2025年大學(xué)本科三年級（分子科學(xué)與工程）分子材料設(shè)計測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：本卷共20小題，每小題2分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.分子材料設(shè)計中，關(guān)于分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的描述，以下正確的是A.分子對稱性越高，材料性能越好B.分子鏈越長，材料強(qiáng)度越低C.分子間作用力越強(qiáng)，材料熔點越低D.分子的共軛結(jié)構(gòu)有利于提高材料的導(dǎo)電性2.以下哪種方法可用于預(yù)測分子材料的光學(xué)性質(zhì)A.量子力學(xué)計算B.熱重分析C.紅外光譜分析D.核磁共振3.在分子材料設(shè)計中，引入功能基團(tuán)的主要目的是A.增加分子的分子量B.改變分子的顏色C.賦予材料特定的性能D.提高分子的穩(wěn)定性4.對于分子材料的溶解性，下列說法錯誤的是A.分子極性越大，越易溶于極性溶劑B.分子結(jié)構(gòu)越規(guī)整，溶解性越好C.適當(dāng)增加分子的支鏈可改善溶解性D.形成分子間氫鍵會降低溶解性5.分子材料設(shè)計中，考慮分子堆積方式時，哪種堆積方式有利于提高材料的密度A.無序堆積B.層狀堆積C.柱狀堆積D.球狀堆積6.以下哪類分子不適合作為分子材料的主體分子A.具有剛性結(jié)構(gòu)的分子B.易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子C.具有大π共軛體系的分子D.對稱性高的分子7.在分子材料設(shè)計中，調(diào)控分子的電子云密度分布主要影響材料的A.熱穩(wěn)定性B.機(jī)械性能C.電學(xué)性能D.光學(xué)性能8.分子材料的熒光發(fā)射波長主要取決于A.分子的大小B.分子的電子躍遷類型C.分子的溶解性D.分子的純度9.設(shè)計分子材料時，選擇合適的溶劑進(jìn)行合成反應(yīng)，主要考慮溶劑的A.沸點B.密度C.極性D.顏色10.對于分子材料的磁性，下列描述正確的是A.順磁性分子材料的磁性比抗磁性分子材料強(qiáng)B.分子中含有未成對電子有利于產(chǎn)生磁性C.分子材料的磁性與分子的形狀無關(guān)D.磁性分子材料在常溫下都具有明顯的磁性11.分子材料設(shè)計中，優(yōu)化分子的空間構(gòu)型可改善材料的A.加工性能B.吸附性能C.熱膨脹系數(shù)D.以上都是12.利用計算機(jī)輔助設(shè)計分子材料時，常用的軟件是A.PhotoshopB.AutoCADC.GaussianD.MATLAB13.分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與分子的A.分子量分布有關(guān)B.化學(xué)組成有關(guān)C.結(jié)晶度有關(guān)D.以上都有關(guān)14.在分子材料設(shè)計中，研究分子間的電荷轉(zhuǎn)移過程有助于理解材料的A.光致發(fā)光機(jī)制B.熱傳導(dǎo)機(jī)制C.摩擦性能D.吸附性能15.以下哪種分子間相互作用對分子材料的自組裝行為影響最大A.范德華力B.氫鍵C.靜電作用D.疏水作用16.分子材料設(shè)計中，通過改變分子的取代基來調(diào)控材料性能，這屬于A.結(jié)構(gòu)修飾策略B.復(fù)合策略C.摻雜策略D.共混策略17.對于分子材料的力學(xué)性能，分子鏈的柔順性主要影響材料的A.硬度B.韌性C.拉伸強(qiáng)度D.彈性模量18.分子材料設(shè)計中，考慮分子的溶解性時，相似相溶原理的本質(zhì)是A.分子間作用力相似B.分子大小相似C.分子形狀相似D.分子電荷分布相似19.研究分子材料的晶體結(jié)構(gòu)可采用的方法是A.X射線衍射B.掃描電子顯微鏡C.透射電子顯微鏡D.原子力顯微鏡20.在分子材料設(shè)計中，如何提高分子材料的化學(xué)穩(wěn)定性A.減少分子中的雙鍵B.增加分子的支鏈C.引入吸電子基團(tuán)D.降低分子的對稱性第II卷（非選擇題共60分）（一）填空題（共10分）答題要求：本大題共5小題，每小題2分。請在橫線上填寫正確答案。21.分子材料設(shè)計的核心是通過對分子的______、______和______進(jìn)行調(diào)控，以實現(xiàn)材料性能的優(yōu)化。22.