植物纤维化学试题.docx

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植物纤维化学试题

植物纤维化学

[填空题]

1宽层

参考答案：

走向几乎与轴平行（2-20度）。

[填空题]

2显微构造

参考答案：

又称微观构造，显微镜下观察到的木材构造（在电子显微镜下观察到的构造又称超微结构）。

[填空题]

3针叶材的细胞组成：

（a）（）（b）松木晚材管胞（c）云杉早材管胞（d）云杉木射线管胞（e）松木木射线管胞（f）云杉木射线薄壁细胞（g）松木木射线薄壁细胞。

参考答案：

松木早材管胞

[填空题]

4木质素

参考答案：

由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的，具有三度空间结构的复杂的高聚物。

木质素和半纤维素在一起，填充在细胞壁的微纤丝之间，同时也存在于胞间层。

[填空题]

5阔叶材的细胞组成：

（a）（）（a1）桦木导管（晚材）（b）杨木导管（c）橡木导管（早材）（c1）橡木导管（晚材）（d）橡木轴向薄壁细胞（e）橡木射线薄壁细胞（f）桦木射线薄壁细胞（g）橡木纤维状管胞（h），（i）桦木韧型纤维。

参考答案：

桦木导管

[填空题]

6树脂道（针叶材的特征）

参考答案：

有些针叶材在横切面的晚材部分，凭肉眼就可看见一些针头状的小白点，这就是轴向树脂道或称纵行树脂道。

[填空题]

7木材解剖结构研究常在三切面上进行：

（）、径切面和弦切面。

参考答案：

横切面

[填空题]

8粗视构造

参考答案：

又称宏观构造，直接凭肉眼或者借助放大镜能见到的木材外貌特征

[填空题]

9提取物可分类：

①（）化合物：

树脂、萜类等。

②脂肪族化合物：

蜡、脂肪、单糖和低聚糖、淀粉、果胶、树胶、蛋白质、生物碱等。

③酚类化合物：

茋、木酚素、黄酮类化合物、单宁等。

参考答案：

萜类

[填空题]

10综纤维素

参考答案：

经脱脂的植物纤维原料除去木质素后保留下来的全部高聚糖，即纤维素和半纤维素的总和。

[填空题]

11植物细胞的木质化过程：

植物细胞的生长过程也是（）的形成过程，木质素是细胞壁形成到某种程度后出现的。

参考答案：

初生壁

[填空题]

12针、阔叶材化学组成在含量上的差别：

①木质素含量针叶材（）阔叶材；②纤维素含量针叶材≈阔叶材；③戊聚糖含量针叶材<阔叶材。

参考答案：

>

[填空题]

13腐朽木化学组成的特点.

参考答案：

（1）真菌引起的木材腐朽有两类：

①褐腐：

主要分解纤维素和半纤维素，木质素则少受影响。

腐后呈褐色，纤维素与半纤维素含量均下降，1%NaOH抽出物增加。

②白腐：

同时破坏碳水化合物与木质素。

腐后呈白色，木质素、纤维素与半纤维素含量均下降，1%NaOH抽出物增加。

（2）应力木化学组成的特点：

①应压木：

木质素含量高于正常木，纤维素含量低于正常木。

②应拉木：

木质素含量低于正常木，纤维素含量高于正常木。

[填空题]

14木质素在植物体内的作用.

参考答案：

①粘接作用；②加固作用；③防止水分散失。

[填空题]

15分离木质素的目的.

参考答案：

为了研究木质素的结构和性质，必须单独将木质素分离出来。

[填空题]

16原本木质素

参考答案：

以天然状态存在于植物体中的木质素。

[填空题]

17分离木质素的困难的原因.

