高分子化学习题总汇.pdf

第一章 习题 1 聚乙烯和烷烃是同系物 列出甲烷 正己烷 正十二烷 正二十烷和聚乙烯的基本物 理常数 分析它们物理性质随分子量变化的原因 2 在你的日常生活 学习和工作中 你一定接触过各种各样的高分子材料 请根据用途 给它们归类 并尽可能地指出这些材料主要是由哪些高分子组成 3 有人认为聚乙烯是纯净物 有人则认为聚乙烯是混合物 你是怎样理解这两种说法的 4 你认为聚合物分子能否作为单体进行聚合反应 说明你的理由 5 尽可能多地画出支化高分子所具有的链结构 并对其做适当描述 6 写出下列单体所形成聚合物的结构式 并注明聚合物的结构单元 重复结构单元和单 体单元 A 1 6 已二酸和 1 6 已二醇 B 1 6 已二酸和 1 6 已二胺 C 6 氨基己酸 D 苯乙烯 E 乙酸乙烯酯 F 乙二醇和 1 6 二异氰酸已酯 7 用系统命名法命名题 6 中的聚合物 8 以下聚合物是通过哪些单体的聚合反应生成的 9 比较下列术语 A 结构单元和重复结构单元 B 逐步聚合和链式聚合 C 缩聚物和加聚物 D 数均聚合度和重均聚合度 10 一个聚苯乙烯样品是由以下不同分子量的级分组成 试计算其数均分子量和重均分子量 并做出分子量分布曲线 级分 质量分数 分子量 A 0 10 12000 B 0 19 21000 C 0 24 35000 D 0 18 49000 E 0 11 73000 F 0 08 102000 G 0 06 122000 H 0 04 146000 11 设计合理的实验方案以确定某个聚合反应的聚合机理 12 结合所学的有机化学反应知识 判断下列聚合物是由单体生成的 习题 第二章 第二章 习题 1 推导己二酸和己二胺在等当量时的聚合反应速度方程式 指出所做的假定 再导出它 在非等当量时的聚合速度公式 2 用碱滴定和红外光谱法求得在 21 3g 聚己二酸己二胺样品中含有 2 50 10 3mol 的羧基 由此数据算得该聚合物的数均分子量为 8250 计算时需作什么假定 如何由实验方法来测 定正确的数均分子量 3 写出并描述下列聚合反应所形成的聚酯的结构 a HOOC R COOH HO R OH b HOOC R COOH HO R OH OH c HOOC R COOH HO R OH HO R OH OH 聚酯结构与反应物的相对量有无关系 若有关系 请说明差别 4 写出并描述下列聚合反应所形成的聚酯的结构 a HO R COOH b HO R COOH HO R OH c HO R COOH HO R OH OH d HO R COOH HO R OH HO R OH OH 在 b c d 三种情况下 聚合物结构与反应物的相对量有无关系 若有的话 请叙述差别 5 试比较习题 3a 4a 4b 和 4c 中各聚合反应所预期的分子量分布 6 讨论在下述聚合反应中 a H2N CH2 mCOOH b HOCH2CH2OH HOOC CH2 mCOOH 当 m 2 10 时 发生环化反应的可能性 在反应的哪一个阶段有环化的可能性 哪些因素 决定反应是以环化还是线型聚合为主 7 试证明等摩尔的二醇和二酸在外加酸催化聚合反应时 p 从 0 98 到 0 99 需的时间近乎等 于从聚合反应开始到 p 0 98 时所需的时间 8 等摩尔的二醇和二酸在密闭体系中进行聚合反应 若平衡常数为 200 时 问所能达到 的最大聚合反应程度和聚合度各是多少 假如羧基的起始浓度为 2mol L 要使聚合度达到 200 需将水的浓度降低到什么程度 9 某耐热聚合物 Nomex 的数均分子量为 24116 聚合物水解后生成 39 31 重量 间苯 二胺 59 81 间苯二酸和 0 88 苯甲酸 试写出该聚合物的分子式 