《高分子化学》试题试卷及答案2套.doc

《高分子化学》课程试题
总分
班级 学号 姓名
得分

一、基本概念（共10分,每小题2分）
⒈ 链增长反应
⒉. 相对分子质量分布曲线
⒊ 向单体转移常数
⒋ 本体聚合
⒌ 聚合度相似的化学反应
得分

二、填充题（根据题意，在下列各题的横线处，填上正确的答案，本大题共6小题，每空 1 分，总计20分）
⒈..按橡胶的成本、产量和性能可将其分为 橡胶和 橡胶。
⒉ 引发剂引发的自由基聚合体系中，影响聚合速率的因素是 、
、 和 。
⒊ 阴离子聚合体系中活性中心离子对可能以 、
和 等三种形态存在。
⒋ 烯类单体自由基聚合时,终止方式与 和 有关，最后由 决定。
⒌ 线型缩聚的单体有 、 、 、 和
等。
⒍ 聚合物的平均聚合度变大的化学反应有 、 和
等。

得分

三、简答题（共3小题，共20 分）
⒈（5分）何谓解散聚？与聚合物的结构有何关系？写出PMMA解聚的化学反应方程式。

⒉ （5分）何谓缩聚，缩聚反应中“官能团等活性理论的假定”内容是什么？根据其假定写出聚酯化反应的方程式。

⑴
⑵

⒊ (共10分,每小题2分)下列单体适合何种机理聚合？并写出有关聚合反应简式。

⑶
与

⑸

四、计算题（共40分,根据题目要求，计算下列各题）
1.（本题20分）已知：甲基丙烯酸甲酯（M1）和丙烯腈（M2）在60℃时进行自由基共聚合，实验数据如下：

共聚物组成与原料组成的关系
实验号
原料单体组成/mol·L-1
瞬时共聚物组成中含N量×100
MMA（M1）
AN
（M2）
1
2
3
0.0536
0.0325
0.0129
0.0149
0.0364
0.0590
2.53
5.75
11.08
提示：纯聚丙烯腈(PAN)中含N量为26.4%；；
试根据上述数据用截距-斜率法求共聚体系的竞聚率r 1和r2值？

曲线

⒉（本题10分）用ABIN作引发剂（浓度为0。1mol/L），使苯乙烯在40℃下于膨胀计中进行聚合，用N,N-二苯基-N-2,4,6-三硝基苯肼自由基（DPPH）作阻聚剂，实验结果表明，阻聚剂的用量与诱导期成直线关系，当DPPH用量分别为0和8×10-5 mol·L-1时，诱导期分别为0和15min。
已知：ABIN在40℃时的半衰期t1/2=150h，试求ABIN的引发效率f。

3.(10分)某一耐热性芳族聚酰胺其数均相对分子质量为24116。聚合物经水解后，得39.31%(质量百分数)对苯二胺，59.81%(质量百分数)对苯二甲酸，0.88%苯甲酸(质量百分数)。对苯二胺的相对分子质量为108，对苯二甲酸的相对分子质量为166，苯甲酸的相对分子质量为122。
试写出聚合物结构式和其水解反应式？计算聚合物的数均相对分子质量？
提示：取100g水解物为计算的标准。

