潘祖仁版高分子化学第五版课后习题答案.docx

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潘祖仁版高分子化学第五版课后习题答案潘祖仁版高分子化学第五版课后习题答案高分子化学第一章绪论思考题1.举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义，以及它们之间的相互关系和区别。

答:

合成聚合物的原料称做单体，如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯，缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。

在聚合过程中单体往往转变成结构单元的形式，进入大分子链高分子由许多结构单元重复键接而成。

在烯类加聚物中单体单元、结构单元、重复单元相同、与单体的元素组成也相同，但电子结构却有变化。

在缩聚物中.不采用单体单元术语，因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出，结构单元的元素组成不再与单体相同。

如果用2种单体缩聚成缩聚物，则由2种结构单元构成重复单元。

聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。

聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。

以重复单元数为基准即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平X表示。

均值，以DP表示;以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值，以n2.举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义，以及它们之间的关系和区别。

答:

合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。

聚合物（polymer可以看作是高分子（macromolecule的同义词，也曾使用largeorbigmolecule的术语。

从另一角度考虑，大分子可以看作1条大分子链，而聚合物则是许多大分子的聚集体。

根据分子量或聚合度大小的不同聚合物中又有低聚物和高聚物之分，但两者并无严格的界限，一般低聚物的分子量在几千以下，而高聚物的分子量总要在万以上。

多数场合，聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。

齐聚物指聚合度只有几几十的聚合物，属于低聚物的范畴n低聚物的含义更广泛一些。

3.写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式（重复单元。

选择其常用分子量.计算聚合度。

聚合物结构式（重复单元聚氯乙烯-卜CH2CHC1-卜n聚苯乙烯-CH2CH（C6H5-n涤纶-OCH2CH2OOCC6H4CO-n尼龙66（聚酰胺-66-NH（CH26NHCO（CH24CO-n聚丁二烯-卜CH2CH=CHCH2-n天然橡胶-CH2CH=C（CH3CH2-n聚合物分子量/万结构单元分子量/万DP=n特征塑料聚氯乙烯聚苯乙烯51510-3062.5104800-2400960-2900（962-2885足够的聚合度才能达到一定强度弱极性要求较高聚合度。

纤维涤纶聚酰胺-661.8-2.31.2-1.860+132=192114+112=22694-12053-80极性，低聚合度就有足够的强度橡胶顺-聚丁二烯天然橡胶253020-4054684600-5600（4630-55562900-5900（2941-5882非极性高分子量才赋予高弹性和强度4举例说明和区别:

缩聚、聚加成和逐步聚合,加聚、开环聚合和连锁聚合。

答:

按单体-聚合物组成结构变化，可将聚合反应分成缩聚、加聚、开环聚合三大类;而按机理,可分成逐步聚合和连锁聚合两类。

1缩聚、聚加成和逐步聚合缩聚是官能团单体间多次缩合反应的结果除了缩聚物为主产物外，还有低分子副产物产生，缩聚物和单体的元素组成并不相同。

逐步聚合是无活性中心单体中不同官能团之间相互反应而逐步增长，每步反应的速率和活化能大致相同。

大部分缩聚属于逐步聚合机理但两者不是同义词。

聚加成反应是含活泼氢功能基的亲核化合物与含亲电不饱和功能基的亲电化合物之间的聚合。

属于非缩聚的逐步聚合。

2加聚、开环聚合和连锁聚合加聚是烯类单体加成聚合的结果，无副产物产生,加聚物与单体的元素组成相同。

连锁聚合由链转移、増长、终止等基元反应组成其活化能和速率常数各不相同。

多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合机理。

环状单体-键断裂后而聚合成线形聚合物的反应称作开环聚合。

近年来，开环聚合有了较大的发展，可另列一类、与缩聚和加聚并列。

开环聚合物与单体组成相同，无副产物产生，类似加聚;多数开环聚合物属于杂链聚合物,类似缩聚物。

5写出下列单体的聚合反应式，以及单体、聚合物的名称。

a.CH2=CHFb.CH2=C（CH32c.HO（CH25COOHe.NH2（CH26NH+HOOC（CH24COOHCH2-CH2CH2-OIId.答：

序号单体聚合物aCH2=CHF氟乙烯-卜CH2-CHF-n聚氟乙烯bCH2=C（CH32异丁烯-卜CH2-C（CH32-n聚异丁烯cHO（CH25COOH-轻基己酸-卜O（CH25CO-n聚己内酯dCH2CH2CH20丁氧环11-CH2CH2CH2O-n聚氧三亚甲基eNH2（CH26NH己二胺+HOOC（CH24COOH己二酸-NH（CH26NHCO（CH24CO-n聚己二酰己二胺（聚酰胺-66,尼龙666按分子式写出聚合物和单体名称以及聚合反应式。

