高分子科學(xué)教程答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高分子科學(xué)教程答案

《高分子化學(xué)》習(xí)題與解答

第一章、緒論習(xí)題與思考題

１.寫出以下單體形成聚合物的反應(yīng)式。注明聚合物的重復(fù)單元和結(jié)構(gòu)單元，并對聚合物命名，說明屬于何類聚合反應(yīng)。

（1）CH2=CHCl;（2）CH2＝C(CH3)2;（3）HO(CH2)5COOH;（4）CHCHCHO;

222（5）H2N(CH2)10NH2+HOOC(CH2)8COOH;（6）OCN(CH2)6NCO+HO(CH2)2OH;

２.寫出以下聚合物的一般名稱、單體和聚合反應(yīng)式。

CH3

（1）（2）[CH2CH][CH2C]nnCOOCH3COOCH3（3）[NH(CH2)6NHOC(CH2)4CO]n（4）[NH(CH)CO]25n

（5）[CH2C=CHCH2]nCH3CH3

（6）[OCOC]nCH3O３.寫出合成以下聚合物的單體和聚合反應(yīng)式：

（1）聚丙烯晴（2）丁苯橡膠（3）滌綸（4）聚甲醛（5）聚氧化乙烯（6）聚砜

４.解釋以下名詞：

（1）高分子化合物，高分子材料（2）結(jié)構(gòu)單元，重復(fù)單元，聚合度；

（3）分子量的多分散性，分子量分布，分子量分布指數(shù)；（4）線型結(jié)構(gòu)大分子，體型結(jié)構(gòu)大分子；（5）均聚物，共聚物，共混物；（6）碳鏈聚合物，雜鏈聚合物。

５.聚合物試樣由以下級分組成，試計算該試樣的數(shù)均分子量Mn和重均分子量Mw及分子量分布指數(shù)。級分123

重量分率0.50.20.2

分子量1×10

5

1×10

5

5×10

4

6

4

0.11×10

６.常用聚合物分子量例如于下表中。試計算聚氯乙烯、聚苯乙烯、滌綸、尼龍－66、順丁橡膠及自然橡膠的聚合度，并根據(jù)這六種聚合物的分子量和聚合度認(rèn)識塑料、纖維和橡膠的區(qū)別。塑料聚氯乙烯聚苯乙烯

７.高分子化合物的制備方法有哪幾類？試分別舉例說明之。

８.高分子科學(xué)的主要研究內(nèi)容是什么？為什么說它既是一門基礎(chǔ)科學(xué)，也是一門應(yīng)用科學(xué)？

習(xí)題與思考題１.解：

(1)加聚反應(yīng)

ClnCH2CHCl[CH2CH]n

分子量（×10）纖維5～1010～30滌綸尼龍－664分子量（×10）橡膠1.8～2.31.2～1.3順丁橡膠自然橡膠4分子量（×10）25～3020～404Cl結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元都是：

(2)加聚反應(yīng)

CH2CH

CH3nCH2C(CH3)2[CH2CH]nCH3

結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元都是：

CH3CH2CHCH3

(3)縮聚反應(yīng)

OnHO(CH2)5COOH[O(CH2)5C]n

O結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元都是

(4)開環(huán)聚合反應(yīng)nCH2CH2CH2OO(CH2)5C

結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元都是：

（5）縮聚反應(yīng)

[CH2CH2CH2O]nCH2CH2CH2O

OnH2N(CH2)10NH2+HOOC(CH2)8COOHO[HN(CH2)10NHC(CH2)8C]

OO結(jié)構(gòu)單元：

(6)加聚反應(yīng)

HN(CH2)10NH和C(CH2)8C

OnOCN(CH2)6NCO+HO(CH2)2OHO[CNH(CH2)6NHCO(CH2)2O]n

OO結(jié)構(gòu)單元：

CNH(CH2)6NHCOO和

O(CH2)2O]n

重復(fù)單元：

CNH(CH2)6NHCO(CH2)2O]n

２.

