高分子化学期末试题AB卷及答案.doc

高分子化学》课程试题
得分
总分
班级 学号 姓名

一、基本概念（共10分,每小题2分）
⒈ 混缩聚
2．聚合物
3. 重复单元
4．阳离子聚合
5．悬浮剂
得分

二、填充题（将正确的答案填在下列各题的横线处,每空1 分，总计20分）
⒈ 在自由基聚合体系中,用引发剂引发的引发速率方程式 。
2．塑料按其受热行为的不同可分为 塑料和 塑料。
3．在合成聚合物中 、 和 称为三大合成材料。
4．表征聚合物相对分子质量的物理量有 和 。
5．按自由基和阴离子聚合的单体有 、 和
等。
6．聚氨酯可以看成是由 和 构成的嵌段共聚物。
7．逐步聚合包括 和 两类。
8. 聚合物的相对分子质量方面的特征是 、 、 。
9．氯乙烯自由聚合时，聚合速率用 调节，而聚合物的相对分子质量用
控制。
得分

三、回答问题(共20分,每小题5分)
⒈ 阴离子聚合在适当的条件下，其阴离子活性增长链可以长期不终止，而形成活性聚合物，为什么？

⒉ 与低分子化合物相比较，高分子化合物有哪些特点？

⒊ 何谓离子交换树脂？主要有几种类型？如何合成离子交换树脂？

⒋ 请写出工业上制备PA-66树脂有关的聚合反应方程式（以苯甲酸作官能团封锁剂）。

得分

四、（共4 3分）计算题（根据题目要求，计算下列各题）
1.（本题 15分）用偶氮二异丁腈（ABIN）为引发剂，苯乙烯60℃进行本体聚合。试计算引发剂引发对聚合物平均聚合度倒数的贡献？计算时采用以下数据和条件：
⑴ c(I)＝0.04 mol/L； ⑵ f ＝0.8 ； ⑶ kd＝2.0×10-6 s-1 ；
⑷ kp＝176 L/mol.s； ⑸ kt＝3.6×107 L/mol.s；
⑹ CM＝0.85×10-4 ； ⑺ CI＝0.05；
⑻ 60℃ 时苯乙烯的密度为0.887 g/cm3
解：

2. （8分）由己二胺与己二酸合成尼龙-66，如尼龙-66的相对分子质量为15000，反应程度P=1,试计算原料比,并写出合成反应方程式。
解：

3.（本题14分）在高聚物生产中，共聚物组成是一个重要的生产指标。
已知：氯乙烯(M1)和醋酸乙烯(M2) 共聚；r1=1.68 ，r2=0.23 (M1’=62.5) (M2’=86)

若要求共聚物中氯乙烯单体单元的含量为72wt %。
请： ⑴ (10分) 画出x’1~x1曲线。
⑵（1分）为了得到组成基本均一的共聚物，应采用怎样的投料方法？
⑶（3分）从图中得出起始单体投料比c(M1)0/c(M2)0 = ？。

4. (6分)邻苯二甲酸酐与等物质的季戊四醇官能团等物质的量缩聚,分别按Carothers方程和Flory统计公式计算凝胶点PC。
⒈按Carothers方程求凝胶点PC
得分
⒉按Flory统计公式求凝胶点PC