参考答案：

①结构复杂，溶解性能差：

具有三度空间网状结构，并且苯丙烷单元的化学结构既具有糖类性质（1/3与糖相似），又具有芳香族的特性（2/3芳香特性）。

②性质不稳定：

在光、热、化学、机械等作用下，易发生变化。

③与高聚糖之间错综复杂的联系：

无论何种方法分出的木质素，都或多或少发生了变化，已不同于原来存在于植物体中的木质素。

[填空题]

18如何将造纸植物纤维原料进行分类？

参考答案：

①木材纤维原料：

针叶材、阔叶材；②非木材纤维原料：

禾本科纤维原料、韧皮纤维原料、籽毛纤维原料、叶部纤维原料；③半木材纤维原料：

这类原料主要指棉秆；④合成纤维、合成浆：

人造丝、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等；⑤二次纤维：

旧报纸、旧杂志纸、旧瓦楞箱纸板。

[填空题]

19比较纤维素与半纤维素的异同。

参考答案：

纤维素和纤维素都是碳水化合物，均存在与绿色植物中，都不溶于水。

但纤维素是均一聚糖，只由D-葡萄糖基组成，且有支链，而半纤维素由10种糖组成，且有枝链，纤维素聚合度比半纤维素高，且具有X—射线图。

[填空题]

20如何自漂白化学浆制备α－纤维素、β－纤维素、γ－纤维素？

并指出各自的化学组成。

参考答案：

用17.5%NaOH溶液在20℃下处理漂白化学浆，将其中的非纤维素的碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，称为化学浆的α－纤维素。

将溶解部分用醋酸中和，沉淀出来的部分称为β-纤维素，不沉淀部分称γ-纤维素。

化学组成：

α-纤维素包括漂白化学浆中的纤维素与抗碱性的半纤维素；β-纤维素含高度降解的纤维素与半纤维素；γ-纤维素全部为半纤维素。

[填空题]

21如何制备CrossandBevan纤维素？

参考答案：

采用氯气处理湿润的无抽提物试料，使木素转化为氯化木素，然后用亚硫酸及约含2%亚硫酸钠溶液洗涤、以溶出木素。

重复以上处理、直至加入亚硫酸钠后仅显淡红色为止。

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[填空题]

22写出有机溶剂抽出物的定义，并指出常用的有机溶剂有哪些？

参考答案：

有机溶剂抽出物是指植物纤维原料中可溶于中性有机溶剂的那些化合物。

常用的有机溶剂：

乙醚、苯、丙酮、乙醇、苯-乙醇混合液、石油醚等。

[填空题]

23写出针叶材、阔叶材和草类原料各自的有机溶剂抽出物的化学组成及存在的位置？

参考答案：

①针叶材抽出物主要成分是松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。

存在位置：

树脂道和射线薄壁细胞中。

②阔叶材的抽出物主要含游离的已酯化的脂肪酸，中性物；不含或只含少量松香酸（一般为1%以下），主要存在于木射线细胞及木薄壁细胞中。

③禾本科原料抽出物主要成分：

蜡质，伴以少量的高级脂肪酸、高级醇等，蜡质存在于禾本科原料的外表面。

[填空题]

24写出植物纤维的定义。

参考答案：

植物纤维指的是失去生命机能的细长锐端永久细胞。

[填空题]

25试述死亡细胞壁的构造。

参考答案：

初生壁P、次生壁外层S1、中层S2、内层S3，瘤层，还有两细胞共有的胞间层ML，三个或四个细胞共有的细胞角隅CC，细胞壁上还有纹孔，胞间联丝等结构。

[填空题]

26植物细胞壁上纹孔的功能及种类？

参考答案：

功能：

细胞间物质交换的通道。

种类：

具缘纹孔、半具缘纹孔、单纹孔。

[填空题]

27叙述针叶材的生物结构，并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？

参考答案：

针叶材的生物构造从三个面研究：

横截面、弦截面、径截面。

针叶木中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管。

管胞占木质部细胞容积的90%～95%，木射线薄壁细胞占木材体积的5%～10%。

[填空题]

28叙述阔叶材的生物结构，指出其含有哪几种细胞及含量百分比？

参考答案：

阔叶材的生物构造从三个面研究：

横截面、弦截面、径截面。

阔叶材中的细胞种类较多，包括木纤维、管胞、导管、木射线和薄壁细胞。

木纤维，即纤维细胞，是阔叶材最主要的细胞和支持组织，占木材的60～80%，管胞数量很少。

[填空题]