得分

五、 （共10分，每错一个方程式扣一分）以TiCl3 和 Al(C2H5)3 为引发剂,H2 为相对分子质量调节剂,写出丙烯配位阴离子聚合有关的基元反应方程式（不考虑活性中心形式）。
《高分子化学》课程试题答案
一、基本概念（共10分,每小题2分）
⒈ 链增长反应：活性单体(或单体自由基)与更多的单体加成,形成含有更多结构单元的活性增长链的反应。
⒉. 相对分子质量分布曲线：把一个聚合物试样按相对分子质量大小分成若干级分,测定每一级分的相对分子质量和质量,并且计算出其质量分数。以相对分子质量M为横坐标,质量分数w(x)为纵坐标作图,得一曲线.该曲线为相对分子质量分布曲线。
⒊ 向单体转移常数：链自由基向单体转移反应的速率常数与链增长反应速率常数的比值，谓之。，表征链自由基向单体转移的难易程度。
⒋ 本体聚合：单体在少量引发剂（甚至不加引发剂，而是在光或热的作用下）作用下，生成高聚物的过程。
⒌ 聚合度相似的化学反应：如果聚合物的化学反应是发生在侧基官能团上,很显然这种化学反应不涉及聚合物大分子的聚合度,反应前后聚合度不变,把这种聚合物的化学反应称为聚合度相似的化学反应。
二、计算题（共40分,根据题目要求，计算下列各题）
1.（本题20分）已知：甲基丙烯酸甲酯（M1）和丙烯腈（M2）在60℃时进行自由基共聚合，实验数据如下：
共聚物组成与原料组成的关系
实验号
原料单体组成/mol·L-1
瞬时共聚物组成中含N量×100
MMA（M1）
AN
（M2）
1
2
3
0.0536
0.0325
0.0129
0.0149
0.0364
0.0590
2.53
5.75
11.08
提示：纯聚丙烯腈(PAN)中含N量为26.4%；；
试根据上述数据用截距-斜率法求共聚体系的竞聚率r 1和r2值？
解：
序号
共聚物组成

1
2
3
含N量2.53
含N量5.75
含N量11.08
90.48
78.22
58.03
0.9048
0.7822
0.5803
9.58
21.78
41.97
0.181
0.411
0.792

序号
1
2
3

3.646

4.999

2.659

2.917
0.893

1.903

0.419

0.424
0.219

0.733

0.065

-0.079

曲线

⒉（本题10分）用ABIN作引发剂（浓度为0。1mol/L），使苯乙烯在40℃下于膨胀计中进行聚合，用N,N-二苯基-N-2,4,6-三硝基苯肼自由基（DPPH）作阻聚剂，实验结果表明，阻聚剂的用量与诱导期成直线关系，当DPPH用量分别为0和8×10-5 mol·L-1时，诱导期分别为0和15min。
已知：ABIN在40℃时的半衰期t1/2=150h，试求ABIN的引发效率f。

3.(10分)某一耐热性芳族聚酰胺其数均相对分子质量为24116。聚合物经水解后，得39.31%(质量百分数)对苯二胺，59.81%(质量百分数)对苯二甲酸，0.88%苯甲酸(质量百分数)。
试写出聚合物结构式和其水解反应式？计算聚合物的数均相对分子质量？
解答：
取100g水解物为计算的标准
其中含对苯二胺的mol数为 39.31/108=0.364；
含对苯二甲酸的mol数为 59.81/166=0.360；
含苯甲酸的mol数为 0.88/122=0.0072；
对苯二胺：对苯二甲酸：苯甲酸 = 0.364：0.360：0.0072 = 101：100：2
通过计算说明对苯二胺和对苯二甲酸非等摩尔比投料，同时还用苯甲酸作官能团封锁剂控制聚酰胺的相对分子质量。因此，该聚酰胺的结构式及水解反应式为

验证：
对苯二胺在水解产物中占质量百分数为：
对苯二甲酸在水解产物中占的质量百分数为：
苯甲酸在水解产物中占的质量百分数为：

三、填充题（根据题意，在下列各题的横线处，填上正确的答案，本大题共6小题，每空 1 分，总计20分）
⒈..按橡胶的成本、产量和性能可将其分为 通用 橡胶和 地特种 橡胶。
⒉ 引发剂引发的自由基聚合体系中，影响聚合速率的因素是 单体浓度 、
引发剂浓度 、 聚合温度 和 引发剂分解活化能 。
⒊ 阴离子聚合体系中活性中心离子对可能以 紧密离子对 、 被溶剂隔开的离子对 和 自由离子 等三种形态存在。
⒋ 烯类单体自由基聚合时,终止方式与 单体结构 和 聚合温度 有关，最后由 实验 决定。
⒌ 线型缩聚的单体有 乙二醇 、 对苯二甲酸 、 己二胺 、 己二酸 和
双酚 A 等。
⒍ 聚合物的平均聚合度变大的化学反应有 嵌段 、 扩链 和
接枝 等。
四、简答题（共3小题，共20 分）
⒈（5分）何谓解散聚？与聚合物的结构有何关系？写出PMMA解聚的化学反应方程式。

