高分子科學簡明教程課后習題及試題答案(補充版)

1、為08年6月考試題目*為14年6月考題第一章概述3.說出10種你在日常生活中遇到的高分子的名稱。答：滌綸、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、PET、蛋白質(zhì)、核酸、涂料、塑料、合成纖維6.下列物質(zhì)中哪些屬于聚合物？（1）水；（2）羊毛；（3）肉；（4）棉花；（5）橡膠輪胎；（6）涂料答：羊毛、棉花、橡膠輪胎、涂料、肉*7.寫出下列高分子的重復單元的結(jié)構(gòu)式：（1） PE（2） PS（3） PVC（4） POM（ 5）尼龍；（6）滌綸答：（1）PE-聚乙烯一CH2 CH2 （2）PS聚本乙烯ch2chi1Ph（3）PVC -一聚氯乙烯wCH2CI+Cl（4）POM -聚甲醛-O CH2 （5）尼龍聚酰胺-

2、NH（CH2）5CO （6）滌綸一聚對苯二甲酸乙二醇酯P78. 寫出下列重復單元的聚合物的一般名稱，指出結(jié)構(gòu)單元和單體單元。（手寫）名稱結(jié)構(gòu)單元單體單元CH 3H2丨C - C CH3COOC聚甲基丙烯酸甲酯一樣一樣H2HC 一C CH3COOC聚丙烯酸甲酯一樣一樣NH（CH） 6NHCO（CHCO-尼龍-66NH（CH） 6NH-CO（CH）4CO無H2CCCH3CH-cc H2聚異戊二烯一樣一樣 9.用簡潔的語言說明下列術(shù)語。（1）高分子；（2）鏈節(jié)；（3）聚合度；（4）多分散度；（5）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；（6）共聚物 答：（1）高分子也叫聚合物分子或大分子，具有高的相對分子量，其結(jié)構(gòu)必須是由多個重

3、復單元所組成， 并且這些重復單元實際是或概念上是由相應的小分子衍生而來的。（2 ）鏈節(jié)是指結(jié)構(gòu)重復單元，重復組成高分子分子結(jié)構(gòu)的最小結(jié)構(gòu)單元。（3）聚合度是單個聚合物分子所含單體單元的數(shù)目。(4) 多分散性：除了蛋白質(zhì)、 DNA 等外，高分子化合物的相對分子質(zhì)量都是不均一的(5) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是交聯(lián)高分子的分子構(gòu)造。(6) 共聚物：由一種以上單體聚合而成的聚合物。14、平均相對分子質(zhì)量為100萬的超高相對分子質(zhì)量PE的平均聚合度是多少？P= 100 X 10000/28= 35700 2 1 、高分子結(jié)構(gòu)有哪些層次？各層次研究的內(nèi)容是什么？答：高分子結(jié)構(gòu)由 4 個層次組成：a、一級結(jié)構(gòu)，指單個大分

4、子內(nèi)與基本結(jié)構(gòu)單元有關(guān)的結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)單元的化學組成、鏈接方式，構(gòu)型， 支化和交聯(lián)以及共聚物的結(jié)構(gòu)b、二級結(jié)構(gòu)，指若干鏈節(jié)組成的一段鏈或整根分子鏈的排列形狀。c、三級結(jié)構(gòu) 在二級的基礎(chǔ)上許多這樣的大分子聚集在一起而形成的結(jié)構(gòu)，包括結(jié)晶結(jié)構(gòu)，非晶結(jié)構(gòu)，液晶 結(jié)構(gòu)和取向結(jié)構(gòu)。d、四級結(jié)構(gòu)，指高分子在材料中的堆砌方式。22、什么是高分子的構(gòu)型？什么是高分子的構(gòu)象？請舉例說明。答：構(gòu)型是指分子中由化學鍵所固定的原子在空間的排列；高分子鏈由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生分子在空間的 不同形態(tài)稱為構(gòu)象。構(gòu)象與構(gòu)型的根本區(qū)別在于，構(gòu)象通過單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)可以改變，而構(gòu)型無法通過內(nèi)旋轉(zhuǎn) 改變。26、 用粗略示意圖表示：(1)線