29从细胞形态的角度分析、哪种植物纤维原料为造纸的优质原料？

参考答案：

造纸植物纤维原料中，除含有制浆造纸所需的纤维细胞外，一般都含有一定量的其他细胞，称为非纤维细胞或杂细胞。

多数杂细胞都是具有腔大、壁薄、长度短的特点，在制浆中吸收大量蒸煮药液，洗浆时降低洗涤能力，成纸时缺乏粘结，交织能力，降低纸张强度，表皮细胞增加废液硅含量，在酸法制浆时成片状存在，增加纸病。

原料的杂细胞含量越高，其制浆造纸价值就低，常见的几类原料中，针叶材原料杂细胞含量最低，制浆造纸价值最高。

[填空题]

30解释下列名词概念并写出数学表达式：

长宽比、壁腔比、纤维数量平均长、纤维重量平均长、纤维长度分布频率。

参考答案：

长宽比=纤维长度∕纤维宽度；壁腔比=2×细胞单壁厚度∕细胞腔直径；纤维数量平均长=数量总长度/测定的纤维总数。

[填空题]

31简述针叶材管胞的超结构。

参考答案：

管胞，即纤维，纤维细胞的超结构包括纤维细胞的层次构成、层次的厚度分布、不同层次纤维的取向、微细纤维的精细结构等，也包括纤维细胞壁上纹孔的微细结构。

纤维细胞壁自外至里是由P、S1、S2、S3等层次所组成的；两个细胞之间存在一个共同的胞间层（ML层）；在3个或4个细胞之间存在一个细胞角隅。

胞间层及细胞角隅的体积分数均不大，P层厚度极小，仅0.1μm，S1层在P层内侧，厚度较小，一般占厚度10%～20%；S3层则更薄些，仅占细胞壁厚度的2%～8%；S2层厚度占细胞壁厚的70%～90%，是细胞壁的主体。

[填空题]

32叙述草类原料纤维细胞的超结构与针叶材管胞超结构的异同？

参考答案：

相同点：

草类原料纤维细胞的微细结构有的与木材相似，其纤维细胞壁也可以分为ML、P、S1、S2、S3。

不同点：

①禾本科纤维的P层及S1层的厚度占细胞壁厚度的比例较大。

②S1与S2层之间连接紧密，因此打浆时往往较木材纤维难于分丝帚化。

③禾本科纤维的部分纤维的次生壁中层（S2）是多层结构。

④宽层的染色较浅，表明木素的浓度较低，窄层的染色较深，表明其中木素的浓度较高。

[填空题]

33阔叶材细胞壁中木素是如何分布？

并与针叶材比较。

参考答案：

阔叶材木素含量达20%～25%，阔叶材也是胞间层木素含量高，次生壁的木素含量较低，全部木素的80%左右，存在于次生壁中。

[填空题]

34木素的分离方法分为几大类？

各自的缺点是什么？

参考答案：

①木素作为残渣而分离：

将无抽提物木材经水解除去聚糖（纤维素、半纤维素），木素则以不溶性残渣分离出来。

②木素被溶解而分离：

选用与木素不起反应溶剂将木材中的木素抽提出来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂抽提。

缺点：

第一类：

这种方法分离的木素其结构已发生了变化。

第二类：

只能分离出全部木素量相对为改变的一部分。

[填空题]

35为什么用Klason木素测定方法、测定草及阔叶材木素时，必须同时测定酸溶木素？

参考答案：

①对于阔叶材，由于多酚类的存在而会产生误差，在树皮存在时由于受到树皮酚酸的影响也难已适用。

②对于草类，由于灰分中的成分（例如钙盐和硅）在硫酸处理时不溶解，因此对稻草等要进行灰分的补正。

③在Klason木素测定方法中，木素的一部分，溶于Klason木素定量的母液中，成为酸溶性木素，它在阔叶材和草类原料中含量比较大，不能忽略。

[填空题]