并计算聚合度和反应程 度 如果苯甲酸增加一倍 试计算对聚合度的影响 10 等 摩 尔 的 己 二 酸 和 己 二 胺 聚 合 反 应 中 当 反 应 程 度 达 到 0 500 0 800 0 900 0 950 0 980 0 990 0 995 时 其聚合物的数均聚合度各是多少 11 要求制备数均分子量为 15000 的聚酰胺 试问若转化率为 99 5 时 己二酸和 己二胺的配比应是多少 产物的端基是什么 对分子量为 19000 的聚合物 情况又是怎样 12 用等摩尔的己二酸和己二胺进行聚合反应 若想在反应程度为 99 5 时 获得 数均分子量为 10000 的聚合物 苯甲酸的比例是多少为宜 当要得到聚合物的分子量为 19000 和 28000 时 情况又怎样 13 计算下列聚合反应中出现凝胶时的反应程度 a 摩尔比为 3 000 2 000 的邻苯二甲酸酐和甘油 b 摩尔比为 1 500 0 980 的邻苯二甲酸酐和甘油 c 摩尔比为 1 500 0 990 0 002 的邻苯二甲酸酐 甘油和乙二醇 d 摩尔比为 1 500 0 500 0 700 的邻苯二甲酸酐 甘油和乙二醇 比较 Carothers 方程和统计学方法计算出的凝胶点 并描述官能团的不等活性 如甘油的羟 基 对凝胶点的影响 14 用反应式表示三聚氰胺和甲醛聚合反应中生成的交联结构聚合物 15 用反应式表示具有下列组成的无规和嵌段共聚物的合成 a CO CH2 5NH CO NH n b CO COO CH2 OCO CH2 4COO CH2 20 n 16 如何合成具有下述链段结构的嵌段共聚物 CH3 CH2CH2O m 和 OCH2CH2OCNH NHCO p 习题 第三章 第三章 习题 1 某单位于一定温度下 用过氧化物作引发体系进行溶液聚合反应 已知单体浓度为1 0M 一些动力学参数为 fkd 2 10 9 s kt1 2 0 0335 L mol s 1 2 当反应速度与单体浓度无关 且 链终止方式以偶合反应为主时 试计算 1 要求起始聚合速度 Rp1 4 10 7mol L S 产物的动力学链长 3500 时 采用的 引发剂浓度应是多少 2 若维持 1 中的 Rp 而需要 4100 时 引发剂浓度应是多少 3 除了变换引发剂浓度外 试讨论调节哪些因素能有利于达到上述 2 的目的 2 60 以 AIBN 引发苯乙烯本体聚合 若全部为偶合终止 f 0 7 kp 176 L mol s kt 7 2 107 L mol s kd 9 5 10 6 s CM 62 10 5 60 苯乙烯的密度为 0 869g ml 1 分别列出 Rp 与 1 及 Xn 与 I 的关系式 2 为得到 Xn 2000 的聚苯乙烯 I 应是多少 此时达到 10 转化率需要多少时间 3 此体系能得到的最高聚合度是多少 3 醋酸乙烯酯 密度 0 933 g ml 以甲醇 密度 0 795 g ml 进行溶液聚合 溶液总重量 为 1 千卡 醋酸乙烯酯的重量浓度为 65 65 以 AIBN 为引发剂 用量为单体的 0 025 于 60 进行聚合 假定链终止为歧化终止 根据下列数据 Cs 6 0 10 4 CM 2 0 10 4 kp 3 7 103 L mol s M 10 8 mol L kt 7 4 107 L mol s kd 2 64 10 3 s f 0 7 1 预期所得聚合物的平均聚合度 2 从以上数据可见 高分子量的聚醋酸乙烯能否形成 4 已知在通常情况下 聚合速度率 Rp 与引发剂浓度的平方根成正比 试问在哪些情况下 会出现与引发剂浓度的下列关系 1 一次 2 零次 3 二分之一与零次之间 4 二分之一与一次之间 5 用 AIBN 作引发剂 浓度为 