(jìn)而影響吸收和發(fā)射光的波長(zhǎng)等光學(xué)性質(zhì)。2.結(jié)合材料，闡述量子化學(xué)計(jì)算在優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)及研究性能方面所起的作用。（150字左右）答案：量子化學(xué)計(jì)算可對(duì)該新型分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確描述和優(yōu)化。通過(guò)計(jì)算分子軌道能量、電子云分布等，找到更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。能分析共軛雙鍵與熒光性能的關(guān)系，確定影響熒光強(qiáng)度和波長(zhǎng)的因素。還可預(yù)測(cè)分子間相互作用對(duì)熒光的影響，為進(jìn)一步改進(jìn)分子結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)熒光性能提供理論依據(jù)，推動(dòng)分子材料在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。五、綜合論述題（每題20分，共20分）論述分子材料設(shè)計(jì)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)。答案：分子材料設(shè)計(jì)在能源領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。在太陽(yáng)能電池方面，可設(shè)計(jì)具有合適光吸收和電荷傳輸性能的分子材料，提高光電轉(zhuǎn)換效率。在鋰離子電池中，設(shè)計(jì)新型電極材料分子，提升電池的能量密度和循環(huán)壽命。在燃料電池中，優(yōu)化