解:（1）聚甲基丙烯酸甲酯單體為甲基丙烯酸甲酯

CH3nCH2C(CH3)(COOCH3)[CH2C]nCOOCH3

(2)聚丙烯酸甲酯單體為丙烯酸甲酯

nCH2CH(COOCH3)[CH2CH]nCOOCH3

(3)聚己二酸乙二酯（尼龍66）單體為乙二胺和乙二酸

H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nOH+(2n-1)H2OH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH

(4)聚己內(nèi)酰胺單體為己內(nèi)酰胺或氨基己酸

nNH(CH2)5CO[NH(CH2)5CO]n

或nH2N(CH2)6COOHH[NH(CH2)5CO]nOH+(n-1)H2O

(5)聚異戊二烯單體為異戊二烯

nCH2C(CH3)CHCH2[CH2C(CH3)CHCH2]n

(6)聚碳酸酯單體為雙酚Ａ和光氣

CH3nHOCH3OH+nCOCl2H[OCCH3O+(2n-1)HClOC]ClnCCH3

3.

解：(1)單體為丙烯腈

nCHCHCN[CHCH]nCN

(2)單體為丁二烯和苯乙烯

CH2CHCHCH2CHCH2

nCH2CHCHCH2+nCHCH2[CH2CHCHCH2CHCH2]n

(3)單體為對苯二甲酸和乙二醇

OCH3OC-CH3OH1OCOCH3+HOCH2CH2OHOHOCH2CH2OCO[OCHCHCOCOCH2CH2OHOC]n-HOCH2CH2OH2

(4)單體為甲醛

nCH2O[CH2O]n

(5)單體為環(huán)氧乙烷

或單體為乙二醇

或單體為氯乙醇

(6)單體為

４.解：

（7）高分子化合物，高分子材料；

高分子化合物指的是由多種原子以一致的，屢屢重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵連接起來

46

的，分子量是10~10的大分子所組成的化合物。高分子材料

（8）結(jié)構(gòu)單元，重復(fù)單元，聚合度；

構(gòu)成高分子鏈并決定高分子結(jié)構(gòu)以一定方式連接起來的原子組合稱為結(jié)構(gòu)單元。聚合物中化學(xué)組成一致的最小單位稱為重復(fù)單元。高分子鏈中重復(fù)單元的重復(fù)次數(shù)稱為聚合度。

（9）分子量的多分散性，分子量分布，分子量分布指數(shù)；

聚合物是分子量不等的同系物的混合物，其分子量或聚合度是一平均值。這種分子量的不均一性稱為分子量的多分散性

分子量多分散性可用分子量分布曲線表示。以分子量為橫坐標(biāo)，以所含各種分子的重量或數(shù)量百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，即得分子量的重量或數(shù)量分布曲線。分布指數(shù)用來表示分子量分布寬度，定義為：

D=MwMn。

（10）線型結(jié)構(gòu)大分子，體型結(jié)構(gòu)大分子；

線型高分子是由長的骨架原子組成的，也可以有取代側(cè)基。尋常可以溶解在溶劑中，固態(tài)時可以是玻璃態(tài)的熱塑性塑料，有的聚合物在常溫下呈柔順性材料，也有的是彈性體。

高分子鏈間產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合可以生成交聯(lián)或網(wǎng)狀高分子。（11）均聚物，共聚物，共混物；

由一種單體聚合而成的聚合物叫做均聚物

由兩種或兩種以上的單體聚合而成的聚合物叫做共聚物

兩種或更多聚合物機(jī)械混合在一起叫做高分子共混物，能將兩種或多種聚合物性質(zhì)綜合在一起。

（12）碳鏈聚合物，雜鏈聚合物。

骨架原子都是碳原子的高分子又稱碳鏈高分子主鏈骨架中還含有非碳原子又稱雜鏈高分子。5．

解：Mw=分子量×重量分?jǐn)?shù)

=1×10×0.5＋1×10×0.2＋5×10×0.2＋1×10×0.1

5

=2.25×10

4

5

5

6

Mn=W?N10.50.20.20.1???1?1041?1055?1051?106?1.9?104

D=Mw?11.84

Mn６.解：聚合物聚氯乙烯聚苯乙烯滌綸尼龍66順丁橡膠自然橡膠單體分子量或重復(fù)單元分子量62.51041922265468Xn806～2419962～288594～12053～57.54630～55562921～5882分子量（×10）5～1510～301.8～2.31.2～1.325～3020～404７.