0 1 mol L 使苯乙烯在 40 下于膨胀计中进行聚合 用 2 2 二苯基 1 三硝基苯肼 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 用量为 0 和 8 10 5 mol L 时 诱导期分别为 0 和 15 分 已知 AIBN 在 40 时的半衰期 t1 2 为 350 小时 试求 AIBN 的引发效率 f 6 苯乙烯用叔丁基过氧化物作引发剂 在 60 的苯溶液中进行聚合 M 1mol L I 0 01 mol L 测得反应的 Rt 4 0 10 11 mol L s Rp 1 5 10 7 mol L s 1 试求 f kd 值 动力学链长及平均聚合度 已知 CM 8 0 10 5 CI 3 2 10 4 Cs 2 3 10 6 60 下苯乙烯的密度为 0 869 g ml 苯的密度为 0 839 g ml 苯乙烯的苯溶液为理想溶 液 2 若由旋转光闸法测得 IS 5s 试求稳态时自由基浓度 M s kp 及 kt 值 3 1 中所得的分子量在应用中偏高 欲制得分子量为 85000 的聚苯乙烯 拟采用正丁 硫醇作调节剂 问需要加入多少 反应速度如何 已知正丁硫醇的 Cs 为 21 0 7 将 2M 乙酸乙烯酯及 0 01M 十二烷基过氧化物溶于苯中 得 2L 溶液 75 进行聚合 6 小时聚合完毕 得到平均分子量为 110000 的聚合物 若分别改变反应条件 则在下列三种 情况下得到聚合物的平均分子量为多少 1 引发剂浓度改为 0 004M 2 反应混合物以苯稀释至 5L 3 加入链转移剂异丙苯 0 05g CM 360 8 60 以 AIBN 引发苯乙烯聚合 已知无链转移 且全部为偶合终止 改变引发剂浓度 I 做几组实验 聚合转化率均控制在 8 以下 测得一系列数均聚合度 Xn 及 Rp 以 1Xn 对 Rp 作图 其斜率为 12 30 mol L s 以 Rp2 对 I 作图 其斜率为 0 51 10 6 mol L s2 已知 kd 9 2 10 6 s 求引发率 f 及 k1 kp2 的值 若引发速度 Ri 1 37 10 8 mol L s 求 Rp 苯 乙烯的密度为 0 86g ml 9 在 1000ml 甲基丙烯酸甲酯中加入 0 242 克过氧化苯甲酰 于 60 下聚合 反应 1 5 小时 得聚合物 30 克 测得其数均分子量为 8315000 已知 60 下氧化苯甲酰的半衰期为 48 小时 引发效率 f 0 8 CM 0 1 10 4 CI 0 02 甲基丙烯酸甲酯的密度为 0 93 g ml 试计算 1 甲基丙烯酸甲酯在 60 下 kp kt1 2 的值 2 动力学链长 3 歧化终止和偶合终止所占的比例 10 有一自由基链式聚合遵循 Rp M kp fkd I kt 1 2 在给定单体和引发剂的起始浓度以 及反应时间时 其相应的转化率如下 实验 温度 M mol L I 103 mol L 反 应 时 间 min 转化率 1 60 1 00 2 5 500 50 2 80 0 50 1 0 700 75 3 60 0 80 1 0 600 40 4 60 0 25 10 0 50 请计算实验 4 中 50 转化率时所需要的反应时间 并计算聚合反应速度的总活化能 11 设一聚合反应中共有 2 107 个链自由基 终止后 其中 1 107 个动力学链长等于 1 104 在该 1 107 个链自由基中 有一半在终止前发生了五次链转移 另外一半发生了两次 链转移 还有 1 107 个自由基 其动力学链长等于 20000 其中 50 以偶合方式终止 50 以歧化方式终止 试问在此聚合体系中共有多少个聚合物大分子 他们的平均聚合度是多 少 