36如何制备磨木木素（MWL）？

并说出其主要应用范围？

参考答案：

20目的木粉经有机溶剂抽提后，放在Lampén磨中磨48hr、再在振动球磨中磨48hr，磨料介质采用甲苯（因木素、纤维素和半纤维素在甲苯中不发生润胀）。

经细磨后，用含少量水的二氧六环进行抽提，然后把溶剂蒸发，把木素溶于醋酸水溶液中，再在水中沉淀、干燥，又溶于二氯乙烷-乙醇（体积比2：

1）中，在乙醚中沉淀、洗涤、干燥，这样分离出的木素成为“磨木木素”。

Bj.rkman木素为黄褐色非晶体粉末状。

应用：

由于MWL的提取过程中，化学变化较少，故可作为研究的材料。

[填空题]

37通过木素的KMnO4氧化分解得出什么结论？

参考答案：

构成木素的芳香核，系由对-羟基苯基、愈疮木芬基、紫丁香基构成，进一步从分解分析研究，也可以了解芳香核单位间结合形式。

[填空题]

38通过木素的乙醇解得出什么结论？

参考答案：

针叶木木素中存在大量的愈疮木基丙烷结构和少量的对-羟基苯基丙烷结构单元；阔叶木和禾本科植物中，存在大量的愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷结构单元，少量的对-羟基苯基丙烷结构单元。

[填空题]

39如何应用紫外光谱和红外光谱对木素进行研究？

参考答案：

应用紫外光谱：

因为木素是芳香族化合物，对紫外线有很强的吸收，而碳水化合物几乎不吸收紫外光，因此选择适当的测定条件测定紫外吸收光谱可以在碳水化合物存在状态下对木素定性、定量分析。

通常采用光波在205nm及280nm附近有极大吸收；在230nm及310～350nm附近，能看到弱的吸收，这通常称为肩峰；在380nm以上的可见光区是没有特定吸收峰的末端吸收；由于木素的各结构单元吸收光谱重合，因此其紫外光吸收峰比较单调而且粗宽。

应用红外光谱：

可研究木素的结构及变化，确定木素中存在的各种能力及各种化学键。

了解木素中存在基团及结构，它们在化学反应中的变化。

红外光谱的测定，通常采用分离的木素，多用KBr压片法。

[填空题]

40写出木素—碳水化合物（L.C.C.）的联接键型及联结点糖基？

参考答案：

α-醚键结合、苯基糖苷键、缩醛键、酯键、自由基结合而成的-C-O-或-C-C键结合。

联结点糖基：

半乳

糖、阿拉伯糖和木糖单元是为木素与半纤维素之间的联结点糖基。

[填空题]

41烧碱法制浆中，木素大分子中哪几种化学键断裂？

参考答案：

木素酚型结构的α-芳基醚键、α-烷基醚键断裂，形成亚甲基醌中间物；非酚型结构如在α-碳原子上连有-OH基的β-芳基醚键也可以断裂，形成环氧化合物的中间物；酚型结构的β-芳基醚键仅有极少部断裂；苯环上甲基芳基醚键断裂；木素碎片的缩合反应。

[填空题]

42酸性亚硫酸盐和亚硫酸氢盐法制浆中，木素大分子中哪几种化学键断裂？

参考答案：

酚型α-芳基醚、α-烷基醚的反应；酚型β-芳基醚的反应；木素中的羰基和双键的反应；甲基芳基醚的反应。

[填空题]

43叙述木素大分子在氯化过程中的反应。

参考答案：

苯环上氯的亲电取代反应；木素结构单元侧链的亲电取代反应；醚键的氧化裂解；木素脂肪族侧链碎解产物的再氧化；侧链共轭或非共轭双键的氯的加成反应。

[填空题]

44叙述木素大分子在次氯酸盐漂白过程中的反应。

参考答案：

次氯酸盐漂白时主要是氧化作用；也有氯化反应（亲电和亲核反应）；但次氯酸盐与次氯酸发生分解反应时也会产生游离基，从而发生游离基反应。

[填空题]

45叙述高分子化合物多分散性的基本概念。

参考答案：

纤维素是不同聚合度的分子混合物，即分子结构单元相同，结构单元间的连接方式也相同，但各个分子的聚合度不同。

这种现象称之为纤维素的多分散性。

[填空题]