解：由小分子化合物單體制備聚合物的反應(yīng)主要分成三類，它們是縮合反應(yīng)、加成反應(yīng)和開環(huán)反應(yīng)。還有另一種是由高分子化合物，經(jīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成另外一種結(jié)構(gòu)和性能不同的新高分子化合物下面舉例說明：

⑴縮合反應(yīng)：己二胺和己二酸縮合反應(yīng)生成尼龍－66

OOH2NCH26NH2+HOCCH24COH⑵加聚反應(yīng)：苯乙烯聚合nH2OOHNHCH26NHCCH24OCnOH

CH2=CHCH2CHn

⑶開環(huán)聚合：三氧六環(huán)開環(huán)聚合生成聚甲醛

OCH2OCH2′??ˉ?áOCH2⑷高分子轉(zhuǎn)化反應(yīng)：維尼綸的工業(yè)制備

CH2On

nCH2=CHOCOCH3~~~CH2CH~~~OCOCH3CH2OCH3OHCH2~~~CH2CH~~~OH~~~CH2CHOCH~~~OCH2

８.

解：高分子化學(xué)是研究高分子化合物合成和反應(yīng)的一門科學(xué)，就其廣義來說。還包括聚合物的結(jié)構(gòu)和性能。

其次章、逐步聚合的習(xí)題與思考題

1.寫出由以下單體經(jīng)縮聚反應(yīng)形成的聚酯結(jié)構(gòu)：(1)HORCOOH；

'

(2)HOOCRCOOH＋HOROH；

'

(3)HOOCRCOOH＋R(OH)3；

'

(4)HOOCRCOOH＋HOROH＋R''(OH)3；

(2)、(3)、(4)三例中聚合物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)物相對量有無關(guān)系？若有關(guān)系請說明之。

2.苯酚～甲醛縮聚體系的平衡常數(shù)K為1000，聚酯體系的K僅為4～10。如何從這兩個數(shù)值來說明這兩個縮聚體系生產(chǎn)條件的不同？

3.計算等物質(zhì)量己二酸和己二胺在反應(yīng)程度P為0.500、0.800、0.900、0.950、0.970、0.980、0.990和0.995時的Xn及數(shù)均分子量。4.

等物質(zhì)量比的乙二醇和對苯二甲酸于280℃進(jìn)行縮聚反應(yīng)。已知平衡常數(shù)K＝4.9。

如達(dá)平衡時所得聚酯的Xn＝30。問此時體系中殘存小分子分?jǐn)?shù)為多少？若要求Xn達(dá)100，體系中殘存小分子分?jǐn)?shù)為多少？5.

等物質(zhì)量的二元酸和二元胺于某溫度下在封閉體系中進(jìn)行縮聚，平衡常數(shù)K＝400。

問該體系中產(chǎn)物的Xn最大能達(dá)多少？6.

1mol的己二酸與1mol的乙二醇進(jìn)行聚酯化反應(yīng)時，共分出水20g，求反應(yīng)程度和

產(chǎn)物的Xn值。

7.等摩爾二元醇和二元酸經(jīng)外加酸催化縮聚，試證明P從0.98到0.99所需時間與從開始到P=0.98所需的時間相近。

8.由己二酸和己二胺合成聚酰胺，分子量約15000，反應(yīng)程度為0.995，試求原料比。若分子量為19000，求原料比。9.

