2025年大学《化学》专业题库- 有机化学高分子链复合物

2025年大学《化学》专业题库——有机化学高分子链复合物考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪一种高分子是由乙烯通过加聚反应制得的？A.聚丙烯酸B.聚苯乙烯C.聚对苯二甲酸乙二醇酯D.聚己内酯2.对于聚合物的大分子链，下列描述哪一项是正确的？A.其运动完全由热运动决定，不受分子间作用力影响B.其构象高度有序，类似于晶体中的分子排列C.具有很高的刚性，难以改变形状D.在熔融或溶解状态下，链段可以运动，表现出柔顺性3.下列哪种现象是聚合物从粘流态转变为玻璃态过程中的一个重要特征？A.分子量急剧下降B.链段运动能力急剧降低C.聚合物开始发生解聚D.聚合物结晶度迅速增加4.在聚合物/填料复合物中，填料的分散程度和与基体材料的界面结合强度，主要影响复合材料的：A.密度B.介电常数C.力学性能D.熔点5.根据聚合物共混物的混合规则，当两种聚合物完全相容时，其混合热(ΔH_m)约等于：A.+ΔH_1+ΔH_2B.0C.-ΔH_1-ΔH_2D.(ΔH_1+ΔH_2)/26.下列哪种方法通常用于制备聚合物/纳米填料复合物？A.溶液浇铸法B.熔融共混法C.原位聚合法D.辊磨法7.能够显著提高聚合物材料导电性能的填料是：A.滑石粉B.云母片C.碳纳米管D.二氧化硅8.下列哪种聚合物属于热塑性弹性体(TPE)？A.聚氯乙烯(PVC)B.腈-丁二烯橡胶(NBR)C.腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS)D.聚氨酯(PU)9.在逐步聚合反应中，聚合物的分子量主要取决于：A.聚合物的粘度B.单体的初始浓度C.反应物的转化率D.聚合反应的速率常数10.下列哪种结构单元属于聚酯类高分子？A.-[CH₂-CHCl]-_B.-[CH₂-CH=CH₂]-_C.-[-O-CH₂-CH₂-O]-_D.-[-CO-O-CH₂-CH₂-O-CO]-_二、填空题1.高分子链的构象是指高分子主链原子在空间中的排布方式，其中无规线团构象的特征是链轴曲折，链段间呈_______取向。2.聚合物分子量分布是指聚合物样品中不同分子量聚合物的相对含量分布，常用的分子量统计平均值有数均分子量M_n和_______分子量M_w。3.聚合物共混时，如果两种聚合物的相容性不好，可能会形成两种聚合物相互分离的结构，常见的有_______结构和海岛结构。4.聚合物/填料复合材料的性能不仅取决于填料的性质和含量，更关键的是填料的_______和聚合物/填料界面的_______。5.聚合物的大分子链可以分为一级结构、二级结构和三级结构，其中二级结构是指链的局部有序排列，常见的有_______和_______。6.甲基丙烯酸甲酯(MMA)通过_______聚合可以制得聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗称有机玻璃。7.在聚合物材料中，玻璃化转变温度(T_g)是一个重要的热力学参数，它标志着材料从_______状态转变为_______状态的温度。8.增强聚合物性能的填料通常具有比基体聚合物更高的_______和_______。9.接枝共聚物是由两种或两种以上不同单体组成的聚合物，其中一种单体的链段从另一种单体的主链上_______出来。10.聚合物溶液粘度的大小不仅与分子量有关，还与_______、_______和_______等因素有关。三、名词解释1.高分子链的柔顺性2.化学复合物3.相容性4.玻璃化转变5.碳纳米管四、简答题1.简述加聚反应和缩聚反应的主要区别。2.为什么说填料的分散性和与基体的界面结合是影响聚合物/填料复合材料性能的关键因素？3.简述聚合物大分子链的二级结构类型及其对材料性能的影响。4.解释什么是聚合物共混物的热力学相容性，并简述判断共混物相容性的常用方法。五、计算题1.某聚合物样品的质量为2.35g，将其溶解在100.0mL溶剂中，在25°C下测得该溶液的粘度计常数K=0.125cm³/g，截距A=0.050cm³。已知该溶剂在25°C下的粘度为η_0=0.890mPa·s。试计算该聚合物的特性粘数[η]。2.有一由A和B两种聚合物组成的共混物，A的聚合度(Đ_A)为2000，B的聚合度(Đ_B)为3000。如果共混物中A的质量分数为40%，B的质量分数为60%，试计算该共混物的数均聚合度(Đ_n)和重均聚合度(Đ_w)。(假设Đ_A和Đ_B分别代表A和B单独聚合时的聚合度)六、结构式书写题1.写出单体CH₂=CH-CH₂-CHCl的聚合法结构单元式。2.写出一种常见的接枝共聚物（例如SBS）的重复结构单元式。---试卷答案一、选择题1.B2.D3.B4.C5.B6.C7.C8.C9.C10.D二、填空题1.无规2.重均3.层状4.均匀分散；强结合5.晶区；非晶区6.加聚7.玻璃态；高弹态(或黏流态)8.模量；硬度9.延伸10.分子浓度；溶剂粘度；高分子浓度三、名词解释1.高分子链的柔顺性：指高分子链在外力作用下改变其构象的难易程度，与分子链内旋转自由度、分子间作用力、链段大小等因素有关。2.化学复合物：指聚合物分子链之间通过化学键（如共价键、离子键）连接形成的复合物，具有更强的界面结合和优异的综合性能。