聚合物在热的作用下发生热降解,但降解反应是从链的末端开始,降解结果变为单体,单体收率可达90%~100%,这种热降解叫解聚。
聚甲基丙烯酸甲酯解聚反应可表示为：

⒉ （5分）何谓缩聚，缩聚反应中“官能团等活性理论的假定”内容是什么？根据其假定写出聚酯化反应的方程式。
假定任何反应阶段,反应物两端官能团具有相同的反应能力和参与反应的机会。
即反应物两端官能团的反应能力和参与反应的机会与链长无关。
根据官能团等活性理论的假定,可以用和一个正反应的速率常数k1 、一个逆反应的速率常数k-1和一个平衡常数K来描述缩聚反应平衡的特征.，用官能团的反应来描述缩聚反应。
聚酯化反应：

⒊ (共10分,每小题2分)下列单体适合何种机理聚合？并写出有关聚合反应简式。
⑴
⑵

⑶
与

⑸

⑴ 苯乙烯可进行自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合，聚合反应简式：

⑵ 醋酸乙烯可进行自由基聚合，聚合反应简式：。

⑶ 双酚A和光气可进行缩聚，聚合反应简式：

⑷ 己二胺和癸二酸可进行缩聚，聚合反应简式：

⑸ 环氧丙烷可进行开环聚合，聚合反应简式：

五、（共10分，每错一个方程式扣一分）以TiCl3 和 Al(C2H5)3 为引发剂,H2 为相对分子质量调节剂,写出丙烯配位阴离子聚合有关的基元反应方程式（不考虑活性中心形式）。

⑴ 链引发反应：
⑵ 链增长反应：
⑶ 链终止和转移反应：
① 自发终止：

② 向单体转移终止
③ 向烷基铝转移终止
后者可以发生自发终止

④ 向相对分子质量调节剂转移终止

《高分子化学》课程试题
总分
班级 学号 姓名
得分

一、基本概念（共10分,每小题2分）
1. 平衡缩聚
2. 无定型聚合物
3. 反应程度P
4. 杂链聚合物
5. 交替共聚物
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20分)
⒈ 高分子科学包括 、 、 和
等四部分。
⒉ 高分子化合物有 和 两大类。
⒊ 合成高分子化合物有 、 、 和 等。
⒋ 改性天然高分子化合物如 和 等。
⒌ 碳链聚合物有 、 、 和 等。
⒍ 杂链聚合物有 、 、 和 等。

得分

三、问答题（共3小题,共20分）
⒈ （5分）按照大分子链的微观结构分类，共聚物分几类？它们在结构上有何区别？各如何制备？

⒉ （5分）什么叫热塑性塑料？什么叫热固性塑料？试各举2~3例说明。

⒊ （10分）简述理想乳液聚合体系的组分、聚合前体系中的“三相”和聚合的“三个阶段”的标志？

得分

四、(共5小题，总计40分)计算题（根据题目要求，计算下列各题）
⒈（14分）苯乙烯(M1)和丁二烯(M2)60℃进行自由基共聚合。
已知：r1=0。73 ，r2=1。39，，
欲得到共聚物中单体单元苯乙烯 ：丁二烯 = 3 0 ：70（质量比），的共聚物
问：⑴（12分）做曲线,
⑵ 从曲线中得出两种单体的起始配比？（质量比）
请将计算结果列入表中：
计算结果（8分）

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0

0

1.0

曲线（自备坐标纸）
⑵ （2分）为了合成组成比较均一的共聚物，应采用何种措施？

⒉ (6分)计算苯乙烯乳液聚合的聚合速率和聚苯乙烯的平均聚合度。
聚合温度为60℃，kp＝176 L/mol·s, c(M)＝5.0mol/L, N＝3.2×1014个/mL水,
ρ＝1.1×1012个分子/ mL·s。

