2025年大学《资源化学》专业题库- 聚合反应过程的机理与控制

2025年大学《资源化学》专业题库——聚合反应过程的机理与控制考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题均有多个正确选项，请将正确选项的字母填在题后的括号内。若漏选、错选或未选均不得分。）1.下列单体中，通常属于加成聚合单体的有（）。A.乙烯B.苯乙烯C.丙烯腈D.邻苯二甲酸二甲酯2.自由基聚合链增长阶段，可能发生链终止的机制主要有（）。A.双基终止B.单基终止（链转移）C.链终止剂作用D.交联反应3.在自由基聚合中，提高引发剂浓度通常会（）。A.增加链引发速率常数B.降低链增长速率常数C.加快聚合反应速率D.减少聚合度4.下列聚合反应中，属于逐步聚合的是（）。A.苯乙烯聚合B.乙烯聚合C.乙二醇与丙二酸二甲酯的缩聚反应D.丁二烯聚合5.影响自由基聚合反应分子量的因素主要包括（）。A.引发剂种类B.转移剂浓度C.温度D.单体活性6.下列关于活性/可控聚合的说法正确的是（）。A.聚合过程中活性中心不发生终止B.可以精确控制聚合物的分子量及其分布C.通常需要特殊的引发体系或催化剂D.聚合过程不可逆7.为了获得高分子量、窄分子量分布的聚合物，可以采取的措施有（）。A.使用低浓度引发剂B.高温聚合C.添加链转移剂D.控制聚合反应转化率8.在配位聚合中，催化剂的作用是（）。A.产生自由基B.活化单体，提供聚合活性中心C.促进链增长D.引发链终止9.下列聚合物中，属于热塑性塑料的是（）。A.聚酰胺B.聚碳酸酯C.酚醛树脂D.乙丙橡胶10.聚合反应过程中进行分子量控制的意义在于（）。A.获得所需性能的聚合物B.降低生产成本C.提高反应效率D.减少副反应二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题中的横线上。）1.加成聚合根据链增长方式的不同，主要分为__________聚合和__________聚合。2.自由基聚合的链终止方式中，__________终止对聚合速率影响最大。3.缩聚反应中，每生成一个重复单元，通常伴随着__________的脱除。4.影响聚合反应速率最直接的因素是__________和__________。5.原子转移自由基聚合（ATRP）中，需要使用__________和__________。6.控制聚合物立体规整性的主要方法包括__________聚合和__________聚合。7.聚合物的分子量分布宽度（PDI）定义为__________与__________的比值。8.在资源化学领域，利用__________单体合成聚合物是发展绿色化学的重要方向。9.合理控制聚合反应的__________和__________，对于获得理想的聚合物结构和性能至关重要。10.高分子量聚乙烯通常采用__________聚合方法制备。三、简答题（每小题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述自由基聚合的链增长步骤。2.与逐步聚合相比，加成聚合通常具有哪些特点？3.解释什么是聚合物的分子量分布宽度（PDI），并说明其意义。4.简述影响聚合物立体规整性的主要因素。四、计算题（共10分。请列出必要的计算步骤和公式。）已知某自由基聚合反应的级数n为1.5，链增长速率常数k_p为1.0×10^4L/(mol·s)，单体初始浓度为2.0mol/L。假设聚合反应在恒容条件下进行，忽略链终止和转移的影响。试计算该聚合反应的表观速率常数k_p'，并估算当单体转化率为50%时，聚合度M_n的值。（提示：表观速率常数k_p'=k_p*[M]^(n-1)，聚合度M_n=(k_p'/k_t)*(1-x)^(1/2)，其中k_t为终止速率常数，x为转化率。假设k_t≈2k_p[M]）五、论述题（共30分。请结合所学知识，全面、深入地回答下列问题。）结合资源利用效率和环境保护的角度，论述在《资源化学》专业背景下，进行聚合反应过程控制（包括分子量、结构、官能团等）的重要性，并举例说明几种关键的控制方法及其应用前景。试卷答案一、选择题1.ABC2.ABD3.AC4.C5.ABCD6.ABCD7.AD8.BCD9.AB10.ABCD二、填空题1.自由基；离子2.双基3.小分子（如水、醇、HCl等）4.温度；浓度（单体浓度）5.链转移剂；配体6.定向；配位7.聚合度均值的平方；聚合度均值的平方根8.可再生（生物基）9.温度；转化率10.高压三、简答题1.答：链增长主要包括三个步骤：①单体加成到活性中心上，形成新的活性中心；②新的活性中心再与单体加成；③活性中心通过反应（如双基终止、链转移等）转化为非活性中心。这些步骤循环进行，形成高分子链。2.答：加成聚合通常特点包括：①聚合反应对单体浓度和温度较敏感；②聚合过程通常伴随体积收缩；③可以通过活性/可控聚合方法精确控制分子量和结构；④聚合物通常为热塑性。3.答：PDI（PolydispersityIndex）是重均分子量（M_w）与数均分子量（M_n）的比值（M_w/M_n）。PDI反映了聚合物分子量分布的宽窄程度。PDI=1表示所有聚合物分子量相同（单分散），PDI>1表示分子量存在分布。较小的PDI通常意味着聚合物性能更均一、稳定。4.答：影响聚合物立体规整性的主要因素包括：①单体结构：单体分子中手性中心或取代基的空间位阻；②催化剂/引发剂种类：不同催化剂/引发剂对单体活化方式和定向能力不同；③反应条件：温度、压力、溶剂等对链增长单元的排布有影响。四、计算题解：表观速率常数k_p'=k_p*[M]^(n-1)=1.0×10^4L/(mol·s)*(2.0mol/L)^(1.5-1)=1.0×10^4L/(mol·s)*2.0mol/L=2.0×10^4L/(mol·s)聚合度M_n=(k_p'/k_t)*(1-x)^(1/2)由于k_t≈2k_p[M]，且x=0.5，(1-x)^(1/2)=(1-0.5)^(1/2)=0.707M_n=(k_p'/[2k_p[M]])*0.707=(2.0×10^4L/(mol·s)/[2*1.0×10^4L/(mol·s)*2.0mol/L])*0.707=(2.0×10^4/4.0×10^4)*0.707=0.5*0.707=0.3535答：表观速率常数k_p'为2.0×10^4L/(mol·s)，聚合度M_n的估算值约为0.354。五、论述题结合资源利用效率和环境保护的角度，聚合反应过程控制（包括分子量、结构、官能团等）至关重要。首先，通过精确控制分子量（如M_n、PDI），可以获得所需力学性能、加工性能和稳定性的聚合物，避免资源浪费（如过度合成、性能不达标造成的产品报废）。其次，控制聚合物结构（如tacticity,crystallinity）可以显著影响其热性能、光学性能、耐化学性等，从而拓展其应用范围，提高资源利用价值。再次，通过引入特定官能团或进行官能团转化，可以赋予聚合物特殊功能（如生物相容性、导电性、传感性），满足特定应用需求，实现资源的增值利用。此外，过程控制有助于优化反应条件，减少能耗和废弃物产生，降低对环境的影响，符合绿色化学和可持续发展的要求。关键控制方法包括：①活性/可控聚合（ATRP,RAFT,ROMP等），