5、型聚合物 (2)帶短支鏈聚合物 (3)交聯(lián)XX( 4)星形聚合 物27、試分析線形、支化、交聯(lián)高分子的結(jié)構(gòu)和性能特點。線形高分子的分子間沒有化學鍵結(jié)合，在受熱或受力時可以互相移動，因而線形高分子在適當溶劑中可以溶解，加熱時可以熔融，易于加工成形。交聯(lián)高分子的分子間通過支鏈聯(lián)結(jié)起來成為了一個三錐空間網(wǎng)狀大分子，高分子鏈不能動彈，因而不 溶解也不熔融，當交聯(lián)度不大時只能在溶劑中溶脹。支化高分子的性質(zhì)介于線形高分子和交聯(lián)(網(wǎng)狀)高分子之間，取決于支化程度。第三章 鏈式聚合反應1 下列烯類單體適于何種機理聚合：自由基聚合，陽離子聚合或陰離子聚合？并說明理由。CH2=CHCl CH2=CCl2 CH2=

6、CHCN CH2=C(CN)2 CH2=CHCH3 CH2=C(CH3)2CH2=CHC6H5 CF2=CF2 CH2=C(CN)COOR CH2=C(CH3)CH=CH2 解： CH=CHCl 適于自由基聚合， Cl 原子是吸電子基團，也有共軛效應， 但均較弱。CH2=CCl 2適于自由基聚合和陰離子聚合。 Cl 原子是吸電子基團， 也有共軛效應。 2 個 Cl 原子的吸電子 性足夠強。CF2=CF2適合自由基聚合，F(xiàn)原子體積小，結(jié)構(gòu)對稱。CH2=CHC6H5與CH2=CH-CH=CH 2可進行自由基聚合、陽離子聚合以及陰離子聚合。 因為共軛體系 n電 子的容易極化和流動。CH2=CHCN

7、適合自由基聚合和陰離子聚合。-CN 是吸電子基團，并有共軛效應。CH2=C(CN)2適合陰離子聚合。2個-CN是強吸電子基團。CH2=C(CH 3)2適合陽離子聚合。 CH3為供電子基團，CH3與雙鍵有超共軛效應。CH2=C(CN)COOR 適合陰離子聚合，兩個吸電子基的吸電子性很強。CH2=CCH3COOR適合自由基聚合和陰離子聚合。因為是1, 1二取代基，甲基體積較小， COOR為吸電子基，甲基為供電子基，均有共軛效應。*2 判斷下列烯類能否進行自由基聚合，并說明理由。CH2=C(C6H5)2ClHC=CHClCH2=C(CH3)C2H5CH3CH=CHCH 3CH2=C(CH3)COOC

8、H3 CH2=CHOCOCH3 CH3CH=CHCOOCH 3解：CH2=C(C6H5)2不能通過自由基聚合形成高分子量聚合物。因為取代基空間阻礙大，只能形成二聚體。ClCH=CHCl 不能通過自由基聚合形成高分子量聚合物。因為單體結(jié)構(gòu)對稱，1，2 二取代基造成較大空間阻礙。CH2=C(CH 3)C2H5 不能通過自由基聚合形成高分子量聚合物。由于雙鍵電荷密度大不利于自由基的進 攻，且易轉(zhuǎn)移生成烯丙基型較穩(wěn)定的自由基，難于再與丙烯等加成轉(zhuǎn)變成較活潑的自由基，故得不到高聚 物。CH3CH=CHCH 3不能通過自由基聚合形成高分子量聚合物。因為位阻大，且易發(fā)生單體轉(zhuǎn)移生成烯丙基 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由于是