⒊ ⑴(5分)氯乙烯的相对分子质量为什么与引发剂的浓度基本无关而仅决定聚合温度？

⑵ (2分)氯乙烯链自由基向单体的链转移常数与温度的关系如下
(R ＝8.31 J /mol·K)
试求：聚合温度为45℃时聚氯乙烯的平均聚合度？

⒋ (5分)等摩尔的二元酸和二元醇经外加酸催化缩聚，试证明P从0.98到0.99所需的时间与从开始到P＝0.98所需的时间相近。

⒌ ⑴ ( 6分)写出合成双酚A型环氧树脂预聚体及用乙二胺固化的化学反应方程式；
⑵（2分）欲使1500g环氧树脂(环氧值为0.2)，用乙二胺为固化剂进行固化，试计算固化剂的用量。

五、（10分，每错一个方程式扣1分）以氯甲烷为溶剂、AlCl3为引发剂、水为共引发剂，写出异丁烯阳离子聚合有关的基元反应方程式。
《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. 平衡缩聚：缩聚反应进行一段时间后，正反应的速率与逆反应的速率相等，反应达到平衡，平衡时生成物的浓度的乘积与反应物浓度的乘积之比是个常数（称为平稳常数）,用K表示。该种缩聚反应谓之。
2. 无定型聚合物：如果聚合物的一次结构是复杂的，二次结构则为无规线团，无规线团聚集在一起形成的聚合物谓之。
3. 反应程度P：已参加反应的官能团的物质的量（单位为mol）占起始官能团的物质的量的百分比，称为反应程度，记作P。

4. 杂链聚合物：大分子主链中除碳原子外，还有O、S、N、P、S i和苯环等杂原子的聚合物。
5. 交替共聚物：共聚物大分子链中两种单体单元严格相间排列的共聚物。
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20分)
⒈ 高分子科学包括 高分子化学 、 高分子物理 、 聚合反应工程 和 高聚物成型加工 等四部分。
⒉ 高分子化合物有 天然高聚物 和 合成高聚物 两大类。
⒊ 合成高分子化合物有 PE 、 PP 、 PVC 和 PMMA 等。
⒋ 改性天然高分子化合物如 硝化纤维素 和 粘胶纤维 等。
⒌ 碳链聚合物有 PE 、 PP 、 PIP 和 PB 等。
⒍ 杂链聚合物有 PET 、 PA 、 PC 和 PU 等。
三、问答题（共3小题，共20分）
⒈ （5分）按照大分子链的微观结构分类，共聚物分几类？它们在结构上有何区别？各如何制备？
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四种。
无规共聚物中两种单体单元无规排列，M1、M2连续的单元数不多；交替共聚物中M1、M2两种单体单元严格相间排列；嵌段共聚物由较长的M1链段和另一较长的M2链段构成的大分子；接枝共聚物主链由一种(或两种)单体单元构成，支链由另一种(或另两种)单体单元构成。
无规共聚物、交替共聚物可由自由基共聚合制备；嵌段共聚物可由阴离子聚合制备；接枝共聚物可由聚合物的化学反应制备。
⒉ （5分）什么叫热塑性塑料？什么叫热固性塑料？试各举两例说明。
热塑性塑料是指可反复进行加热软化或熔化而再成型加工的塑料，其一般由线型或支链型聚合物作为基材。如以聚乙烯，聚丙烯、聚氯乙烯，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物为基材的塑料。
热固性塑料是指只能进行一次成型加工的塑料，其一般由具有反应活性的低聚物作基材，在成型加工过程中加固化剂经交联而变为体型交联聚合物。一次成型后加热不能再软化或熔化，因而不能再进行成型加工。其基材为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和脲醛树脂等。
⒊ （10分）简述理想乳液聚合体系的组分、聚合前体系中的三相和聚合的三个阶段的标志？
理想乳液聚合体系是由难溶于水的单体、介质水、水溶性引发剂和阴离子型乳化剂四部分组成。
聚合前体系中有三相：水相、油相和胶束相。
乳液聚合三个阶段的标志：
乳胶粒生成期(增速期)：水溶性引发剂，在水相中分解成初级自由基，可使溶于水中的单体迅速引发，形成单体自由基或短链自由基，并进入增溶单体的胶束中继续进行链增长。未增溶单体的胶束消失，乳胶粒数目固定（1014~15），聚合转化率从0达15%。
恒速期：聚合反应在乳胶粒中继续进行链增长，乳胶粒中的单体不断消耗，由单体液滴经水相不断扩散而加以补充。单体液滴仍然起供应单体的仓库的作用，至单体液滴消失。由于乳胶粒数目固定，其中单体浓度恒定，聚合速率恒定。此时，乳胶粒中单体和聚合物各点一半，称为单体-聚合物乳胶粒，聚合转化率从15% 达50%。
降速期：当转化率达50%左右时，单体液滴全部消失，单体液滴中单体全部进入乳胶粒，形成单体-聚合物乳胶粒。单体液滴的消失标志着聚合的第二阶段的结束和第三阶段的开始，此时再无单体补充，聚合只能消耗单体-聚合物乳胶粒中的单体，随聚合反应的进行，单体浓度的降低，聚合速率降低，直至单体耗尽，聚合结束，最后形成聚合物乳胶粒。
四、(共5小题，总计40分)计算题（根据题目要求，计算下列各题）
⒈（14分）苯乙烯(M1)和丁二烯(M2)60℃进行自由基共聚合。
已知：r1=0。73 ，r2=1。39，，
欲得到共聚物中单体单元苯乙烯 ：丁二烯 = 3 0 ：70（质量比），的共聚物
问：⑴（12分）做曲线,
⑵ 从曲线中（或计算）得出两种单体的起始配比？（质量比）
解：⑴ 请将计算结果列入表中：
计算结果（8分）