属于加聚、缩聚还是开环聚合，连锁聚合还是逐步聚合？

答：

a.CH2=C（CH32nb.NH（CH26NHCO（CH24COnc.NH（CH25COnd.CH2C（CH3=CHCH2n序号单体聚合物加聚、缩聚或开环聚合连锁、逐步聚合aCH2=C（CH32异丁烯聚异丁烯加聚连锁bNH2（CH26NH2己二胺、HOOC（CH24COOH己二酸聚已二酰己二胺尼龙66缩聚逐步cNH（CH25CO己内酰胺11尼龙6开环逐步（水或酸作催化剂或连锁（碱作催化剂dCH2=C（CH3-CH=CH2异戊二烯聚异戊二烯加聚连锁7.写出下列聚合物的单体分子式和常用的聚合反应式:

聚丙烯膳、天然橡胶、丁苯橡胶、聚甲醛、聚苯醸、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷。

答:

聚丙烯睛:

丙烯睛CH2=CHCN天然橡胶:

异戊二烯CH2=C（CH3-CH=CH2-丁苯橡胶:

丁二烯+苯乙烯CH2=CH-CH=CH2+CH2=CH-C6H5聚甲醛:

甲醛CH20聚苯醸26二甲基苯酚CH3CH3OHCH3CH3On+02聚四氟乙烯:

四氟乙烯CF2=CF2-2聚二甲基硅氧烷:

二甲基硅氧烷Cl-Si-ClCH3CH3H20-HC1O-SiCH3CH3n&举例说明和区别线形结构和体形结构、热塑性聚合物和热固性聚合物、非晶态聚合物和结晶聚合物。

答:

线形和支链大分子依靠分子间力聚集成聚合物聚合物受热时，克服了分子间力塑化或熔融;冷却后，又凝聚成固态聚合物。

受热塑化和冷却固化可以反复可逆进行,这种热行为特称做热塑性。

但大分子间力过大（强氢键的线形聚合物，如纤维素，在热分解温度以下，不能塑化也就不具备热塑性。

带有潜在官能团的线形或支链大分子受热后在塑化的同时,交联成体形聚合物,冷却后固化。

以后受热不能再塑化变形,这一热行为特称做热固性。

但已经交联的聚合物不能在称做热固性。

聚氯乙烯,生橡胶，硝化纤维:

线形,热塑性纤维素:

线形，不能塑化,热分解酚醛塑料模制品.硬橡皮:

交联，已经固化，不再塑化9举例说明橡胶、纤维、塑料的结构-性能特征和主要差别。

答:

现举纤维、橡胶、塑料几例及其聚合度、热转变温度、分子特性、聚集态、机械性能等主要特征列于下表。

聚合物聚合度Tg/CTm/C分子特性聚集态机械性能纤维涤纶9012069258极性晶态高强高模量尼龙-66508050265强极性晶态高强高模量橡胶顺丁橡胶5000-108-非极性高弹态低强高弹性硅橡胶50001万-123-40非极性高弹态低强高弹性塑料聚乙烯1500-1万-125130非极性晶态中强低模量聚氯乙烯600-160081-极性玻璃态中强中模量纤维需要有较高的拉伸强度和高模量并希望有较高的热转变温度，因此多选用带有极性基团（尤其是能够形成氢键而结构简单的高分子,使聚集成晶态有足够高的熔点，便于烫熨。

强极性或氢键可以造成较大的分子间力，因此，较低的聚合度或分子量就足以产生较大的强度和模量。

橡胶的性能要求是高弹性,多选用非极性高分子，分子链柔顺呈非晶型高弹态，特征是分子量或聚合度很高，玻璃化温度很低。

塑料性能要求介于纤维和橡胶之间，种类繁多,从接近纤维的硬塑料（如聚氯乙烯,也可拉成纤维到接近橡胶的软塑料（如聚乙烯玻璃化温度极低，类似橡胶都有。

低密度聚乙烯结构简单结晶度高，才有较高的熔点（130C;较高的聚合度或分子量才能保证聚乙烯的强度。

等规聚丙烯结晶度高熔点高（175C,强度也高，已经进入工程塑料的范围。

聚氯乙烯含有极性的氯原子，强度中等;但属于非晶型的玻璃态玻璃化温度较低。

使用范围受到限制。

10.什么叫玻璃化温度?

橡胶和塑料的玻璃化温度有何区别?

