高分子化學(xué)答案第一章諸論

1、第一章 諸論 習(xí)題參考答案1與低分子化合物相比，高分子化合物有什么特征。隨著高分子的發(fā)展,高分子概念的外延進(jìn)一步擴(kuò)大，請(qǐng)舉例說明。解答：特征：（1）相對(duì)分子質(zhì)量大，一般在104106； （2）每個(gè)分子的相對(duì)分子質(zhì)量不一樣，存在相對(duì)分子質(zhì)量分布； （3）由此導(dǎo)致高分子化合物的屬性在一定范圍內(nèi)波動(dòng)（如Tm、Tg、結(jié)晶、溶解）； （4）可用于結(jié)構(gòu)材料和功能材料；擴(kuò)展：（1）相對(duì)分子質(zhì)量變化，如：在103104的低聚物或齊聚物（Oligomer），可用于涂料、粘合劑、功能高分子領(lǐng)域；而106的超高相對(duì)分子質(zhì)量化合物，可使材料性能有所變化。 （2）化學(xué)鍵連接，如：利用分子間作用力的大分子組裝、超分子聚合

2、物等。 （3）化學(xué)組成變化，如：引入N、P等元素形成與生物相親的高分子。2說明下列名詞和術(shù)語的概念：（1）單體，聚合物，高分子，高聚物 （2）碳鏈聚合物，雜鏈聚合物，元素有機(jī)聚合物，無機(jī)高分子 （3）主鏈，側(cè)鏈，側(cè)基，端基 （4）結(jié)構(gòu)單元，單體單元，重復(fù)單元，鏈節(jié) （5）聚合度，相對(duì)分子質(zhì)量，相對(duì)分子質(zhì)量分布 （6）連鎖聚合，逐步聚合，加聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng) （7）加聚物，縮聚物，低聚物 解答：（1） 單體：能夠形成聚合物中結(jié)構(gòu)單元的小分子化合物。聚合物：由多種原子通過共價(jià)鍵連接而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物。高分子：同上，現(xiàn)在的一個(gè)傾向是將化學(xué)結(jié)構(gòu)組成多樣、排列順序嚴(yán)格的生物高分子化合物稱為高分

3、子。高聚物：同聚合物。 （2） 碳鏈聚合物：主鏈完全由碳原子構(gòu)成的聚合物雜鏈聚合物：主鏈除碳原子外,還含有氧、氮、硫等雜原子的聚合物元素有機(jī)聚合物：主鏈不含碳原子，主要由硅、硼，鋁、氧、氮、硫和磷等原子組成，但側(cè)基由有機(jī)基團(tuán)組成的聚合物無機(jī)高分子：主鏈和側(cè)基均無碳原子的聚合物 （3） 主鏈：貫穿于整個(gè)高分子的鏈。 側(cè)鏈：主鏈邊上帶的短鏈。 側(cè)基：主鏈邊上帶的基團(tuán)。 端基：主鏈兩端的基團(tuán)。 （4） 重復(fù)單元：高分子鏈上化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)的最小單位。對(duì)連鎖聚合產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)單元：由一個(gè)單體分子經(jīng)聚合進(jìn)入重復(fù)單元的部分。單體單元：與單體的化學(xué)組成完全相同，只是化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)單元。如不完全相同則不

4、存在，如通過縮聚反應(yīng)形成的聚合物。鏈節(jié)：同重復(fù)單元。 （5） 聚合度：高分子鏈上重復(fù)單元的數(shù)目。相對(duì)分子質(zhì)量：高分子是由相對(duì)分子質(zhì)量大小不等的同系物組成，這些同系物相對(duì)分子質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)平均值稱此聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量。相對(duì)分子質(zhì)量分布：高分子所含相對(duì)分子質(zhì)量不同同系物的多分散性的一種標(biāo)征。 （6） 連鎖聚合：?jiǎn)误w形成活性中心，再與其它單體逐一進(jìn)行連鎖反應(yīng)而形成聚合物的反應(yīng)。逐步聚合：通過反應(yīng)物官能團(tuán)間不斷反應(yīng)，逐步形成聚合物的反應(yīng)。加聚反應(yīng)：通過單體與活性中心相互加成而形成聚合物的反應(yīng)?？s聚反應(yīng)：帶有多個(gè)可相互反應(yīng)官能團(tuán)的單體通過有機(jī)化學(xué)中各種縮合反應(yīng)消去某些小分子而形成聚合物的反應(yīng)。 （7） 加