9、1， 1 二取代基， 甲基體積小， 均OCOCH 3 有吸電子誘導效應和供電子共。由于是 1， 2 二取代基，空間阻礙大。CH2=C(CH 3)COOCH 3能通過自由基聚合形成高分子量聚合物。 有共軛效應。CH2=CHOCOCH 3能通過自由基聚合形成高分子量聚合物。因為 軛效應，但這兩種效應都很弱。CH3CH=CHCOOCH 3 不能通過自由基聚合形成高分子量聚合物3.書P406答案(缺分析)11、什么叫鏈轉(zhuǎn)移反應？有幾種形式？對聚合速率和相對分子質(zhì)量有何影響？什么叫鏈轉(zhuǎn)移 常數(shù)？與鏈轉(zhuǎn)移速率常數(shù)的關(guān)系？答：鏈轉(zhuǎn)移反應：指活性鏈自由基與聚合物反應體系中的其他物質(zhì)分子之間發(fā)生的獨電子轉(zhuǎn)移并生

10、成 大分子和新自由基的過程通常包括鏈自由基向單體、向引發(fā)劑、向溶劑、向大分子的轉(zhuǎn)移反應。對聚合速率和相對分子質(zhì)量影響相反第 64 頁13、在自由基聚合中，為什么聚合物鏈中單體單元大部分按頭尾方式連接，且所得的聚合物 多為無規(guī)立構(gòu)？答：由于電子效應和空間位阻效應，按頭尾方式連接的單體單元更穩(wěn)定，因此聚合物鏈中單體單元大 部分按頭尾方式連接。由于自由基聚合的鏈增長活性中心，鏈自由基周圍存在不定向因素，因此空間構(gòu)型沒有選擇性，是隨 機的，因此得到聚合物為無規(guī)立構(gòu)。14. 已知在苯乙烯單體中加入少量乙醇進行聚合時，所得聚苯乙烯的相對分子質(zhì)量比一般本體 聚合要低。但當乙醇量增加到一定程度后，所得到的聚苯

11、乙烯的相對分子質(zhì)量要比相應條件 下本體聚合所得的要高，試解釋之。答：加少量乙醇時，聚合反應還是均相的，乙醇的鏈轉(zhuǎn)移作用會使分子量下降。當乙醇量增加到一定 比例后，聚合反應是在不良溶劑或非溶劑中進行，出現(xiàn)明顯的自動加速現(xiàn)象，從而造成產(chǎn)物的分子量反比 本體聚合的高。*20單體(如苯乙烯)在儲存和運輸過程中，常需加入阻聚劑。聚合前用何法除去阻聚劑？ 若取混有阻聚劑的單體聚合，將會發(fā)生什么后果？答：單體在聚合反應以前通常要通過蒸餾或萃取先除去阻聚劑，否則需使用過量引發(fā)劑。當體系中存 在阻聚劑時，在聚合反應開始以后（引發(fā)劑開始分解），并不能馬上引發(fā)單體聚合，必須在體系中的阻聚劑全部消耗完后，聚合反應才會

12、正常進行，即存在誘導期。22. 工業(yè)上用自由基聚合產(chǎn)生的大品種有哪些？試簡述它們常用的聚合方法和聚合條件。答：PS聚苯乙烯：以苯，乙烯為原料，ALCL3，金屬氧化物為催化劑進行本體聚合制得PE聚乙烯：用金屬茂作催化劑引發(fā)聚合PVC聚氯乙烯；以電石為原料，與氯化氫反應，經(jīng)過本體聚合制得 PMMA聚甲基丙烯酸甲酯：在單體 MMA加入引發(fā)劑，增塑劑紫外吸收劑懸浮聚合得到。23. 簡要解釋下列名詞，并指出它們之間的異同點。（1）本體聚合；懸浮聚合；乳液聚合；（2）溶液聚合；淤漿聚合；均相聚合；沉淀聚合。答：（1）本體聚合是不加其他介質(zhì)，只有單體本身在引發(fā)劑熱光輻射的作用下進行的聚合； 懸浮聚合是通過強