46有几种方法表示纤维素分子量的多分散性？

参考答案：

表格表示；图解表示；分布函数表示；其中最重要的是图解法。

表示分子量或聚合度分布的分布曲线有3中，积分重量分布曲线；微分数量分布曲线；微分重量分布曲线。

[填空题]

47写出结晶度和到达度的基本概念。

参考答案：

纤维素的结晶度是指纤维素构成的结晶区占纤维素整体的百分率，它反映纤维素聚集时形成结晶的程度。

纤维素的结晶度Xc＝结晶区样品含量/（结晶区样品含量+非结晶区样品含量）X100％纤维素的可及度：

利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不能进入结晶区的化学试剂，测定这些试剂可以到达并起反应的部占全体的百分率称为纤维素物料的可及度。

可及度A和结晶度Xc的关系：

A＝σXc+（100-XC.

[填空题]

48叙述棉纤维的吸着等温曲线。

参考答案：

棉纤维的吸着等温曲线，表示了纤维素的吸湿与解吸过程。

随着现对蒸汽压的增加，棉纤维吸附的水量迅速增加，稀释后纤维素发生润胀，但不改变其结晶结构。

该物料经干燥后X—射线图并没有变化，说明吸着水只在无定形区内，结晶区并没有吸着水分子。

一般认为①相对湿度在20%以下时，水分子被吸附在原来游离羟基上；②相对湿度增至60%，随着吸水量及润胀程度的增加，破坏了纤维素分子的氢键，形成新的吸附中心。

③相对湿度超过60%时，由于棉纤维进一步润胀，产生更多的游离羟基，吸附水加快，当相对湿度继续增加时，出现了多层吸附现象。

[填空题]

49结合水、游离水的概念？

参考答案：

一部分是进入纤维素无定形区与纤维素的羟基形成氢键结合的水，称为“结合水”。

当纤维素物料吸湿达到纤维饱和点后，水分子继续进入纤维的细胞腔和孔隙中，形成多层吸附水或毛细管水，这种水称为“游离水”。

[填空题]

50润胀的基本概念？

参考答案：

固体吸收润胀剂后，其体积变大但不失其表观均匀性，分子间的内聚力减少，固体变软，此种现象称为润胀。

纤维素纤维的润胀可分为：

有限润胀和无限润胀。

[填空题]

51述纤维素酸水解机理及酸水解方法。

参考答案：

纤维素的酸水解反应机理：

纤维素大分子中的1，4-β-苷键是一种缩醛键，对酸的稳定性很低，在适当的氢离子浓度、温度和时间作用下，发生水解降解，使相邻两葡萄糖单体间碳原子1C和氧原子所形成的苷键断裂。

酸水解方法：

浓酸水解：

纤维素在浓酸中的水解是均相水解。

纤维素晶体结构在酸中润胀或溶解后，通过形成酸的复合物再水解成低聚糖和葡萄糖。

纤维素→酸复合物→低聚糖→葡萄糖。

稀酸水解：

稀酸水解属多相水解。

水解发生于固相纤维素和酸溶液之间，在高温高压下，稀酸可将纤维素完全水成葡萄糖：

纤维素→水解纤维素→可溶性多糖→葡萄糖。

[填空题]

52叙述纤维素的碱性水解和剥皮反应机理。

参考答案：

碱性水解机理：

纤维素的配糖键在一般情况下对碱是比较稳定的，但在蒸煮过程中，随着温度的升高及木素的脱除，碱性水解使纤维素的配糖键部分断裂，产生新的还原性末端基，聚合度下降，纸张强度下降。

剥皮反应机理：

在碱液影响下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应为止，掉下来的葡萄糖基在溶液中最后转化为异变糖酸，并以其钠盐的形式存在于蒸煮液中。

[填空题]

53给出半纤维素的概念。

参考答案：

半纤维素是指植物纤维原料中除纤维素以外的全部碳水化合物（少量的果胶质和淀粉除外），即非纤维素的碳水化合物。

[填空题]

