高分子化学期末考试试卷及答案 (2)

玛丽莲梦兔
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2020年09月06日 19:55
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网络营销员-好段摘抄200字


一、基本概念题(共10分,每题2分)
⒈ 聚合物相对分子质量稳定化法:聚合物相 对分子质量达到要求时,加入官能
团封锁剂,使缩聚物两端官能团失去再反应的能力,从而达到控制缩聚 物相对分子质
量的目的的方法。
⒉ 体型缩聚的凝胶点:体型缩聚中出现凝胶时的反应程度,记作
P
c

⒊ 乳化 剂的亲水亲油平衡值HLB:根据乳化剂亲油基和亲水基对其性能的贡
献,给每一种乳化剂一个数值叫亲 水亲油平衡值,用HLB来表示,它表示乳化剂的亲
水性能的大小。⒋ 本体聚合:单体在少量引发剂作用下形成高聚物的过程。
⒌ 引发剂的诱导分解:链自由基向引发剂的转移反应。
二、填空题(共20分,每空1分)
⒈ 体型缩聚物有 环氧树脂 、酚醛树脂、 脲醛树脂 和 不饱和聚酯树脂 等。
⒉ 线型缩聚物有 PET树脂、 PA-66树脂、 PC 和 PA-1010树脂 等 。
⒊ 计算体型缩聚的凝胶点有 Carothers 方程和 Flory 统计公式。
⒋ 引发剂的选择原则是根据聚合实施方法选择 引发剂种类 、 根据聚合温
度选择 分解活化能适当的引发剂 、根据聚合周期选择 半衰期适当的引发剂 。
⒌ 本体聚合应选择 油溶性 引发剂、乳液聚合应选择 水溶性 引发剂。
三、简答题(共25分,每题5分,意义不完全者适当扣分)
⒈ 界面缩聚的特点是什么?
⑴ 界面缩聚是不平衡缩聚,需采用高反应活性的单体,反应可在低温下进行,逆
反应的速率很 低,甚至为0。属于不平衡缩聚。缩聚中产生的小分子副产物容易除去,
不需要熔融缩聚中的真空设备。 同时,由于温度较低避免了高温下产物氧化变色降解
等不利问题。
⑵ 反应温度低,相对分子质量高。
⑶ 反应总速率与体系中单体的总浓度无关,而仅决定于界面处的反应 物浓度.
只要及时更换界面,就不会影响反应速率。聚合物的相对分子质量与反应程度、本体
中 官能团物质的量之比关系不大, 但与界面处官能团物质的量有关.
⑷ 界面缩聚由于需要高反应活性单体,大量溶剂的消耗,使设备体积宠大,利用

1


率低。因此,其应用受到限制。
⒉ 请指出在什么条件下自由基聚合反应速率
R
p
与引发剂浓度c(I)的反应级数
为:⑴ 0级;⑵ 0.5级;⑶ 0.5~1级;⑷ 1级 ⑸ 0~0.5级。
答::⑴ 热聚合时,
R
p
c(I)
0
,聚合速率与引发剂浓度无关。
⑵ 双基终止时,
R
p
c(I)
0.5
,聚合速率对引发 剂浓度为0.5级反应。
⑶ 单、双基终止兼而有之时,
R
p
c(I)< br>05~1
,聚合速率对引发剂浓度为0.5~1
级反应。
⑷ 单基终止时,
R
p
c(I)
,聚合速率对引发剂浓度为1级反应。
⑸ 选用偶氮苯三苯甲烷引发剂时,
R
p
c(I)
0~0.5,聚合速率对引发剂浓度为
0~0.5级反应。
⒊ 为什么自由基聚合时聚合物的相对分子质量与反应时间基本无关,缩聚反
应中聚合物的相对 分子质量随时间的延长而增大?
自由基聚合遵循连锁聚合机理:链增加反应的活化能很低,
E
p
20~34kJmol
,聚合反应一旦开始,在很短的时间内(0.01s~几秒 )就有成
千上万的单体参加了聚合反应,也就是生成一个相对分子质量几万~几十万的大分子
只 需要0.01s~几秒的时间(瞬间可以完成),体系中不是聚合物就是单体,不会停留在
中间聚合度阶 段,所以聚合物的相对分子质量与反应时间基本无关。而缩聚反应遵
循的是逐步聚合机理:单体先聚合成 低聚体,低聚体再聚合成高聚物。链增加反应
的活化较高,
E
p
60kJm ol
生成一个大分子的时间很长,几乎是整个聚合反应所
需的时间,缩聚物的相对分子质量随聚 合时间的延长而增大。