五、（7分）为了合成维尼纶纤维的原料，从醋酸乙烯酯单体到聚乙烯醇，须经哪些反应？写出有关的化学反应方程式。

高分子化学》课程试题答案
一、基本概念（共10分,每小题2分）
1．混缩聚：反应体系中有两种单体a-R-a和b-R‘-b， a和a不能反应，b和b不能反应，a和b之间进行反应的的缩聚体系。
2．聚合物：具有巨大相对分子质量的一类化合物
3. 重复单元: 聚合物大分子中以共价键相互连接的、重复出现的、小而简单的结构单位。
4．阳离子聚合：增长活性中心为带正电荷的阳离子的连锁聚合。
5．悬浮剂：对单体有保护作用，能降低水的表面张力，使水和单体的分散体系变为比较稳定的分散体系，这种作用称为悬浮作用。具有悬浮作用的物质称为悬浮剂。
二、填充题（将正确的答案填在下列各题的横线处,每空1 分，总计20分）
⒈ 自由基聚合体系中,用引发剂引发的引发速率方程式。
2．塑料按其受热行为的不同可分为 热塑性 塑料和 热固性 塑料。
3．在合成聚合物中 合成纤维 、 塑料 和 合成橡胶 称为三大合成材料。
4．表征聚合物相对分子质量的物理量有 动力学链长 和 平均聚合度 。
5．按自由基和阴离子聚合的单体有 丙烯腈 、 甲基丙烯酸甲酯 、偏二 氯乙烯 等。
6．聚氨酯可以看成是由 刚性链段 和 柔性链段 构成的嵌段共聚物。
7．逐步聚合包括 缩聚 和 逐步加成聚合 两类。
8. 聚合物的相对分子质量方面的特征是 巨大 、 具有多分散性 、 用平均相对分子质量表示 。
9．氯乙烯自由聚合时，聚合速率用 引发剂用量 调节，而聚合物的相对分子质量用 聚合温度 控制。
三、回答问题(共20分,每小题5分)
⒈ 阴离子聚合在适当的条件下，其阴离子活性增长链可以长期不终止，而形成活性聚合物，为什么？
答：⑴ 阴离子活性增长链中心离子具有相同电荷,相同电荷的排斥作用,不像自由基聚合那样可以双基终止。
⑵ 阴离子聚合中,阴离子活性增长链的反离子常为金属阳离子,中心离子为碳负离子二者之间离解度大,不能发生中心离子和反离子的结合反应。
⑶ 阴离子活性增长链也不容易发生向单体转移反应。因为,这种转移反应需脱除H(-)需要较高的能量,而阴离子聚合往往是在低温(0℃以下)进行。
⒉ 与低分子化合物相比较，高分子化合物有哪些特点？
答：⑴ 相对分子质量方面的特征
① 相对分子质量巨大•聚合物的相对分子质量一般为104～106；
② 相对分子质量具有多分散性；
③ 相对分子质量用平均相对分子质量表示。
⑵ 结构方面的特征
聚合物存在着多重结构,即所谓一次结构、二次结构和三次结构。
⑶ 聚集态特征
聚合物没有气态，只有固态和液态。
⒊ 何谓离子交换树脂？主要有几种类型？如何合成离子交换树脂？
答：离子交换树脂是指具有反应性基团的轻度交联的体型无规聚合物,利用其反应性基团实现离子交换反应的一种高分子试剂。
其有强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型四种类型；
合成离子交换树脂首先用苯乙烯和少量对二烯基苯采用悬浮共聚合,合成轻度交联的体型无规聚苯乙烯(母体),再利用聚合物的化学反应制备强酸型或强碱型离子交换树脂。
⒋ 请写出工业上制备PA-66树脂有关的聚合反应方程式（以苯甲酸作官能团封锁剂）。

四、（共4 3分）计算题（根据题目要求，计算下列各题）
1.（本题 15分）用偶氮二异丁腈（ABIN）为引发剂，苯乙烯60℃进行本体聚合。试计算引发剂引发对聚合物平均聚合度倒数的贡献？计算时采用以下数据和条件：
⑴ c(I)＝0.04 mol/L； ⑵ f ＝0.8 ； ⑶ kd＝2.0×10-6 s-1 ；
⑷ kp＝176 L/mol.s； ⑸ kt＝3.6×107 L/mol.s；
⑹ CM＝0.85×10-4 ； ⑺ CI＝0.05；
⑻ 60℃ 时苯乙烯的密度为0.887 g/cm3
（1分）
引发剂引发对平均聚合度倒数的贡献是：
（5分）
（2分）
（2分）
（1分）
（2分）
解：
2. （8分）由己二胺与己二酸合成尼龙-66，如尼龙-66的相对分子质量为15000，反应程度P=1,试计算原料比,并写出合成反应方程式。
解：
设：二元酸过量，并且己二胺单体的摩尔数为n，
己二酸单体的摩尔数为n+1（2分）
有关的聚合反应方程式为（2分）：
（2分）
（2分）
因此，原料比（己二胺：己二酸）= n ：（n+1）= 66：67（摩尔比）
3. （本题14分）在高聚物生产中，共聚物组成是一个重要的生产指标。
已知：