13、力攪拌并在分散劑的作用下，把單體分散成無數(shù)的小液滴懸浮于水中，由油 溶性引發(fā)劑引發(fā)而進行的聚合反應； 乳液聚合是在乳化劑的作用下并借助于機械攪拌，使單體在水中分散成乳液狀，由水溶性引發(fā) 劑引發(fā)而進行的聚合反應（2 溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當溶劑中進行的聚合反應； 淤漿聚合是催化劑（引發(fā)劑）和形成的聚合物均不溶于單體和溶劑（稀釋劑）的聚合反應； 生成的聚合物溶于單體的聚合叫均相聚合； 聚合產(chǎn)物不溶于單體的聚合叫沉淀聚合。28.34.寫出合成熱塑性彈性體SBS的一種方法。解：合成SBS熱塑彈性體的主要方法有（選其一即可）A. 用雙官能催化劑經(jīng)二步法合成C6H5C6H5LiC CH2CH2CL

14、i +2nCH2CH 二 CHCH2_C6H5C6H5C6H5?6日5Li CH 2CH 二 CH CH2CH 2 CH 二 CH CHCH2CH 2 CC6H5C6H5CH2 CH 二 CH CH?中2 ch 二 CH CH2Li 2mCH2=CH C6圮終止 SBS樹脂B. 偶聯(lián)法+l一+mCH2=CH-CH二 CH2nCH2=CH+R-Li R七。日2一曰出一日山 C6H5C6H5C6H5CHCH2 CH2CH 二 CH CH2Li m-1RCH 2CH CH 2 CH 二C6H52RCH2 CH 一CH2 CH 二CH CH2 CH2 CH=CH CH2Li + Br（CH2）6電 S

15、BS樹脂C6H5+ mCH2 CH二 CH CH2c.用單官能團催化劑經(jīng)三步法或二步法合成n CH2=fH+RLi R 二兇2-嚴CH2嚴-口C6H5C6H5C6H5RCH2C CH2CH = CH CH CH2CH= CHCH? LiC6H5SBS樹脂。nCHn%終止sbs樹脂或第二步同時加入丁二烯和苯乙烯，利用丁二烯優(yōu)先聚合的特定形成漸變型的36.有一正在進行聚合反應的苯乙烯聚合體系，請用最直觀、方便的實驗方法判斷該體系是 自由基、陽離子還是陰離子聚合類型。答：若反應液呈深藍（紫）或紅色，則反應為陰離子聚合。在體系中投入 DPPH反應終止則為自由基聚合，否則為離子型聚合；若為離子型聚合，在

16、體系中通 入C02若反應終止為陰離子聚合，無變化則為陽離子聚合。 37試從單體、引發(fā)劑，聚合方法及反應的特點等方面對自由基、陰離子和陽離子聚合反應 進行比較。答：單體 自由基聚合的單體為弱吸電子基的烯類單體，共軛單體；陽離子聚合的單體為推電子取代 基的烯類單體，共軛單體，易極化為負電性的單體；陰離子聚合的單體為吸電子取代基的烯類單體，共軛 單體，易極化為正電性的單體。引發(fā)劑 自由基聚合：過氧化物，偶氮化物，氧化還原體系；陽離子聚合：Lewis酸，質(zhì)子酸，陽離子生成物，親電試劑；陰離子聚合：堿金屬，有機金屬化合物，碳負離子生成物，親核試劑。聚合方法 自由基聚合：本體，溶液，懸浮，乳液；陽離子聚合

17、：本體，溶液；陰離子聚合：本體， 溶液。反應特點 自由基聚合：慢引發(fā)，快增長，速終止；陽離子聚合：快引發(fā)，快增長，易轉(zhuǎn)移，難終 止；陰離子聚合：快引發(fā)，慢增長，無終止。、聚合反應類型自由基聚合陽離子聚合陰離子聚合比較項目單體帶有吸電子取代基的乙?guī)в泄╇娮尤〈囊規(guī)в形娮尤〈囊?烯基單體特別是取代基烯基單體，共軛單體及烯基單體，共軛單體及和雙鍵發(fā)生共軛的單體某些羰基和雜環(huán)化合物某些羰基和雜環(huán)化合物引發(fā)劑易分解產(chǎn)生自由基的試 劑親電試劑親核試劑活性中心C通常為C鏈終止方式常為雙基終止常為單基終止常為單基終止表觀活化能較大較小較小阻聚劑能產(chǎn)生自由基或與活性 鏈形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的試劑親核試劑親電試