3.相容性：指两种或多种聚合物能够相互溶解或混合形成均匀、稳定的单一相态的性质。通常由混合时的热力学驱动力（如混合热）决定。4.玻璃化转变：指聚合物从固态（玻璃态）转变为粘流态（或高弹态）的熔融过程（或反之）中的一个玻璃化转变温度(T_g)。在此温度附近，聚合物的物理性质（如模量、热导率）发生显著变化。5.碳纳米管：由单层碳原子（石墨烯）卷曲而成的中空圆柱状纳米材料，具有极高的强度、导电性和导热性。四、简答题1.加聚反应：单体分子通过不饱和键（如双键、叁键）的断裂，逐步加成形成聚合物的过程，无小分子副产物生成。聚合物的结构单元与单体结构相同。反应速率通常快，可在催化剂、加热、加压下进行。缩聚反应：两种或两种以上官能团单体通过官能团的反应，同时生成小分子副产物（如水、醇、H₂）并逐步形成聚合物的过程。聚合物的结构单元与单体结构不同。反应通常分步进行，需催化剂。2.填料的分散性直接影响复合材料的整体性能。如果填料分散不均匀，会形成团聚体，团聚体周围的基体承受大部分载荷，而填料颗粒内部则未发挥作用，导致复合材料性能提升有限，甚至出现缺陷。良好的分散性意味着填料颗粒被均匀地分布在基体中，能够更有效地承担外力，从而显著提高复合材料的力学性能（如强度、模量）。填料与基体的界面结合是性能提升的关键。如果界面结合weak，在外力作用下，载荷难以从基体有效传递到高模量的填料颗粒上，填料无法充分发挥其增强作用，甚至可能成为应力集中点，导致复合材料性能不佳。strong的界面结合能够保证基体和填料协同工作，使填料有效参与承载，从而显著提高复合材料的强度、硬度、耐久性等综合性能。3.聚合物大分子链的二级结构是指链的局部有序排列。*晶区(CrystallineRegion)：链段在空间上呈有序排列的区域，通常形成规整的晶格结构。晶区赋予聚合物较高的强度、模量、硬度、耐热性和光学透明性（对于部分结晶聚合物）。*非晶区(AmorphousRegion)：链段运动无序，缺乏长程有序的区域。非晶区赋予聚合物较高的柔韧性、延展性和较低的玻璃化转变温度。二级结构对材料性能有显著影响：结晶度（晶区和非晶区的比例）决定了材料的刚性与韧性；晶区的规整性影响材料的力学强度和热稳定性；非晶区的链段运动能力影响材料的玻璃化转变温度和低温性能。4.聚合物共混物的热力学相容性是指两种聚合物混合时，混合体系是否具有降低自由能的趋势。如果混合后体系的自由能降低（ΔG_m<0），则认为两种聚合物是热力学相容的；反之，如果混合后体系的自由能升高（ΔG_m>0），则认为两种聚合物是不相容的。热力学相容性通常由混合热(ΔH_m)和混合熵(ΔS_m)的综合效应(ΔG_m=ΔH_m-TΔS_m)决定。判断共混物相容性的常用方法包括：*混合热测定：通过量热法测量聚合物共混时的放热或吸热，ΔH_m负值越大，通常越相容。*玻璃化转变温度测定：测量共混物的T_g，如果T_g出现一个单一的、介于两种纯组分T_g之间的平台区，通常表示相容；如果T_g出现两个或多个平台区，则表示发生了相分离，不相容。*傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析：通过比较共混物红外光谱与纯组分光谱的叠加情况，判断是否存在界面。*热重分析(TGA)：观察共混物的热稳定性变化，相容性好的共混物通常具有与纯组分不同的热分解行为。五、计算题1.根据Mark-Houwink方程：[η]=K*M_w^(a)其中η_sp/c=[η]+K'*c(η_sp是增比粘度，c是浓度)在极稀溶液(c→0)下，η_sp/c≈[η]题目给出的粘度计常数K和A通常用于描述更浓溶液的粘度行为，有时K可以理解为粘度比例常数，A可以理解为截距项（与Huggins参数相关）。在特定条件下，可以近似使用K来关联粘度和分子量。假设题目意图是让考生使用K值进行计算，并已知粘度比(η_r=η_sp/η_0=(η_0+η_sp)/η_0=1+η_sp/η_0)：η_r=η_0+η_sp=η_0+[η]*cη_r=η_0+K*M_w^(a)*c由于题目未给出浓度c，且未说明如何使用K和A，无法直接计算[η]。通常需要浓度数据或换算关系。若按稀溶液处理，[η]≈η_sp/c。此题条件不足，无法完成计算。*(注：此题按现有条件无法给出标准计算过程和结果)*2.设共混物总质量为100g，则A的质量为40g，B的质量为60g。A的物质的量n_A=m_A/M_A=40g/(2000*44g/mol)=40/88000mol=0.0004545molB的物质的量n_B=m_B/M_B=60g/(3000*88g/mol)=60/264000mol=0.0002273mol共混物的总物质的量n_T=n_A+n_B=0.0004545+0.0002273=0.0006818mol数均聚合度Đ_n=(m_A*Đ_A+m_B*Đ_B)/(m_A+m_B)=(40*2000+60*3000)/100=(80000+180000)/100=260000/100=2600重均聚合度Đ_w=(m_A*Đ_A^2+m_B*Đ_B^2)/(m_A+m_B)=(40*2000^2+60*3000^2)/100Đ_w=(40*4000000+60*9000000)/100=(160000000+5400000