5、聚物：通過加聚反應(yīng)形成的聚合物?？s聚物：通過縮聚反應(yīng)形成的聚合物低聚物：相對(duì)分子質(zhì)量在103104的聚合物。 3. 寫出下列單體得到的聚合物的名稱、分子式，注明聚合物的結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元。（1）甲基丙烯酸甲酯 （2）偏二氯乙烯 （3）丙烯酰胺 （4）-甲基苯乙烯 （5）-氰基丙烯酸甲酯 （6）對(duì)苯二甲酸 + 丁二醇 （7）己二酸 + 己二胺 （8）4,4 - 二苯基甲烷二異氰酸酯 + 乙二醇解答： （1） 聚甲基丙烯酸甲酯、PMMA、CH3 |-(-C-CH2-) n - |COOCH3 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （2） 聚偏二氯乙烯、PVDCCl |-(-C-CH2-) n - |Cl 結(jié)構(gòu)單元

6、重復(fù)單元 （3） 聚丙烯酰胺、PAM-(-CH-CH2-) n - |CONH2 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （4） 聚-甲基苯乙烯CH3 |-(-C-CH2-) n - |C6H5 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （5） 聚-氰基丙烯酸甲酯物CN |-(-C-CH2-) n - |COOCH3 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （6） 聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、PBT -(-OC- -COO(CH2)4O-) n- 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （7） 聚己二酸己二胺、尼龍-66 -NH(CH2)6NHCO(CH2)4COn- 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （8）聚氨酯、-(-OC-NH- -HCH- -NH-CO-O-CH2C

7、H2O -) n- 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 4寫出下列聚合物中文名稱（用來源基礎(chǔ)命名法）和分子式，注明結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元。 （1）PS （2）PVC （3）PP （4）PMMA （5）PAN （6）PET （7）PC （8）尼龍-66 解答：（1） 聚苯乙烯-(-CH-CH2-) n - |C6H5 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （2） 聚氯乙烯-(-CH-CH2-) n - |Cl 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （3） 聚丙烯-(-CH-CH2-) n - |CH3 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （4） 聚甲基丙烯酸甲酯CH3 |-(-C-CH2-) n - |COOCH3 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （5） 聚丙烯腈-(

8、-CH-CH2-) n - |CN結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （6） 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 -(-OC- -COOCH2CH2O-) n- 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （7） 聚碳酸酯、CH3 | -(-O- -C- -O-CO -) n-|CH3 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 （8） 聚己二酸己二胺 -NH(CH2)6NHCO(CH2)4COn- 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 5. 根據(jù)大分子鏈結(jié)構(gòu)特征命名法對(duì)下述聚合物進(jìn)行命名（1）聚甲醛（2）環(huán)氧樹脂 （3）滌綸 （4）聚碳酸酯 （5）尼龍6 （6） O (CH2)2O-CONH (CH2)6NHCO （7） HN(CH2)6NH-CONH(C