共聚；r1=1.68 ，r2=0.23 (M1’=62.5) (M2’=86)
若要求共聚物中氯乙烯单体单元的含量为72wt %。
问：⑴ (10分) 画出x’1~x1曲线。
⑵（1分） 为了得到组成基本均一的共聚物，应采用怎样的投料方法？
⑶（3分）从图中得出起始单体投料比？。
解：⑴
计算结果（8分）

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0

0
0.279
0.425
0.528
0.612
0.685
0.753
0.817
0.880
0.940
1.0
（1分）

⑵ 连续补加活泼单体氯乙烯，使原料组成基本不变。
⑶ 所需的共聚物的组成为
（2分）

图中对应的起始原料组成是：
（1分）

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.5
1
1

x1
x1
x’1~x1曲线（2分）

4. (6分)邻苯二甲酸酐与等物质的季戊四醇官能团等物质的量缩聚,分别按Carothers方程和Flory统计公式计算凝胶点PC。
(2分)
(2分)
解⒈ 按Carothers方程求凝胶点PC
无
⒉ 按Flory统计公式求凝胶点PC

(2分)

五、（7分）为了合成维尼纶纤维的原料，从醋酸乙烯酯单体到聚乙烯醇，须经哪些反应？每一反应的要点和关键是什么？写出有关的化学反应方程式。
答：须经自由基聚合反应和醇解反应。
各步反应要点和关键如下：
① 自由基溶液聚合反应（4分）

要点：用甲醇为溶剂进行溶液聚合，以制取适当相对分子质量的聚醋酸乙烯酯溶液。
关键：选择适宜的反应温度，控制转化率，用甲醇调节聚醋酸乙烯酯的相对分子质量以制得适当相对分子质量，且没有不能被醇解消除的支链的聚醋酸乙烯酯。
② 醇解反应（3分）

要点：用醇、碱或甲醇钠作催化剂，在甲醇溶液中醇解。
关键：控制醇解度在98%以上。

《高分子化学》课程试题
班级 学号 姓名

一、名词解释（共10分，每题2分）
⒈ 聚合物的无规降解

⒉ 体型缩聚反应

⒊ 乳化剂

⒋ 反应程度

⒌ 动力学链长

得分

二、填空题（将正确的答案填在下列各题的横线处）( 每空1 分，总计24分)
⒈ 自由聚合的特征 、 和 等。
⒉ 自由基共聚合的意义是 、 。
⒊ 表征乳化剂性能的指标是 、 和 。
⒋ 阴离子聚合的引发体系有 、 和 。
⒌某些聚合物按大分子主链中含的特征基团可命名为 、 、 和 聚合物等。
⒍ 根据共聚物大分子链中单体单元的排列顺序，共聚物分 、
、 、 四类。
7、高分子化合物根据大分子链的元素种类可分为 、 和元素有机化合物等三类。
8、合成尼龙66的单体是 和 。
得分

三、简答题（共20分，每题5分）
⒈ 乳化剂不参加聚合反应，但它的存在对聚合反应有很大影响，为什么?

⒉ 什么叫聚合物相对分子质量的多分散性？

⒊ 何谓自动加速现象？并解释产生的原因。

⒋ 无规降解与聚合物结构有何关系? 举例说明哪些聚合物容易发生无规降解?写出PE无规降解的化学反应方程式?