12 甲基苯乙烯在苯中进行聚合 用计算判断下列反应条件能否得到聚合物 如果能 请计算出理想产率 已知 H0 29 1kJ mol S0 101 0J mol K R 8 31 J mol K 1 氧化还原引发剂在 20 下引发 甲基苯乙烯的浓度为 4 03M 2 AIBN 在 70 引发 甲基苯乙烯的浓度为 7 50M 13 研究了苯乙烯和四氯化碳之间在 60 和 100 下的链转移反应 得到部分结果列入下表 60 CCI4 St Xn 1 105 100 CCI4 St Xn 1 105 0 00614 16 1 0 00582 36 3 0 0267 35 9 0 0222 68 4 0 0393 49 5 0 0416 109 0 0704 74 8 0 0496 124 0 1000 106 0 0892 217 0 1643 156 0 2595 242 0 3045 289 用作图法 按以上数据计算每一温度下的链转移常数 假定无其它链转移 用 Arrhenius 方程估计反应的 Etr Ep 14 将数均分子量为 100000 的聚醋酸乙烯酯水解成聚乙烯醇 然后用过碘酸氧化 断开 1 2 二醇键 所得聚乙烯醇的数均聚合度为 200 试计算此聚醋酸乙烯酯所含的头 头和尾 尾联 结的百分率 15 假定 V R 19 0cm3 mol V d 3 8 cm3 mol 计算在 50 200MPa 下 由 AIBN 引发甲基丙烯酸甲酯聚合时的聚合反应速度和聚合度 并比较在 0 1MPa 下相应值 16 自由基聚合终止方式主要受哪些因素影响 测得苯乙烯自由基聚合中偶合终止百分数 A 随温度的变化如下 T 30 52 62 70 80 A 86 80 77 68 60 1 求歧化终止与偶合终止的活化能差 2 求歧化终止与偶合速度相同时的温度 17 用 BPO 引发苯乙烯聚合 试比较温度从 50 到 60 时聚合反应速度常数和分子量变化 的情况 Ed 125 5kJ mol Ep 32 6 kJ mol Et 10 0 kJ mol 18 甲基丙烯酸甲酯聚合反应温度分别为 60 70 计算它的反应速率常数的变化 1 用 BPO 引发 2 用光引发 BPO 的分解活化能为 125 5 kJ mol 链增长活化能为 16 7 kJ mol 链终止活化能为 0 19 已知 1 3 丁二烯的 H0 73 kJ mol S0 89J mol K 计算 1 3 丁二烯在 27 77 和 127 时的自由基聚合反应的平衡单体浓度 20 用光敏剂由汞灯经滤过得到的3130A的光可使1 mol丙烯酸甲酯的苯溶液进行聚合反应 体系吸收光的速率为 1 0 105erg L s 如果体系中自由基产生的量子产率是 0 05 计算引发 速度和聚合反应速度 习题 第四章 第四章 习题 1 比较本体 悬浮 溶液和乳液聚合的配方 组成及优缺点 2 描述乳液聚合中单体 引发剂和乳化剂存在的场所及转化率到 100 时所发生的变化 3 乳液聚合区别于均相聚合的主要特征是什么 比较两者的聚合热以及温度对聚合速 率的影响 4 定量比较 60 下的本体聚合和乳液聚合反应速率和聚合度 假设 M 5 0mol L Ri 5 0 1012 个自由基 ml s 每毫升中中含有乳胶粒子 1 0 1015 个 n 0 5 而且两个体系中所有 的速率常数相同 5 根据本体聚合和乳液聚合反应速率与聚合度表达式 分析各影响因素引起两种体系中 速率和聚合度发生变化的差异 6 描述乳液聚合中 在什么条件下会出现 n 0 5 n 0 5 和 n 0 5 的聚合行为 习题 第五章 第五章 习题 1 将下列单体和引发剂进行匹配 说明反应类型并引发反应式 单体 a CH2 CHCL d CH2 