9、H2)6NHCO （8） NHCONH-CH2 解答：（1） 聚醚（2） 聚醚 （3） 聚酯 （4） 聚酯 （5） 聚酰胺 （6） 聚氨酯（7） 聚脲 （8） 脲醛6. 用本章所介紹的各種命名法對(duì)下列單體合成的聚合物進(jìn)行命名（1）氯乙烯 （2）丁二烯（3）對(duì)苯二甲酸+乙二醇解答： （1） 高分子命名原則：來源基礎(chǔ)命名法：聚氯乙烯 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)命名法：聚（1-氯亞乙烯） 系統(tǒng)命名法（IUPAC）：聚（1-氯代乙烯） 以聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名：無 商品名（俗名）：聚氯乙烯（塑料、熱塑性樹脂） 英文名：PVC （2） 高分子命名原則：來源基礎(chǔ)命名法：聚丁二烯 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)命名法：聚（1-亞丁烯基） 系統(tǒng)命名法

10、（IUPAC）：聚（1-次丁烯基） 以聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名：無 商品名（俗名）：順丁橡膠（橡膠） 英文名：BR （3） 高分子命名原則：來源基礎(chǔ)命名法：聚對(duì)苯二甲酸乙二酯 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)命名法：聚（氧亞乙基氧對(duì)苯二甲酰） 系統(tǒng)命名法（IUPAC）：聚（氧亞乙基氧對(duì)苯二甲酰） 以聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名：聚酯 商品名（俗名）：絳綸（化纖） 英文名：PET7寫出下列聚合物的分子式，求出n，。（1）聚乙烯，相對(duì)分子質(zhì)量為28萬。 （2）尼龍66，相對(duì)分子質(zhì)量為1.13萬。解答： （1） -(-CH2-CH2-) n M = nM 0 = ·M 0 =·M 0則：M 0 = 28 n = 2

11、80000 / 28 = 10000 = = n = 10000 （2） -NH(CH2)6NHCO(CH2)4COn- = 2n = 2則： = （114+112）/2 = 113 = 11300 / 113 = 100 n = 1/2= = 100 / 2 = 508寫出下列單體的聚合反應(yīng)式、單體和聚合物的名稱（1）CH2=CHF （2）CH2=CH(CH3)2 （3） （4）HO-( CH2)5-COOH （5）（6） +HO(CH2)2OH（7） + 解答： （1） 氟乙烯 聚氟乙烯 nCH2=CHF -(-CH2-CHF-)n- （2） 異丁烯 聚異丁烯 n CH2=CH(CH3)2

12、 -CH2-CH(CH3)2n- （3） 甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯CH3 CH3 | | n CH2=C - (-CH2-C-) n- | |COOCH3 COOCH3 （4） 6-羥基己酸 聚6-羥基己酸n HO-( CH2)5-COOH H-O-( CH2)5-CO- n-OH （5） 氧雜環(huán)丁烷 聚氧雜環(huán)丁烷n -O-( CH2)3 n-（6） 2,4-甲苯二異氰酸酯+乙二醇 聚氨酯+HO(CH2)2OH -(CH2)2OOC-NH- -NH-COO-n- -CH3（7） 對(duì)苯甲酰氯+對(duì)苯二胺 聚對(duì)苯二甲?；鶎?duì)苯二胺 + -OC- -CONH- -NH- n -9舉例說明鏈?zhǔn)骄酆?/p>

13、與加聚反應(yīng)，逐步聚合與縮聚反應(yīng)的關(guān)系與區(qū)別。解答：（1）鏈?zhǔn)骄酆吓c加聚反應(yīng)鏈?zhǔn)骄酆鲜菑木酆戏磻?yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)的角度定義的，特點(diǎn)是先形成活性中心R*，活性中心可以是自由基、陰(負(fù))離子、陽(正)離子等。聚合反應(yīng)中存在諸如鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈轉(zhuǎn)移、鏈終止等基元反應(yīng)，各基元反應(yīng)的反應(yīng)速率和活化能差別很大。鏈引發(fā)是形成活性中心的反應(yīng)，鏈增長(zhǎng)是大量單體通過與活性中心的連續(xù)加成反應(yīng)，最終形成聚合物的過程，單體彼此間不能發(fā)生反應(yīng)，活性中心失去活性稱為鏈終止。加聚反應(yīng)中從單體和聚合物之間的組成差異的角度定義的，特點(diǎn)是單體通過相互加成而形成聚合物的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)。例如聚丙烯的合成。加聚物具有重復(fù)單元和單體分子式