18、劑聚合實施方法本體，懸浮溶液或乳液通常為本體和溶液通常為本體和溶液聚合反應溫度較咼較低較低聚合物分子量與聚合時 間關(guān)系分子量與聚合時間無關(guān)分子量與聚合時間無關(guān)分子量隨聚合時間延長 而增大溶劑類型的影響影響反應速度，不影響 聚合物結(jié)構(gòu)對聚合反應速度和聚合物結(jié)構(gòu)均有很大影響41 何謂Ziegler-Natta催化劑？何謂定向聚合？兩者有什么關(guān)系？有哪些方法可生成立構(gòu)規(guī)整性聚合物？解：Ziegler-Natta催化劑是指由主引發(fā)劑和共引發(fā)劑兩部分組成的，可引發(fā)聚烯烴聚合生成立構(gòu)規(guī)整 的聚合物的一類催化劑。其中主催化劑是W-W族過渡金屬化合物，共引發(fā)劑是I-川族的金屬化合物。定向聚合指以形成立構(gòu)規(guī)整聚

19、合物為主的聚合過程。Ziegler-Natta催化劑可用于定向聚合。但不一定所得聚合物全部是有規(guī)聚合物。 用配位聚合的方法用Ziegler-Natta催化劑42.聚乙烯有幾種分類方法？這幾種聚乙烯在結(jié)構(gòu)和性能上有何不同？他們分別是由何種方 法產(chǎn)生的？答：聚乙烯有多種分類方法：（1）按聚乙烯的密度分可分為高密度聚乙烯（HDPE、低密度聚乙烯（LDPE和線型低密度聚乙烯（LLDPE三種。其分子結(jié) 構(gòu)各不相同，高密度聚乙烯分子為線型結(jié)構(gòu)，很少支化；低密度聚乙烯分子中有長鏈，分子間排列不 緊密；線型低密度聚乙烯分子中一般只有短支鏈存在。（2）按生產(chǎn)方法分可分為低壓法聚乙烯（生產(chǎn)壓力 PVC PS(2)

20、 聚己二酸乙二醇酯聚對苯二甲酸乙二醇酯聚間苯二甲酸乙二醇酯 提示：根據(jù)聚合物的規(guī)整性、柔順性判斷*15 、聚乙烯和聚丙烯都是有一定剛性的半透明塑料，為什么 65%乙烯和 35%丙烯的無規(guī)共聚 物卻是柔軟且透明的橡膠？ 答：在單獨形成聚乙烯或聚丙烯時，聚合物的構(gòu)型都是較為規(guī)整的，有較強結(jié)晶度和抗張強度，結(jié)晶相當 于物理交聯(lián)，增加了強度，且外觀呈半透明狀。在聚丙烯鏈上間隔地插入乙烯(無規(guī)共聚)，鏈會變得更缺乏規(guī)則和更柔軟，從而降低聚合物的結(jié)晶度、熔點，共聚破壞了鏈的規(guī)整性，所以聚丙烯和聚乙烯都是塑 料，但乙烯和丙烯的無規(guī)共聚物沒有強度，只能形成乙烯一丙烯橡膠，而典型的無規(guī)共聚物是比較透明的。16.