C CN 2 b CH2 C CH3 COOCH3 e CH2 CH C6H5 c CH CHO n C4H9 f CH2 C CH3 2 引发剂 a C6H5COO 2 b 钠 萘 c n C4H9Li d BF3 H20 2 列表比较阴离子 阳离子和自由基聚合之间的差别 比较单体 引发剂 反应特点及 聚合方法等 3 电离辐射引发单体聚合 用何种实验方法检测它的聚合属自由基机理或离子机理 4 异丁烯聚合以单体链转移为主要终止方式 聚合物末端为不饱和端基 现有 4 0 克聚异 丁烯刚好能使 6 0 毫升的 0 01 摩尔 升的 Br2 CC4 溶液褪色 试计算聚合物的数均分子量 5 离子聚合体系中 活性中心的形式有几种 大多数的体系以哪种形式为主 其相对含 量受哪些因素的影响 6 从下列聚合反应的实验结果 判别聚合是按哪一种机理进行的 讨论其原因 a 聚合度随反应温度增加而降低 b 聚合度不受所用溶剂的影响 c 聚合度与单体浓度一次方成正比 d 聚合反应速率随温度增加而增加 7 为长时间储存活性聚合物阴离子 应选择什么样的条件 8 以硫酸为引发剂 使苯乙烯在惰性溶剂中聚合 若 kP 7 6 升 摩尔 秒 自发终止速率 常数 kt 4 9 10 2 秒 向单体链转移的速率常数 ktr M 1 2 10 1 升 摩尔 秒 反应体系中 的单体浓度为 200 克 升 计算聚合初期聚苯乙烯的分子量 9 苯乙烯在 THF 的纳 萘溶液中 25 聚合 苯乙烯和纳 萘的初始浓度分别为 0 2M 和 0 001M 反应 5 秒钟后苯乙烯的浓度降到 1 73 10 3M 试计算 a 聚合的增长速率常数 b 聚合的初速率 c 10 秒钟时的聚合速率 d 10 秒钟时的数均分子量 10 上题中的苯乙烯聚合完毕后 向体系加入对甲基苯乙烯 浓度为 0 15M 25 时的 kp 2 5 升 摩尔 秒 试计算 a 初始聚合速率 b 10 秒时的聚合速率 c 100 秒时共聚物平均聚合度 11 以 TiCl4 H2O 引发体系引发异丁烯于 35 聚合 得到如下单体浓度时对平均聚合度影 响的结果 C4H8 摩尔 升 0 667 0 333 0 278 0 145 0 059 Xn 6940 4130 2860 2350 1030 试计算聚合速率常数比 ktr kP 和 kt kp 习题 第六章 第六章 习题 1 讨论无规 交替 接枝和嵌段共聚物在结构上的差别 2 理想共聚行为和交替共聚行为有何差别 3 利用表 6 2 的 r1 r2 值 画出丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯 马来酸酐两个自由 基共聚体系初始共聚物组成与单体配料关系图 这两个例子是否是理想共聚或交替共聚 4 对于丙烯腈 苯乙烯 1 3 丁二烯这一自由基溶液共聚体系 其摩尔分数分别为 0 47 0 47 和 0 06 计算其三元共聚物的初始组成 5 丙烯酸二茂甲酯 FMA 和丙烯酸二茂铁乙酯 FEA 与苯乙烯 丙烯酸甲酯 醋酸 乙烯酯的竞聚率分别为 M1 FEA FEA FEA FMA FMA FMA M2 苯乙烯 MA VAC 苯乙烯 MA VAC r1 0 41 0 76 3 4 0 02 0 14 1 4 r2 1 06 0 69 0 074 2 3 4 4 0 46 a 预测并解释 FEA 还是 FMA 具有更高的均聚链增长速率常数 kp 它们之间的差别是否与 其结构有关 b 上述哪种单体对能进行恒比共聚 c 对于 FMA 链增长中心 给出另外三种单体活性的排列次序 若以 FEA 链增长中心为参 考 上述排序是否相同 d 给出以 FEA 为参考单体时 苯乙烯等三种单体的链增长活性中心的反应活性排列次序 