54叙述半纤维素的命名法。

参考答案：

第一种：

命名时将构成半纤维素的各种汤剂都列出来，首先写支链的糖基，当有多个支链时，将含量少的支链糖基排列排在前面，含量多的支链糖基排在后面，而将主链糖基列于后，若主链含有多于一种糖基时，则将含量最多的主链糖基放在最后，词首加“聚”字。

第二种：

命名时只写出主链上的糖基而不写支链的糖基，在主链糖基前冠以“聚”字。

[填空题]

55解释半纤维素的分枝度的意义。

参考答案：

分枝度是用来表示半纤维素结构中枝链的多少。

分枝度的大小对半纤维素的溶解性有很大的影响。

同类聚糖中分枝度大的半纤维素、溶解度就大。

[填空题]

56叙述半纤维素的碱性水解。

参考答案：

半纤维素在碱性条件下可以降解，碱性降解包括碱性水解与剥皮反应。

例如在5%NaOH溶液中，170℃时，半纤维素苷键可被水解裂开，即发生了碱性水解。

在较温和的碱性条件下，也发生剥皮反应。

①各成对的配糖化物中，凡配糖化合物的甲氧基与2位碳原子上的羟基成反位者比这对配糖化物的顺位者有高的多的碱性水解速率。

②呋喃式配糖化物的碱性水解速率比吡喃式配糖化物的高许多。

③凡呋喃式配糖化物，其C1与C2有反构型者的碱性水解速率要比顺构型的同分异构体高许多倍。

④甲基-α-与-β-吡喃式葡萄糖醛酸配糖化物的碱性水解速率与呋喃式配糖化物比较前者又比后者高。

[填空题]

57叙述半纤维素的酶降解。

参考答案：

半纤维素的复杂结构决定了半纤维素的酶降解需要多种酶的协同作用，目前对半纤维素的酶降解研究较多的是聚木糖的酶降解。

聚木糖的完全酶水解需要多种酶的协同作用：

内切-β-木聚糖酶：

优先在不同位点上作用于木聚糖和长链木寡糖；外切-β-木聚糖酶：

作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产生木糖；β-木糖苷酶：

作用于短链木寡糖，产生木糖。

[填空题]

58论述聚半乳糖葡萄糖甘露糖和聚葡萄糖甘露糖在制浆中的变化。

参考答案：

①聚葡萄糖甘露糖比聚木糖类的半纤维素更抗酸水解。

②聚葡萄糖甘露糖较聚木糖类半纤维素更易于碱降解。

③聚半乳糖葡萄糖甘露糖对酸水解是十分不稳定的。

④聚半乳糖葡萄糖甘露糖对碱具有较高的相对稳定性。

[填空题]

59论述半纤维素对纸浆打浆行为的影响。

参考答案：

①纸浆中存留的半纤维素有利于纸浆的打浆，这是因为半纤维素比纤维素更容易水化润胀。

而纤维的润胀对纤维的细纤维化是十分有利的。

②纸浆中存留的半纤维素聚糖的种类与结构比半纤维素的含量对打浆的影响更大。

③碱溶性高聚糖含量下降，糠醛值（在碱溶性高聚糖中）下降，纸浆的打浆抗拒上升，即难于打浆。

[填空题]

60论述半纤维素含量对纸张性能的影响。

参考答案：

半纤维素有利于纸浆的打浆，有利于纤维的细纤维化，大量研究结果表明，凡是通过打浆能获得较高强度纸张的纸浆都有较高的半纤维素含量。

①半纤维素含量高有利于纤维的结合，所以对提高纸张的裂断长、耐破度和耐折度等有利。

半纤维素含量低，有利于一些与纤维结合力无关的纸张性质，如不透明度和撕裂度等。

②随着半纤维素含量的增加，相对地降低了α-纤维素的含量，即减少了保证纤维本身强度的纤维素的含量，所以半纤维素在增加纤维结合上的积极影响在某种程度上会被纤维本身强度降低的不利影响所降低或抵消，反之亦然。

③应该指出，对增加纤维结合有效的并不是全部半纤维素的组分，也不是聚戊糖的总量。