14、結(jié)構(gòu)（原子種類、數(shù)目）相同、僅是電子結(jié)構(gòu)（化學(xué)鍵方向、類型）有變化、聚合物相對(duì)分子質(zhì)量是單體相對(duì)分子質(zhì)量整數(shù)倍的特點(diǎn)。二者間基本相同，指同一大類聚合反應(yīng)。（2）逐步聚合與縮聚反應(yīng)鏈?zhǔn)骄酆鲜菑木酆戏磻?yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)的角度定義的，特點(diǎn)是沒有活性中心，它是通過一系列單體上所帶的能相互反應(yīng)的官能團(tuán)間的反應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)的。反應(yīng)中，單體先生成二聚體，再繼續(xù)反應(yīng)逐步形成三聚體、四聚體、五聚體等，直到最后逐步形成聚合物。反應(yīng)中每一步的反應(yīng)速率和活化能大致相同，任何聚合體間均可發(fā)生反應(yīng)。加聚反應(yīng)中從單體和聚合物之間的組成差異的角度定義的，特點(diǎn)是帶有多個(gè)可相互反應(yīng)官能團(tuán)的單體通過有機(jī)化學(xué)中各種縮合反應(yīng)消去某些小分子而

15、形成聚合物的反應(yīng)稱為縮聚反應(yīng)。例如對(duì)苯二甲酸和乙二醇兩種單體的縮聚反應(yīng)，由于反應(yīng)過程中失去小分子水，生成的縮聚物聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的結(jié)構(gòu)與單體不再相同，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量亦不再是單體相對(duì)分子質(zhì)量的整數(shù)倍。二者間基本相同，指同一大類聚合反應(yīng)。10從發(fā)展的角度對(duì)歷史上的兩類劃分聚合反應(yīng)的方法給出自己的評(píng)價(jià)。解答：略11寫出下列聚合物的名稱、聚合反應(yīng)式，并指明這些聚合反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)還是縮聚反應(yīng)，鏈?zhǔn)骄酆线€是逐步聚合？（1）（2）（3） （4） -NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-n- （5） -NH(CH2)5CO-n- （6）（7）解答：（1） 聚丙烯酸甲酯、加聚反應(yīng)、鏈?zhǔn)骄酆蟦 C

16、H2=CH - (-CH2-CH-) n- | |COOCH3 COOCH3（2） 聚醋酸乙烯酯、加聚反應(yīng)、鏈?zhǔn)骄酆蟦 CH2=CH - (-CH2-CH-) n- | |OCOCH3 OCOCH3（3） 聚異戊二烯、加聚反應(yīng)、鏈?zhǔn)骄酆蟦 CH2=C(CH3)-CH=CH2 - (-CH2-C(CH3)=CH-CH2-) n-（4） 聚己二酰己二胺、縮聚反應(yīng)、逐步聚合nNH2 (CH2)6NH2 + nHOOC (CH2)4COOH -NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-n- （5） 聚己內(nèi)酰胺 縮聚反應(yīng)、逐步聚合、開環(huán)聚合NH(CH2)5CO -NH(CH2)5CO-n- | | （6

17、） 聚丙烯酰胺、加聚反應(yīng)、鏈?zhǔn)骄酆蟦 CH2=CH - (-CH2-CH-) n- | |CONH2 CONH2（7） 聚環(huán)氧丙烷、開環(huán)聚合CH2CHCH3 12寫出合成下列聚合物的反應(yīng)式：（1） 聚苯乙烯 （2） 聚丙烯 （3） 聚四氟乙烯 （4） 丁苯橡膠 （5） 順丁橡膠 （6） 丁基橡膠（7） 乙丙橡膠（8） 聚丙烯腈 （9） 滌綸 （10）尼龍610 （11）聚碳酸酯 （12）聚氨酯解答： （1） nCH2-CH -(-CH2-CH-) n - | |C6H5 C6H5 （2） nCH2-CH -(-CH2-CH-) n - | |CH3 CH3 （3） nCF2-CF2 -(-CF