⒋ 何谓聚合物官能团的化学转化?在聚合物官能团的化学转化中, 影响官能团转
化的因素是什么?官能团的转化率一般为多少?
答:由于高分子的化学反应是通 过官能团的化学转化而实现的,所以又可以将聚
合物的化学反应称为聚合物官能团的化学转化。
因为聚合物的化学反应的复杂性,官能团的转化,一般为86.5%。这主要是因为扩
散因素的影响、 邻近基团的影响和相邻官能团成对反应的限制。
⒌ 甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、马来酸酐、醋酸乙烯、丙烯腈等

2


单体分别与丁二烯共聚,试以交替倾向的次序排列上述单体,并说明原因。
单体(M
1)

甲基丙烯酸甲酯
丙烯酸甲酯
苯乙烯
马来酸酐
醋酸乙烯
丙烯腈
单体(M
2)

丁二烯
丁二烯
丁二烯
丁二烯
丁二烯
丁二烯

r
1

0.25
0.05
0.58
5.74×10
-5

0.013
0.02
r
2

0.75
0.76
1.35
0.325
38.45
0.3

r
1
r
2

0.1875
0.038
0.783
1.86×10
-5

0.499
0.006
根据
r
1
r
2
乘积的大小,可以 判断两种单体交替共聚的倾向。即
r
1
r
2
趋向于
0 , 两单体发生交替共聚;交替倾向越大。根据单体的
r
1

r
1
r
2
越趋于零,
r
2

r
1
r2
值上述各单体与丁二烯产生交替共聚的次序为:
马来酸酐>丙烯腈>丙烯酸甲酯>甲基丙烯酸甲酯>醋酸乙烯>苯乙烯。
四、(共5分,每题1分

选择正确答案填入( )中。

⒈ 接技共聚物可采用( ⑵ )聚合方法。
⑴ 逐步聚合反应 ⑵ 聚合物的化学反应 ⑶ 阳离子聚合 ⑷ 阴离子聚合
⒉ 为了得到立构规整的1.4-聚丁二烯,1,3 –丁二烯可采用( ⑷ )聚合。
⑴ 自由基聚合 ⑵ 阴离子聚合 ⑶ 阳离子聚合 ⑷ 配位聚合
⒊ 工业上为了合成涤纶树脂(PET)可采用( ⑴ )聚合方法。
⑴ 熔融缩聚 ⑵ 界面缩聚 ⑶ 溶液缩聚 ⑷ 固相缩聚
⒋ 聚合度变大的化学反应是(⑶ )
⑴ PVAc的醇解 ⑵ 纤维素硝化 ⑶ 高抗冲PS的制备 ⑷ 离子交换树脂的制备
⒌ 表征聚合物相对分子质量的参数是( ⑶、⑷ )

r
1
⑵ t
12

ν

X
n

五、计算题(共40分,根据题目要求计算下列各题)
⒈ (15分) 苯乙烯在60℃以 过氧化二特丁基为引发剂,苯为溶剂进行溶液聚合。
当单体苯乙烯的浓度c(M)=1molL,引发剂 浓度c(I)=0.01molL时,引发和聚合的初

3


速分别为4×10
11
molL
·
s和1.5×1 0
7
molL
·
s。试根据计算判断低转化率下,在上
--
述聚合反应中链终止的主要方式?真正终止和链转移终止的比例?
已知:60℃时C
M
=8.0×10
5
,C
l
=3.2×10
4
,C
S
=2.3×10
6
,苯乙烯的密度为
---
0.887gmL,苯 的密度为0.839gmL。设苯乙烯-苯体系为理想溶液。
解: c(M)=1.0molL, c(I)=0.01 molL
R
i
=4.0×10
-11
mol (L
·
s),
R
p
=1.5×10
-7
mol(L
·
s)
R
P
1.5×10
-7