得分

四、计算题 （共40分）
⒈ (10分)醋酸乙烯在60℃以偶氮二异丁腈为引发剂进行本体聚合，其动力学数据如下：=1.16×10-5s-1，=3700 L·(mol·s)-1，=7.4×107 L·(mol·s)-1，c(M)=10.86mol/L，c(I)=0.206×10-3mol/L，CM=1.91×10-4，偶合终止占动力学终止的90%，试求所得聚醋酸乙烯的。

⒉ (15分) 苯乙烯（M1）与丁二烯（M2）在5℃下进行自由基乳液共聚合时，其=0.64，=1.38。
已知：苯乙烯和丁二烯的均聚链增长速率常数分别为49.0和25.3 L·(mol·s)-1。
请：
（1）计算共聚时的链增长反应速率常数。
（2）比较两种单体和两种链自由基的反应活性的大小。
（3）做出此共聚反应的曲线。
（4）要制备组成均一的共聚物需要采取什么措施？

3. (6分)计算60℃苯乙烯乳液聚合速率和平均聚合度。
已知：kp=176 L·(mol·s)-1，c(M)=5.0mol/L，N=1.0×1015个/mL，ρ=5.0×1012个/mL·s

4. （9分）等物质的量的二元醇和二元酸进行缩聚，如平衡常数K=200，在密闭体系中反应，不除去副产物水。
问：⑴ 反应程度P和平均聚合度能达到多少？
⑵ 如羧基的起始浓度，要使，须将小分子水降低到怎样的程度？

得分

五、(6分)以偶氮二异丁腈为引发剂，写出氯乙烯悬浮聚合的基元反应方程式
《高分子化学》试题答案
一、名词解释（共10分，每题2分）
⒈ 聚合物的无规降解
聚合物在热的作用下,大分子链发生任意断裂,使聚合度降低,形成低聚体,但单体收率很低(一般小于3%),这种热降解称为无规降解。
⒉ 体型缩聚反应
缩聚反应体系中只要有一种单体是含有两个以上官能团的化合物，缩聚反应将向着三个方向发展生成体型缩聚物，生成体型缩聚物的缩聚反应谓之。
⒊ 乳化剂
能降低水的表面张力，对单体液滴起保护作用，能形成胶束，增溶单体，能使单体和水体系成为一种非常稳定的难以分层的乳液的物质。
⒋ 反应程度
参加反应的官能团数占起始官能团数的分率。
⒌ 动力学链长
每个活性中心从引发开始到终止为止（或生到灭）平均所消耗的单体分子数。
二、填空题（共24分，每空1分）
⒈ 自由聚合的特征 慢引发 、 快增长 和 速终止 等
⒉ 自由基共聚合的意义是 增加高聚物的品种 、 对现有高聚物改性。
⒊ 表征乳化剂性能的指标是 临界胶束浓度 、亲水亲油平衡值 和 三相平衡点 。
⒋ 阴离子聚合的引发体系有 碱金属 、 碱金属配合物 和 强碱 等。
⒌ 某些聚合物按主链中含有的特征基团可命名为 聚酯 、聚酰胺 、聚氨酯 和 聚醚等。
⒍ 根据共聚物大分子链中单体单元的排列顺序，共聚物分为 无规共聚物 、 交替共聚物 、 嵌段共聚物 和 接枝共聚物 。
7、高分子化合物根据大分子链的元素种类可分为 碳链高聚物 、 杂链高聚物 和元素有机化合物等三类。
8、合成尼龙66的单体是 己二酸 和 己二胺 。

三、简答题（共20分，每题5分）
⒈ 乳化剂不参加聚合反应，但它的存在对聚合反应有很大影响，为什么?
乳化剂虽不参加反应，但能形成胶束，参与形成乳胶粒。而乳胶粒是乳液聚合反应的场所。根据乳液聚合动力学方程可知，乳化剂用量大，形成的乳胶粒数N多，聚合反应速率快，聚合物的平均聚合度大。