18、2-CF2-) n （4） m CH2=CH-CH=CH2 + nCH2-CH CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH | |C6H5 C6H5 （5） m CH2=C(CH3)-CH=CH2 -(-CH2-C=C-CH2-) n - | | H H （6） m CH2=C(CH3 ) 2+ n CH2=C(CH3)-CH=CH2- CH2-C(CH3 ) 2-CH2-C(CH3)=CH-CH2（7） m CH2=CH3 + n CH2=CH(CH3)-CH - CH2-CH 2-CH2-CH(CH3) （8） nCH2-CH -(-CH2-CH-) n - | |CN CN （9） nHO

19、OC- -COOH + HOCH2CH2OH -(-OC- -COCH2CH2O-) n- （10） nNH2 (CH2)6NH2 + nHOOC (CH2)8COOH -NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO-n- （11）CH3 CH3| |nHO- -C- - OH + nCOCl2 -(-O- -C- -O-CO -) n-| |CH3 CH3 （12）+HO(CH2)2OH -(CH2)2OOC-NH- -NH-COO-n- -CH313從轉(zhuǎn)化率時(shí)間、相對(duì)分子質(zhì)量轉(zhuǎn)化率關(guān)系討論連鎖聚合與逐步聚合間的相互關(guān)系與差別。解答：這兩類聚合反應(yīng)產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量和單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系特征如圖1所

20、示。轉(zhuǎn)化率 %123相對(duì)分子質(zhì)量0 20 40 60 80圖1 相對(duì)分子質(zhì)量轉(zhuǎn)化率關(guān)系1.鏈?zhǔn)骄酆?2.活性聚合 3.逐步聚合對(duì)鏈?zhǔn)骄酆希嬖诨钚灾行?，活性中心的特點(diǎn)一是在反應(yīng)過程中不斷生成，二是高活性，可使高分子鏈?zhǔn)撬查g形成，因此在不同轉(zhuǎn)化率下分離所得聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量相差不大，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間只是為了提高轉(zhuǎn)化率。對(duì)逐步聚合，是官能團(tuán)間反應(yīng)，由于大部分單體很快聚合成二聚體、三聚體等低聚物，短期內(nèi)可達(dá)到很高轉(zhuǎn)化率，但因官能團(tuán)活性低，故需延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間來提高相對(duì)分子質(zhì)量。對(duì)活性聚合，活性中心同時(shí)形成，且無鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止，故隨反應(yīng)進(jìn)行，相對(duì)分子質(zhì)量和轉(zhuǎn)化率均線性提高。14設(shè)計(jì)一組實(shí)驗(yàn)來判斷一未知單體的聚合反應(yīng)是以逐步聚合還是連鎖聚合機(jī)理進(jìn)行的。解答：在不同的聚合反應(yīng)階段取樣分析產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量，如相對(duì)分子質(zhì)量基本不隨反應(yīng)時(shí)間變化，則為連鎖聚合；如果反應(yīng)后期相對(duì)分子質(zhì)量明顯變大，為逐步聚合；如果成線性變化，可能為活性聚合。15寫出聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍66、維尼龍、天然橡膠、順丁橡膠的分子式，根據(jù)表1-10所列上述聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量，計(jì)算這些聚合物的聚合度。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析做塑料、纖維和橡膠用的聚合物在相對(duì)分子質(zhì)量和聚合度上的差別。解答：聚乙烯 -CH2-CH2-n- DP = 60000/28 300000/28 = 2134