聚合物的熔点有什么特征？

答:

玻璃化温度及熔点是最重要的热转变温度。

玻璃化温度是聚合物从玻璃态到高弹态的热转变温度。

受外力作用玻璃态时的形变较小，而高弹态时的形变较大，其转折点就是玻璃化温度，可用膨胀计或热机械曲线仪进行测定。

玻璃化温度是非晶态塑料（如聚氯乙烯、聚苯乙烯等的使用上限温度是橡胶（如顺丁橡胶、天然橡胶等的使用下限温度n引入极性基团、位阻较大的芳杂环和交联是提高玻璃化温度的三大途径。

熔点是晶态转变成熔体的热转变温度。

高分子结构复杂,一般聚合物很难结晶完全因此往往有一熔融范围。

熔点是晶态聚合物的使用上限温度。

规整的微结构、适当极性基团的引入都有利于结晶，如低密度聚乙烯、等规聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺-66等。

在聚合物合成阶段，除平均分子量和分布外,玻璃化温度和熔点往往是需要表征的重要参数。

计算题1.求下列混合物的数均分子量、质均分子量和分子量分布指数。

a、组分A:

质量=10g，分子量=30000;b、组分B:

质量=5g，分子量=70000;c、组分C:

质量=lg，分子量=100000解擞均分子量38576100000/17OOOO/53OOOO/1O1510/（=+=iiiiiinMmmnMnnmM质均分子量103000*468761051wimMMwMni=x+x+x=分子量分布指数wM/nM=46876/38576=1.222.等质量的聚合物A和聚合物B共混,计算共混物的nM和wMo聚合物A:

nM=35,000,wM=90,000;聚合物B:

nM=15,000,wM=300,000解：

210002=+=nBnAnMmMmmM1950002.=+=mMmMniMwBwAw第2章缩聚与逐步聚合计算题1.通过碱滴定法和红外光谱法，同时测得21.3g聚己二酰己二胺试样中含有2.50x10-3mol竣基。

根据这一数据，计算得数均分子量为8520。

计算时需作什么假定?

如何通过实验来确定的可靠性?

如该假定不可靠，怎样由实验来测定正确的值?

解：

辽=mM,gmi3.21=乙852010*5.23.213-nM,310*5.2=XiN上述计算时需假设:

聚己二酰己二胺由二元胺和二元酸反应制得，每个大分子链平均只含一个竣基且竣基数和胺基数相等。

可以通过测定大分子链端基的COOH和NH2摩尔数以及大分子的摩尔数来验证假设的可靠性，如果大分子的摩尔数等于COOH和NH2的一半时,就可假定此假设的可靠性。

用气相渗透压法可较准确地测定数均分子量，得到大分子的摩尔数。

碱滴定法测得竣基基团数、红外光谱法测得轻基基团数2.轻基酸HO-（CH24-COOH进行线形缩聚，测得产物的质均分子量为18,400g/mol-1,试计算:

a.竣基已经醍化的百分比b.数均聚合度c.结构单元数nX解:

已知100,184000=MMw根据PPXMMXwww-+=110和得:

P=O989,故已酯化竣基百分数为98.9%。

9251,l=+=nnwMPMM51.9210092510=MMXnn3.等摩尔己二胺和己二酸进行缩聚，反应程度p为0.500、0.800、0.900、0.950、0.980、0.990、0.995,试求数均聚合度nX、DP和数均分子量nM,并作nX-p关系图。

解：

p0.5000.8000.9000.9500.9700.9800.9900.995pXn-=1125102033.350100200DP=Xn/212.551016.652550100Mn=113;Xn=18244114822783781566811318226188.等摩尔的乙二醇和对苯二甲酸在28（TC下封管内进行缩聚.平衡常数K=4,求最终nXo另在排除副产物水的条件下缩聚，欲得100=nX,|5体系中残留水分有多少？

解：

3111=+=-=KpXnLmolnnKpnKPn/lOMIOOll4-:

9.等摩尔二元醇和二元酸缩聚，另加醋酸1.5%,p=O995或0.999时聚酯的聚合度多少？

解:

假设二元醇与二元酸的摩尔数各为Im，则醋酸的摩尔数为0.015moloNa=2mol,Nb=2mol,015.0=bNmol985.0015.0*2222,+=bbaNNNr当p=0.995时,88.79995.0*985.0*2985.01985.01211=-+=-+=rprrXn当p=0.999时,98.116999.0*985.0*2985.01985.01211=-+=-+=rprrXn10.尼龙1010是根据1010盐中过量的癸二酸来控制分子量，如果要求分子量为20000,问1010盐的酸值应该是多少?