在分子材料中，分子間的______作用是影響材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的重要因素之一。23.分子材料的導(dǎo)電性主要取決于分子的______和______。24.利用分子自組裝技術(shù)制備分子材料時，需要考慮分子的______、______和______等因素。25.分子材料設(shè)計中，常用的表征手段有______、______、______等。（二）簡答題（共20分）答題要求：本大題共4小題，每小題5分。簡要回答問題。26.簡述分子材料設(shè)計中如何通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計提高材料的發(fā)光效率。27.說明在分子材料設(shè)計中，如何考慮分子的溶解性與材料加工性能之間的關(guān)系。28.分子材料的熱穩(wěn)定性受哪些因素影響？在分子材料設(shè)計中如何提高熱穩(wěn)定性？29.舉例說明分子材料設(shè)計中如何運用化學(xué)修飾的方法改善分子材料的性能。（三）論述題（共15分）答題要求：本大題共1小題，15分。論述分子材料設(shè)計在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景。（四）材料分析題（共10分）材料：在分子材料設(shè)計中，研究人員發(fā)現(xiàn)一種新型分子結(jié)構(gòu)，其具有獨特的共軛體系和分子間相互作用。通過一系列實驗測試，發(fā)現(xiàn)該分子材料在光電轉(zhuǎn)換方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。答題要求：根據(jù)上述材料，分析該分子結(jié)構(gòu)的哪些特點使其在光電轉(zhuǎn)換方面具有優(yōu)異性能，并闡述分子材料設(shè)計在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的重要性。（五）方案設(shè)計題（共5分）答題要求：本大題共1小題，5分。設(shè)計一個簡單的分子材料設(shè)計方案，用于制備具有高吸附性能的分子材料。答案：1.D2.A3.C4.B5.C6.B7.C8.B9.C10.B11.D12.C13.D14.A15.B16.A17.B18.A19.A20.A21.結(jié)構(gòu)、組成、相互作用22.非共價23.電子結(jié)構(gòu)、分子間電荷轉(zhuǎn)移24.形狀、官能團(tuán)、相互作用25.紅外光譜、核磁共振、X射線衍射26.可通過增加分子的共軛程度，使分子的電子躍遷更容易發(fā)生且能量損失減小，從而提高發(fā)光效率；優(yōu)化分子的平面性，利于分子間的π-π堆積，增強(qiáng)發(fā)光性能；合理引入取代基，調(diào)節(jié)分子的電子云分布，改善發(fā)光效率。27.分子溶解性好有利于溶液加工，如溶液澆鑄等方法制備薄膜等材料；但溶解性過好可能導(dǎo)致材料成型后強(qiáng)度等性能不佳。設(shè)計時需平衡溶解性，可通過適當(dāng)控制分子的極性、大小、引入基團(tuán)等，使分子在一定溶劑中有合適溶解性，同時又能保證材料在加工成型后具有良好的性能。28.分子材料的熱穩(wěn)定性受分子結(jié)構(gòu)（如化學(xué)鍵強(qiáng)度、環(huán)的穩(wěn)定性等）、分子間相互作用（如氫鍵、范德華力等）、是否存在易分解的基團(tuán)等因素影響。提高熱穩(wěn)定性可通過引入穩(wěn)定的化學(xué)鍵，如增加芳香環(huán)結(jié)構(gòu)；增強(qiáng)分子間相互作用形成穩(wěn)定的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)；去除易分解的基團(tuán)等方法。29.例如對分子引入吸電子基團(tuán)，可改變分子的電子云分布，影響分子的反應(yīng)活性和性能。如在一些有機(jī)分子材料中引入吸電子基團(tuán)后，其導(dǎo)電性得到改善；對分子進(jìn)行烷基化修飾，可改變分子的溶解性和分子間相互作用，從而改善材料的加工性能和機(jī)械性能等。30.該分子獨特的共軛體系有利于電子的傳輸和躍遷，能高效地吸收和轉(zhuǎn)換光能。分子間相互作用可使分子有序排列，形成有利于光電轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)。分子材料設(shè)計在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域重要性在于可根據(jù)需求設(shè)計特定結(jié)構(gòu)