21、 說明聚乙烯結(jié)晶度可高達 95%，無規(guī)聚丙烯不能結(jié)晶，而聚異丁烯最大結(jié)晶度為 20%的原 因。答：聚合物必須具有化學結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)的對稱性或規(guī)整性才能結(jié)晶，無規(guī)聚丙烯不能結(jié)晶；聚乙烯結(jié)構(gòu) 最簡單，但聚合物中含有的非結(jié)晶相決定聚乙烯的結(jié)晶度為95%，而達不到 1 00% ；聚異丁烯是以異丁烯為主和少量正丁烯共聚而成的液體，從結(jié)構(gòu)上講是異丁烯和正丁烯的共聚物，共聚破壞了鏈的規(guī)整 性，因而結(jié)晶度也會相應降低。20.21、排出下列聚合物熔點順序，并給予解釋( 1)聚對苯二甲酸乙二醇酯( 2)聚丙烯( 3)聚乙烯( 4)聚四氟乙烯( 5)聚乙二醇( 6) 聚甲醛( 7)尼龍 66答：原方案： (7) (

22、 6)( 1)( 2)( 4)( 3) (5) 現(xiàn)方案：( 4) (7) ( 6) (1)( 2)( 3) (5)提示：比較分子間力及柔順性、課本題目：( 1)聚對苯二甲酸乙二醇酯( 2)聚丙烯( 3)聚四氟乙烯( 4)聚乙二醇( 5)聚甲 醛( 6)天然橡膠23列出下列單體所組成的聚合物熔點順序，并說明理由( 1) CH3CH=CH2 (2) CH3CH2CH=CH2 (3)CH2=CH2(4) CH3CH2CH2CH= CH2答：(4)( 2)( 1)( 3)比較柔順性：柔順性大的，熔點低？答： (1 )(3)(2)(4)原因：Tm/ H/ S, H和厶S為摩爾熔化熱和摩爾融化熵。凡是使厶

23、 H增大(相當于分子間作用力增強) 或厶S減小(相當于柔順性減小)的因素都使高分子的熔點Tm升高。由于柔順性(1)(3)(2)(3)(2)(4)。第七章聚合物的性質(zhì)1、下列哪種聚合物有明顯的氫鍵?（1） 天然橡膠（2）高密度聚乙烯（3）聚對苯二甲酸乙二醇酯（4）尼龍6 （5）聚乙烯醇（6）纖維素答：4、5、63,解釋產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：（1 ）、（2） 4、試指出下列結(jié)構(gòu)的聚合物，其溶解過程各有何特征？ （1）非極性非晶態(tài)聚合物；（2）非極性晶態(tài)聚合物；（3）低交聯(lián)度的聚合物解（1 ）非極性非晶態(tài)聚合物易溶于溶度參數(shù)相近的溶劑；（2 ）非極性晶態(tài)聚合物難溶，選擇溶度參數(shù)相近的溶劑，且升溫至熔點

24、附近才可溶解；（3）低交聯(lián)度聚合物只能溶脹而不能溶解。7，尼龍-n是結(jié)晶性高分子11，13，nNH CH 25CO 2 FnH （CH 25C0丁2 52 5n14（ 3）尼龍6用水作引發(fā)劑屬于逐步聚合。O 2用堿作引發(fā)劑屬于連鎖聚合。尼龍一 66nH2N （ CH2 6NH2+ nHOOC : CH 2：l 4COOH、豕牛耳（才（NhCH 2 :6NHOC（CH 2（ 4C0 0H+（ 2n-1 舊 20* 28、畫出非晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線示意圖，說明三種力學狀態(tài)和兩熱轉(zhuǎn)變的分子機 理。答：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學三態(tài)。由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域叫玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，玻璃態(tài)開始向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度（glass temperature）,以 Tg 表示。當溫度升到足夠高時，在外力作用下，由于鏈段運動劇烈，導致整個分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生相對位移，聚 合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學狀稱為粘流態(tài)。高彈態(tài)開始向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為粘 流溫度，以Tf表示，其間的形變突變區(qū)域稱為粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)。分子量越大，Tf越高。交聯(lián)聚合物由于分子鏈間有化學鍵連接，不能發(fā)生相對位移，不出現(xiàn)粘流態(tài)。晶態(tài)聚合物與非晶態(tài)聚合物的不同點：（1） 當結(jié)晶度小于40%是，尚能觀察到 Tg。當結(jié)晶度大于40%，Tg就不明顯或觀察不