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0

0
0.153
0.325
0.520
0.744
1.0

x1

。

。

。

。

曲线（2分）

解⑵：

（2分）

或从曲线上求解。
⑵ （2分）为了合成组成比较均一的共聚物，应采用何种措施？
答：连续补加活泼单体丁二烯，使原料混合物组成基本不变,控制一定的转化率结束反应。
⒉ (6分)计算苯乙烯乳液聚合的聚合速率和聚苯乙烯的平均聚合度。
聚合温度为60℃，kp＝176 L/mol·s, c(M)＝5.0mol/L, N＝3.2×1014个/mL水,
ρ＝1.1×1012个分子/ mL·s。
（3分）

（3分）

⒊ ⑴(5分)氯乙烯自由基聚合时，聚氯乙烯的相对分子质量为什么与引发剂的浓度基本无关而仅决定聚合温度？
（2分）
解：氯乙烯自由基聚合时，聚氯乙烯链自由基向单体氯乙烯的转移速度很大，以致超过正常的终止速率，成为生成聚氯乙烯大分子的主要方式。
即
（3分）
CM是温度的函数。因此，聚氯乙烯的相对分子质量与引发剂的浓度基本无关而仅决定聚合温度。
⑵ (2分)氯乙烯链自由基向单体的链转移常数与温度的关系如下
(R ＝8.31 J /mol·K)
（2分）
试求：聚合温度为45℃时聚氯乙烯的平均聚合度？

⒋ (5分)等摩尔的二元酸和二元醇经外加酸催化缩聚，试证明P从0.98到0.99所需的时间与从开始到P＝0.98所需的时间相近。
等物质量的二元酸和二元醇，经外加酸催化缩聚的聚酯化反应中

时，，所需反应时间
时，，所需反应时间
所以 ，故P由0.98到0.99所需时间与从开始至P=0.98所需的时间相近。
⒌ ⑴ (6分)写出合成双酚A型环氧树脂预聚体及用乙二胺固化的化学反应方程式；
合成双酚A型环氧树脂预聚体反应式：
（3分）

双酚A型环氧树脂预聚体用乙二胺固化的固化反应方程式；

（3分）

⑵（2分）欲使1500g环氧树脂(环氧值为0.2)，用乙二胺为固化剂进行固化，试计算固化剂的用量。

五、（10分，每错一个方程式扣1分）以氯甲烷为溶剂、AlCl3为引发剂、水为共引发剂，写出异丁烯阳离子聚合有关的基元反应方程式。
链引发反应：
链增长反应：

链转移终止反应：

23