2025年大学《资源化学》专业题库- 高分子材料结构性能研究

2025年大学《资源化学》专业题库——高分子材料结构性能研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项字母填涂在答题卡相应位置。）1.下列哪种高分子链构型对聚合物链柔顺性贡献最大？A.直链且无支化B.支链较多C.高度交联D.螺旋构型2.在高分子材料的热转变行为中，玻璃化转变温度(Tg)主要与以下哪个因素密切相关？A.分子量大小B.聚合物链段运动能力C.聚合物结晶度D.添加增塑剂3.对于聚乙烯(Polyethylene)而言，高压法聚乙烯与低压法聚乙烯相比，其主要结构差异在于？A.单体类型不同B.平均分子量大小C.链结构规整性D.存在支化或交联4.下列哪种聚合物通常具有最高的结晶度？A.聚丙烯(PP)B.聚氯乙烯(PVC)C.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)D.聚苯乙烯(PS)5.在使用凝胶渗透色谱法(GPC)测定聚合物分子量时，通常需要采用多种溶剂，其主要目的是？A.提高溶解度B.改变聚合物构象C.实现窄分子量分布D.消除多分散性效应6.下列哪种测试方法主要用于测定高分子材料的热稳定性？A.熔点测定(DSC)B.拉伸试验C.热重分析(TGA)D.傅里叶变换红外光谱(FTIR)7.对于聚合物共聚物，无规共聚物与交替共聚物的主要区别在于？A.单体分子量不同B.聚合反应机理不同C.结构单元在主链上的排列方式D.端基结构8.高分子材料的力学性能，如强度和韧性，与其聚集态结构中的哪一因素关系最为密切？A.分子量大小B.晶区大小和取向度C.链段运动能力D.聚合物密度9.在资源化学领域，高分子絮凝剂常用于水处理或矿物浮选，其作用机理主要是？A.物理吸附B.化学键合C.电性中和与架桥作用D.光化学反应10.下列哪种加工方法最容易导致高分子材料发生取向？A.挤出B.注塑C.纺丝D.吹塑二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在答题卡相应位置。）1.高分子链的构象是指聚合物链在______状态下的三维空间排列方式。2.影响聚合物玻璃化转变温度(Tg)的分子量范围通常在______以上。3.聚合物结晶过程通常包括链段扩散、______和晶粒生长等步骤。4.动态力学分析(DMA)不仅可以测量聚合物的储能模量，还可以用来研究______随温度或频率的变化。5.在石油化工中，乙烯和丙烯等烯烃单体主要通过______反应制备。6.高分子材料的老化是指材料在______作用下性能发生劣化的过程。7.选择合适的高分子表征技术时，需要考虑其______、信息获取能力和对样品的______影响。8.橡胶的高弹性主要来源于分子链的______和分子间作用力。9.功能高分子材料是指具有特定______或______的高分子材料。10.将废旧高分子材料通过物理或化学方法进行再利用，是______的重要途径。三、简答题（每小题5分，共20分。请将答案填写在答题卡相应位置。）1.简述影响聚合物玻璃化转变温度(Tg)的主要因素。2.简述高分子材料结晶度对材料性能的影响。3.简述红外光谱(FTIR)主要用于分析高分子材料结构的原理。4.简述高分子材料在矿产资源勘探或开发中的一种具体应用实例。四、计算题（每小题6分，共12分。请将计算过程和答案填写在答题卡相应位置。）1.某聚合物样品的数均分子量(Mn)为50,000g/mol，重均分子量(Mw)为80,000g/mol。计算该聚合物的多分散指数(PDI，Mw/Mn)。2.已知聚乙烯的密度(ρ)为0.960g/cm³，结晶度(Xc)通过密度法测得为55%。假设聚乙烯的链节化学式量为28.05g/mol，无规聚乙烯的密度为0.876g/cm³。估算该聚乙烯样品中结晶部分的密度（提示：可用整体密度和非晶密度关系估算）。五、论述题（每小题10分，共20分。