2025年大学《化学》专业题库- 超分子化学结构的构建与调控

2025年大学《化学》专业题库——超分子化学结构的构建与调控考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内）1.下列哪一项不属于超分子化学中常见的非共价键相互作用？（A）氢键（B）共价键（C）π-π堆积（D）范德华力2.在主客体化学中，环糊精（CD）通常作为（A）客体分子（B）主体分子（C）催化剂（D）溶剂3.自组装过程通常受热力学和动力学因素共同控制，其中（A）热力学控制的自组装通常在非平衡条件下快速形成非热力学稳定态（B）动力学控制的自组装总是形成最稳定的热力学状态（C）熵驱动的自组装比焓驱动的自组装更常见（D）只有少数体系表现出动力学控制的自组装行为4.杯状冠醚对特定金属离子（如K+）具有高选择性，这主要是由于（A）金属离子与杯状冠醚之间形成了强共价键（B）杯状冠醚的空腔大小与金属离子半径高度匹配，且腔内疏水环境（C）静电相互作用是唯一的作用力（D）范德华力在主体-客体识别中起主导作用5.超分子结构的“可逆性”主要归因于（A）共价键的易断裂性（B）非共价键相互作用的相对弱小和可调控性（C）构建单元的多样性不足（D）自组装过程的复杂性6.下列哪种方法通常用于增强超分子配合物的稳定性？（A）使用极性溶剂（B）降低温度（C）引入竞争性结合体（D）施加光照射7.超分子凝胶的形成通常涉及（A）单体通过共价键聚合（B）单体通过自组装形成网络结构，交联点为非共价键（C）线性聚合物链的物理缠绕（D）离子晶体的沉淀8.“点击化学”在超分子化学合成中的应用主要优势在于（A）反应条件温和，选择性好，产物易于纯化（B）形成强共价键结构（C）只能用于有机分子合成（D）只适用于动力学自组装9.利用环糊精对映选择性包结手性分子，是基于（A）环糊精分子内存在手性中心（B）手性分子与环糊精结合后失去手性（C）环糊精对对映异构体存在结合位点和亲和力的差异（D）氢键在非对映异构体识别中的作用10.能够使杯[4]芳烃与四丁基铵离子形成轮烷（轮烷[4]）的关键因素是（A）杯[4]芳烃的芳香性（B）四丁基铵离子体积庞大（C）四丁基铵离子带正电荷，杯[4]芳烃含有亲电位点（D）二者在溶液中浓度足够高二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.超分子化学研究的对象是__________________________的分子聚集体。2.非共价键相互作用包括氢键、__________________________、静电相互作用、范德华力和金属配位键等。3.自组装是指分子或超分子单元在驱动力作用下自发形成______________的过程。4.主客体化学中，能够识别和选择性结合特定客体的分子称为__________________________。5.超分子化学强调利用__________________________构筑具有特定功能的分子体系。6.超分子结构对外界环境（如溶剂、温度、pH、光等）的变化表现出__________________________的特性。7.超分子凝胶是一种由分子或超分子单元自组装形成的__________________________的凝胶状物质。8.“分子识别”是指分子间通过__________________________选择性地结合形成特定配合物的过程。9.利用环糊精的包结作用可以实现对分子构型、溶解度、__________________________等性质的调控。10.轮烷是一种由__________________________和__________________________通过非共价键连接形成的准轮烷超分子。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述氢键在超分子化学构建中的作用及其特点。2.请比较自组装的热力学控制和动力学控制的主要区别。3.解释什么是主客体化学，并举例说明其在分离纯化方面的应用。4.描述一种可用于超分子结构调控的外界刺激（如pH、光），并说明其调控机理。四、论述题（每题10分，共30分）1.以杯状冠醚（如杯[4]芳烃）为例，详细阐述其结构特点以及与不同金属离子或有机阳离子形成主客体配合物的原理和选择性。2.讨论溶剂极性对超分子自组装行为（如胶束、囊泡的形成）的影响，并解释其背后的原因。3.阐述超分子化学在发展功能材料（如光电器件、智能材料、药物递送载体）方面的潜力，并举例说明其应用前景。试卷答案一、选择题1.B2.B3.C4.B5.B6.B7.B8.A9.C10.C二、填空题1.超越单个分子界限2.π-π堆积3.有序结构4.主体分子5.非共价键6.响应性或可调性7.永久或半永久8.特异性相互作用9.光学性质10.环状分子（或主体分子）；线性分子（或客体分子）三、简答题1.解析思路：首先指出氢键是重要的非共价键之一。然后说明其作用：作为连接单元，通过氢键网络形成有序结构（如聚集体、凝胶）；作为驱动力，影响自组装过程的方向和稳定性；作为识别单元，参与主客体结合或分子识别；其特点是方向性强、相对强度较其他非共价键大，但易受环境影响（如溶剂、温度）。2.解析思路：首分清热力学和动力学都是自组装驱动力。热力学控制：体系自发趋向最低自由能状态，形成的结构最稳定、熵增最大；动力学控制：体系在达到平衡前被快速扰动或存在动力学障碍，形成相对非热力学稳定态（如胶束核）。关键区别在于是否形成最稳定状态以及过程是否可逆。3.解析思路：定义主客体化学：利用主体分子的空腔或特定识别位点选择性结合客体分子形成配合物的化学。应用：利用主体（如CD）对客体（如目标分子异构体）的选择性包结，实现分离纯化。例如，用β-环糊精水溶液处理手性药物外消旋体，药物对映异构体与β-环糊精形成包合物，由于包合物的溶解度不同，从而实现分离。4.解析思路：选择一种刺激（如pH）。描述调控现象：pH变化会影响分子结构（如质子化/去质子化）、电荷状态，进而改变分子间相互作用强度和性质。解释机理：例如，对于pH敏感的超分子体系，酸碱调节可以改变关键基团的质子状态，使得氢键、静电相互作用等发生断裂或形成，导致超分子结构解离或重组，实现功能的开关或性质的调控。四、论述题1.解析思路：首述杯状冠醚特点：大位阻、环状空腔、环内疏水、环口亲水（或特定反应位点）。然后分述与金属离子结合：金属离子通常位于疏水空腔内，与杯口形成氢键或静电相互作用，利用离子半径选择性（如18-冠-6优先结合K+>Na+>Li+）。然后述与有机阳离子结合：利用空腔对阳离子（如四丁基铵离子）的范德华力和空间匹配性，以及可能的阳离子-π相互作用，形成主客体配合物。选择性源于空腔大小、形状、对称性以及腔内/口环境对结合对象的要求。2.解析思路：首述溶剂极性影响：极性溶剂有利于极性、带电荷或能形成氢键的分子间相互作用，不利于非极性相互作用。然后具体分析对胶束影响：极性溶剂增溶胶束，但可能降低胶束稳定性（如减弱疏水相互作用）；非极性溶剂对胶束增溶能力差，但能增强胶束内疏水核心的相互作用，可能形成更大或更稳定的胶束。解释原因：溶剂化效应，极性溶剂屏蔽了胶束表面极性基团，增强了内部分子间相互作用（熵效应）。同时，溶剂分子与胶束内部分子间的相互作用（如氢键）也会影响整体稳定性。3.解析思路：首述潜力：超分子化学利用分子自组装，可构建具有周期性、有序性或特定空腔结构的材料，易于调控功能和响应外界刺激。然后举例说明：*光电器件：利用π-π堆积构建有机半导体薄膜；利用主体-客体识别或光致变色分子构建光开关或光控释放材料。*智能材料：利用温度、pH、电场等刺激响应的超分子凝胶、聚合物或分子开关，实现材