ν=

=
-11
=3750
(2分)
R
i
4.0×10
104
(1-)×839
887
苯乙烯-苯体系为理想溶液,
c(S)=

=9.50
molL (2分)
78
苯乙烯60℃时,动力学链终止完全是偶合终止,
k

2
(1分)
11c(I)c(S)
=+C
M
+C
I
+C

X
n
k

ν
c(M)
S
c(M)
10.019.5
+8.5×10
-5
+3.2×10
-4
×+2. 3×10
-6
×
(2
2×3750
(5分)
1.01.0
=1.33×10
-4
+8.5×10
5
+3.2×10
- 6
+2.18×10
-5
=2.38×10
-4
X
n
=4196
(1分)
1.33× 10
偶合终止所占的比例为
2.38×10
转移终止所占的比例为:
4
4
×100%=56%
(2分)
8.5×10
5
+3.2×10
6
+2.18×10
2.3 8×10
4
5
×100%=44%
(2分)
⒉ (共12分 )等摩尔比的乙二醇和对苯二甲酸于280℃下进行缩聚反应,已
知平衡常数K=4.9。如果达到平衡 时所得聚酯的
X
n
=15。
⑴ 用缩聚反应中官能团等活性理论的假定表示 该缩聚反应,并推导平衡常数K
和平均聚合度
X
n
的关系式。
⑵ 试问此时体系中残存的小分子水的摩尔分数
x(H
2
O)
为多少?
解:⑴ (8分)

4


用缩聚反应中官能团等活性理论的假定表示该缩聚反应:

t=0 n
0
n
0
P

0 0
t时平衡 n n K (n
0
-n

) n
W

k
1
COOH + HO
k
-1
O
CO
+ H
2
O
n=n
0
(1-P)

n
0
-n=n
0
P

x(H
2
O)=
处扣除1分)
式中 n
0
——起始羟基和羧基的官能团数目;
P——平衡时反应程度;
n
w
——平衡时小分子水的分子数。
推导平衡常数K和平均聚合度
X
n
的关系式:
n
W
k
1

K=
(5分,每错一
n
0
k
-1
(n
0
-n)

n
W< br>x(H
2
O)

P
2
==x(H
2
O)

P

X
n

K=
(3分)
22
(
1-P
)
n
⑵ (4分)
X
n
=
1
(1分)
1-P
1

P=0.933
(1分)
1-P
K4.9
==0.0233
(2分)
2
P

X
n
0.933×15
2

15=
x(H
2
O)=
即体系残余的小分子水的分数
x(H
2
O)=0.233

⑶ (共13分)甲基丙烯酸甲酯(M
1
)与苯乙烯(M
2
),在60℃下进行自由基共聚合。
已知:r
1
= 0.46 , r
2
=0.52 ;
请: ⑴ (10分)画出
x'
1
~x
1
曲线(计算五个点)。
⑵ (3分)为了得到:
dc(M
1
)
=0.560
组成比较均一的 共聚物应采用
dc(M
2
)
dc(M
1
)
0
=?
何种投料方法?
dc(M
2
)
0
解:

5


计算结果(8分)
x
1


'
x
1
0
0
0.1
0.156
0.2
0.266
0.3
0.351
0.4
0.423
0.5
0.490
0.6
0.559
0.7
0.629
0.8
0.715
0.9
0.829
1.0
1.0


x
1
,
(A)x
1
(A)

1-r
2
1-0.52
0.471

2-r
1
-r
2
2-0.46-0.52
(1分)
2
rx+x
1
x
2
'
x
1
=
2
11
2
r
1
x
1
+2x
1
x2
+r
2
x
2
(1分)

















x
1
'

x
1
'
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
·
0
0.2
0.4

0.6
0.8
1.0
x
1

x'
1
~x
1
曲线(2分)
dc(M
1
)
=0.560
组成比较均一的共聚物应采用调节起始单体投料为了得到:
dc(M< br>2
)
dc(M
1
)
0
=0.471
,比的一 次投料法(2分),使控制一定的转化率结束反应(1分)。
dc(M
2
)
0



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