等摩爾二元醇與二元酸縮聚，參與1.5mol%乙酸（以二元酸計），P=0.995或0.999

時，聚酯的Xn為多少？參與1mol%乙酸時，結(jié)果又如何？

10.尼龍1010是根據(jù)1010鹽中過量的癸二酸控制分子量，如要求分子量為2萬，問1010鹽的酸值(以mgKOH/g計)應(yīng)為多少？

11.等物質(zhì)量的己二胺和己二酸反應(yīng)時，畫出P=0.990和0.995時的分子量數(shù)量分布曲線和重量分布曲線，并計算數(shù)均聚合度和重均聚合度，比較兩者的分子量分布寬度。

12.試用Flory分布函數(shù)計算單體、二聚體及四聚體在反應(yīng)程度為0.5及1時的理論百分含量。

13.為什么縮聚物的分子量一般都不高？為提高縮聚物的分子量，在生產(chǎn)中尋常采取哪些措施？

14.解釋以下名詞：

(1)均縮聚、混縮聚、共縮聚；(2)平衡縮聚、非平衡縮聚；(3)反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率；(4)摩爾系數(shù)、過量百分?jǐn)?shù)；(5)體型縮聚、凝膠點；

(6)無規(guī)預(yù)聚體、結(jié)構(gòu)預(yù)聚體。

15.以HORCOOH為原料合成聚酯，若此羥基酸及反應(yīng)生成物上的－COOH的介離度K一致，反應(yīng)開始時系統(tǒng)pH＝2，反應(yīng)一定時間后pH＝3，問此時之反應(yīng)程度P和聚合度Xn為多少？

16.12－羥基硬脂酸在433.5K下熔融縮聚，已知其反應(yīng)混合物在不同時間下的[COOH]

數(shù)據(jù)如下：

t/h[COOH]/mol/dm

(1)(2)(3)

303.10.51.31.00.831.50.612.00.482.50.403.00.34求上述反應(yīng)條件下的反應(yīng)速率常數(shù)k。該反應(yīng)是否加了催化劑？

反應(yīng)1小時和5小時的反應(yīng)程度各為多少？

17.請歸納體型縮聚中產(chǎn)生凝膠的充分和必要條件。

18.試按Carothers法及統(tǒng)計法計算以下混合物的凝膠點：

（1）鄰苯二甲酸酐與甘油或季戊四醇，分子比分別為3:2；2:1（2）鄰苯二甲酸酐與甘油分子比為1.50:0.98

（3）鄰苯二甲酸酐、甘油與乙二醇分子比為1.50:0.99:0.002

19.要合成分子鏈中含有以下特征基團(tuán)的聚合物，應(yīng)選用哪類單體，并通過何種反應(yīng)聚合而成？

(1)－OCO－(2)－NH－CO－(3)－HNCOO－(4)－OCH2CH2－

解答：

１.解：(1)

[ORCO]n

,[OCRCOORO]n(2)

其所得產(chǎn)物數(shù)均聚合度與兩官能團(tuán)摩爾數(shù)之比r(r≤1)和反應(yīng)程度P之間有

Xn=1+r1+r-2rp的關(guān)系。

(3)設(shè)反應(yīng)物二酸和三醇的相對摩爾比為x

①當(dāng)x≤3/2時，r=2x/3(r≤1)。由公式

Po=1Po=32x[r+rp(f-2)]1/2得

令Po≥1，則X≤3/4時，所得產(chǎn)物是端基主要為羥基的非交聯(lián)支化分子。

②當(dāng)x≥3/2時，r=3/2x(r≤1)。同理得

Po=x3

令Po≥1,則x≥3。即當(dāng)x≥3時，所得產(chǎn)物是端基主要為羧基的非交聯(lián)支化分子。

③綜合①和②得3/4＜x＜3時，所得產(chǎn)物是交聯(lián)體型分子。

(4)設(shè)二酸∶二醇∶三醇（摩爾比）=x∶y∶1，則①

2x3+2yf=1時⑴

Po=x+y+12x4xx+y+1由Carothers方程得令Po≥1,則

⑵

x+y+12x1聯(lián)立⑴、⑵得x–y≤1⑶

即當(dāng)x–y≤1時，所得產(chǎn)物端基主要為羥基的支化分子。②

2x3+2y1時⑷

1f=Po=2(2x+3)x+y+1x+y+12y+3同理

x+y+1令Po≥1，則2y+3⑸

聯(lián)立⑷、⑸得x–y≥2⑹即當(dāng)x–y≥2時，所得產(chǎn)物是端基主要為羧基的支化分子。

④聯(lián)立⑶、⑹得知，當(dāng)1＜x-y＜2時，所