请将答案填写在答题卡相应位置。）1.论述聚合物主链结构对其热稳定性的影响，并举例说明。2.结合资源化学专业的背景，论述开发环境友好型高分子材料的重要性及面临的主要挑战。试卷答案一、选择题1.B2.B3.C4.C5.D6.C7.C8.B9.C10.C二、填空题1.垂直于2.几十3.形成晶核4.聚合物玻璃化转变5.聚合6.环境7.特征、破坏8.断裂与回复9.功能、性能10.资源循环利用三、简答题1.答：主要因素包括：（1）分子链段运动能力（受链结构、分子量、温度影响）；（2）分子间作用力大小；（3）结晶度（结晶度越高，Tg越高）；（4）溶剂或增塑剂的存在（会降低Tg）；（5）填料或复合增强体的加入（可能提高或降低Tg，取决于相互作用）。2.答：结晶度对性能影响显著：（1）提高密度和强度；（2）提高耐热性（Tm升高）；（3）降低透明度或光泽度；（4）降低韧性或抗冲击性（晶界可能成为裂纹根源）；（5）影响溶解性和透气性。3.答：FTIR利用分子振动和转动能级跃迁来探测化学键。不同化学环境下的化学键振动频率不同，产生特征吸收峰。通过分析吸收峰的位置、强度和形状，可以识别聚合物中的官能团、确定化学结构、研究共聚组成、监测反应进程或评估材料老化等。4.答：例如，高分子絮凝剂可用于矿物浮选，通过其表面电荷或架桥作用吸附或包覆矿物颗粒，改变颗粒表面性质，使其易于附着在气泡上或与其他颗粒聚集，从而实现矿物的有效分离和回收。又如，高分子聚合物可作为粘结剂用于烧结矿或耐火材料的生产，增强颗粒间的结合力。四、计算题1.解：PDI=Mw/Mn=80,000g/mol/50,000g/mol=1.6答：该聚合物的多分散指数为1.6。2.解：设结晶部分密度为ρ_c，非晶部分密度为ρ_a。聚合物整体密度ρ=Xc*ρ_c+(1-Xc)*ρ_a代入已知值：0.960g/cm³=0.55*ρ_c+(1-0.55)*0.876g/cm³0.960=0.55*ρ_c+0.45*0.8760.960=0.55*ρ_c+0.39420.55*ρ_c=0.960-0.3942=0.5658ρ_c=0.5658/0.55≈1.030g/cm³答：该聚乙烯样品中结晶部分的密度约为1.030g/cm³。五、论述题1.答：聚合物主链结构对其热稳定性有显著影响。（1）主链原子类型和键能：主链中含杂原子（如O,S,N）或存在双键、三键，通常会增加主链的极性和共轭效应，可能提高对热氧老化的抗性。例如，聚酰胺（含酰胺键）的热稳定性通常高于聚乙烯。主链键能的大小也直接影响其热解温度。（2）链结构刚性：线性、规整、交联或含有刚性环（如聚苯醚PPO/PEEK）的主链结构通常具有更高的熔点和热变形温度，热稳定性也相对更好。（3）分子间作用力：主链结构影响分子间作用力的大小，作用力强的聚合物通常具有较高的热稳定性，因为需要更多能量克服分子间作用力使其分解。例如，含有强氢键作用的聚合物（如某些聚酯）比非极性聚合物（如聚烯烃）热稳定性更高。综上所述，主链结构通过影响分子链运动能力、化学键能、极性、刚性及分子间作用力等多方面因素，决定聚合物的热稳定性水平。例如，聚四氟乙烯（PTFE）因其独特的全氟代烷氧基主链和极强的分子间作用力，具有优异的高温稳定性。2.答：开发环境友好型高分子材料对资源化学领域至关重要。（1）重要性：资源日益枯竭和环境污染问题日益严峻，传统石化来源的高分子材料消耗大量不可再生资源，其生产和废弃过程可能产生环境污染（如微塑料污染、难降解废物）。开发环境友好型材料（如生物基高分子、可降解高分子、可回收高分子）有助于实现资源的可持续利用，减轻环境负担，符合绿色发展理念，满足社会对环保产品的需求，提升行业可持续竞争力。（2）面临挑战：主要挑战包括：（1）性能与成本：许多环境友好型材料（如生物基材料）的性能（如强度、耐候性）或成本（如生产技术不成熟、原料价格高）与传统材料相比仍有差距，大规模商业化应用受限。（2）回收技术：废弃高分子材料的分类、收集、高效、低成本回收及再