f 上述共聚数据表明它们应属于自由基 阳离子还是阴离子共聚 为什么 6 对于一个含 1 5M 苯乙烯和 3 0M 丙烯酸甲酯苯溶液的自由基共聚体系 a 如果用 5 0 10 4M 的 BPO 在 60 下引发聚合 求其初始共聚物组成 若 BPO 引发剂浓 度变为 3 0 10 3 对共聚物组成有何影响 b 若存在 5 0 10 5M 的正丁基硫醇 对初始共聚物组成有何影响 c 若用正丁基锂或 BF3 加水作引发剂 请定性地给出共聚组成 7 下列单体与 1 3 丁二烯进行自由基共聚时 请按其交替倾向的大小排序 并予以解释 a 正丁基乙烯基醚 b 甲基丙烯酸甲酯 c 丙烯酸甲酯 d 苯乙烯 e 马来酸酐 f 醋酸乙烯酯 g 丙烯腈 8 如果上题用阳离子引发 请定性地给出其聚合组成 并按丁二烯含量排序 是否每对单 体都能得到共聚合物 为什么 若用阴离子引发 情况又如何 9 利用表 6 7 的 Q e 值 计算单体对苯乙烯 丁二烯和苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯的竞聚率 并与表 6 2 的 r1 r2 值对比 10 在离子共聚中 讨论温度 溶剂 催化剂对竞聚率的影响 并与自由基共聚进行比较 11 就凝胶点的反应程度 定性地讨论下述单体对的自由基共聚过程 a 苯乙烯 乙烯基苯 b 甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸丙酯 c 醋酸乙烯酯 二甲基丙烯酸乙二醇酯 d 甲基丙烯酸甲酯 乙二酸二乙烯酯 e 苯乙烯 丁二烯 12 4 甲基 1 6 己二烯聚合产物不含不饱和双键 写出其化学结构式 习题 第七章 第七章 习题 1 用方程式说明用哪种引发剂可以使下列单体开环聚合 并说明属于何种机理 三聚甲醛 环氧丙烷 己内酰胺 八甲基环四硅氧烷 硫化丙烯 乙烯亚胺 2 给出合成下列各种聚合物所需的环状单体 引发剂和反应条件 a NHCO CH2 4 b NHCHCO n C2H5 c NCH2CH2CH2 n CHO d O CH2 2OCH2 n e CH CHCH2CH2 n f Si CH3 2 O n 3 为什么环氧丙烷阴离子开环聚合的产物分子量较低 试说明原因 4 在 70 用甲醇钠引发环氧丙烷聚合 环氧丙烷和甲醇钠的浓度分别为 0 8mol L 1 和 2 0 10 4 mol L 1 计算在转化率为 80 时聚合物的数均分子量 要考虑向单体链转移的影响 5 用氢氧阴离子和烷氧阴离子引发环氧化物开环聚合常在醇存在下进行 为什么 试讨论醇是如何影响反应速率和聚合物分子量的 6 在内酰胺的阴离子聚合中 酰化剂和活化单体的作用是什么 7 在 220 下用水引发 己内酰胺的平衡聚合反应当时 I 0 0 352 M 0 8 79 M c 0 484 时 平衡聚合度为 152 计算平衡时的 Ki 和 Kp 值 8 用 BF3 使氧杂环丁烷聚合时 添加少量水能提高聚合反应的速率 但却降低了聚合度 试说明原因 9 为什么某些螺环单体会发生体积膨胀聚合 10 在四氢呋喃的平衡聚合反应中 四氢呋喃起始浓度为 12 1 mol L 1 M 2 0 10 3 mol L 1 kp 1 3 10 21 moL 1 S 1 若 M c 1 5 mol L 1 分别计算反应开始时和转化率为 20 时的聚合反应速率 习题 第八章 第八章 习题 1 用结构图表示下列每种单体可能产生的各有规立构聚合物 并用本章所述的命名方法 对这些结构加以命名 a CH2 CH CH3 b CH3 CH CH CH3 c CH3 CH CH CH2 CH3 d CH2 CH CH CH2 e CH3 CH CH CH CH2