⒉ 什么叫聚合物相对分子质量的多分散性？
即使纯粹的聚合物也是由化学组成相同，相对分子质量不同的同系物组成的混合物。聚合物相对分子质量的不均一性，称其为相对分子质量的多分散性。我们所说的聚合物的平均相对分子质量具有统计平均的意义。
⒊ 何谓自动加速现象？并解释产生的原因。
在自由基聚合体系中，当达到一定转化率时，聚合体系中出现聚合速率突然加快，聚合物的平均相对分子质量也随之增大的现象称为自动加速现象。
造成自动加速的原因是随着反应的进行，体系粘度渐增，链自由基由伸展状态变为卷曲状态，溶解性能变差，链段重徘受阻，活性中心被包埋，双基终止困难变小；而此时，单体的扩散未受阻碍，链增长反应不受影响，基本不变，增大，聚合速率增大，聚合物的平均相对分子质量也随之增大。
⒋ 无规降解与聚合物的结构有何关系?举例说明哪些聚合物容易发生无规降解？写出PE无规降解的化学反应方程式?
聚合物大分子链上凡含有容易转移的氢原子的聚合物易发生无规降解。如PE、PP、PIB、PIP和PB等。
PE无规降解的化学反应方程式：
四、（共40分）计算题答案
1．（10分） 醋酸乙烯在60℃以偶氮二异丁腈为引发剂进行本体聚合，其动力学数据如下：=1.16×10-5s-1，=3700 L·(mol·s)-1，=7.4×107L·(mol·s)-1，c(M)=10.86mol/L，c(I)=0.206×10-3mol/L，CM=1.91×10-4，偶合终止占动力学终止的90%，试求所得聚醋酸乙烯的。
（2分）
解：动力学链长。
按=1计算，代入其它数据得：
（1分）
（3分）
（C表示偶合终止占动力学终止的百分数，D表示歧化终止占动力学终止的百分数。）
（3分）

（1分）

即聚醋酸乙烯的平均聚合度。
⒉ （15分）苯乙烯（M1）与丁二烯（M2）在5℃下进行自由基乳液共聚合时，其=0.64，=1.38。已知：苯乙烯和丁二烯的均聚链增长速率常数分别为49.0和25.1 L·(mol·s)-1。
请：
⑴ 计算共聚时的链增长反应速率常数。
⑵ 比较两种单体和两种链自由基的反应活性的大小。
⑶ 做出此共聚反应的曲线。
⑷ 要制备组成均一的共聚物需要采取什么措施？
解：⑴ ∵
(1分)
∴共聚反应的链增长速率常数
(1分)

(1分)
⑵ 丁二烯单体的=1.38,苯乙烯单体的=0.64。,说明丁二烯单体活性较大。> 表明苯乙烯链自由基的活性>丁二烯链自由基的活性。
(1分)

⑶ =0.64＜1，=1.38＞1，r1·r2＝0.882＜1。
(1分)
两种单体共聚属非理想非恒比共聚
取值列表如下
计算结果(8分)
x1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x’1 0 0.151 0.317 0.505 0.726 1.0
·
X’1
1
0.8
0.6
0.4
0.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
x 1

图 曲线(2分)

(1分)
⑷ 欲得组成均匀的共聚物，可按组成要求计算投料比，且在反应过程中不断补加活泼丁二烯单体，以保证原料配比基本保持恒定。

3.（6分）计算60℃苯乙烯乳液聚合速率和平均聚合度。
已知：kp=176 L·(mol·s)-1，c(M)=5.0mol/L，N=1.0×1015个/mL，
ρ=5.0×1012个/mL·s

（3分）
（3分）

4. （9分）等物质的量的二元醇和二元酸进行缩聚，如平衡常数K=200，在密闭体系中反应，不除去副产物水。
问：⑴ 反应程度P和平均聚合度能达到多少？
⑵ 如羧基的起始浓度，要使，须将小分子水降低到怎样的程度？
解：
（2分）
(2分 )
⑴

（2分）
⑵ 要使必须采用敞开体系中，且P=1，此时有

（3分）

五、以偶氮二异丁腈为引发剂，写出氯乙烯悬浮聚合的有关的基元反应方程式(共6分)
⒈ .链引发
(1) 引发剂分解，生成初级自由基：
（1分）

(2 ) 初级自由基与单体加成生成单体自由基：

（1分）

⒉ 链增长
（1分）

⒊ 链终止
向单体转移终止是氯乙烯聚合链终止的主要方式：

（3分）

20