（以mgKOH/g计解:

尼龙1010重复单元的分子量为33&则其结构单元的平均分子量M=16934.11816920000nX假设反应程度P=l,983.0,11211=-+=-+=rprrXn尼龙1010盐的结构为:

NH3+（CH2NH3OOC（CH28COO分子量为374。

由于癸二酸过量，假设Na（癸二胺=1,Nb（癸二酸=1.0/0.983=1.0173,则酸值1010（2（1.017315625.18（/1010374baaNNMKOHmgKOHgNMxxxx二=x盐H.己内酰胺在封管内进行开环聚合。

按1mol己内酰胺计加有水0.0205mol、醋酸0.0205mol，测得产物的端竣基为19.8mmol，端氨基2.3mmol。

从端基数据，计算数均分子量。

解:

NH（CH25CO+H20HO-CO（CH25NH-HII0.0205-0.00230.0023NH（CH25CO+CH3COOHHO-CO（CH25NH-COCH30.0205-0.01750.0198-0.0023M=1131113170.019810.0023430.01755762.20.0198nimMnx+x+x+x=13.邻苯二甲酸酊与甘油或季戊四醇缩聚两种基团数相等,试求:

a.平均官能度b.按Carothers法求凝胶点c.按统计法求凝胶点解:

a、平均官能度：

1甘油：

32232.432fX+X=+2季戊四醇:

22412.6721fx+x=+b、Carothers法：

1甘油：

833.04.222=fpc2季戊四醇:

749.067.222=fpcc、Flory统计法:

1甘油:

1,1,703.02（12/I=-+=pprfrrpc2季戊四醇：

1,1,577.02（12/!

=-+=pprfrrpc16.AA、BB、A3混合体系进行缩聚.NAO=NB0=3.0,A3中A基团数占混合物中A总数（p的10%,试求p=0.970时的nX以及nX=200时的p。

解:

NA0=NB0=3.0,A3中A基团数占混合物中A总数（p的10%,则A3中A基团数为0.3mol,A3的分子数为0.1mol。

NA2=1.35mol;NA3=0.1mol;NB2=1.5mol034.21.035.15.133=+=+=CBACCBBAANNNfNfNfNffpXn-=22当p=0.970时,27420.972.034nX=200=nX时,pfpXn034.22222-=p=0.97318.制备醇酸树脂的配方为1.21mol季戊四醇、0.50mol邻苯二甲酸軒、0.49mol丙三竣酸C3H5（COOH3,问能否不产生凝胶而反应完全？

解:

根据配方可知醇过量。

2（0.520.4932.2451.210.50.49fx+x=89.02PC，所以必须控制反应程度小于0.89过不会产生凝胶。

第三章自由基聚合（这章比较重要思考题2.下列烯类单体适于何种机理聚合?

自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合?

并说明原因。

CH2=CHC1CH2=CC12CH2=CHCNCH2=C（CN2CH2=CHCH3CH2=C（CH32CH2=CHC6H5CF2=CF2CH2=C（CNCOORCH2=C（CH3-CH=CH2答:

CH2=CHC1:

适合自由基聚合,Cl原子的诱导效应是吸电子基团，但共辄效应却有供电性，两者相抵后，电子效应微弱。

CH2=CC12:

自由基及阴离子聚合，两个吸电子基团。

CH2=CHCN:

自由基及阴离子聚合,CN为吸电子基团，将使双键兀电子云密度降低，有利于阴离子的进攻,对自由基有共觇稳定作用。

CH2=C（CN2朋离子聚合，两个吸电子基团（CN。

CH2二CHCH3:

配位聚合，甲基（CH3供电性弱滩以进行自、阳、阴三种聚合，用自由基聚合只能得无定型蜡状物低、分子量用阴离子聚合只能得到低分子量油状物。

CH2=C（CH32:

阳离子聚合,CH3是供电子基团，与双键有超共辄。

CH2=CHC6H5:

三种机理均可，共辄体系71电子容易极化和流力。

CF2二CF2:

自由基聚合，对称结构，但氟原子半径小,F体积小使四取缔啊仍聚合。

CH2=C（CNCOOR:

阴离子聚合，取代基为两个吸电子基（CN及COOR，兼有共辄效应。

CH2=C（CH3-CH=CH2:

三种机理均可洪辄体系。

3.下列单体能否进行自由基聚合,并说明原因。

CH2=C（C6H52C1CH=CHC1CH2=C（CH3C2H5CH3CH=CHCH3CH2=CHOCOCH3CH2=C（CH3COOCH3CH3CH=CHCOOCH3CF2=CFC1答:

CH2=C（C6H52:

不能,两个苯基取代基位阻大小。

C1CH=CHC1:

不能、对称结构。

CH2=C（CH3C2H5:

不能,二个推电子基，只能进行阳离子聚合。

CH3CH=CHCH3:

不能，结构对称。

CH2=CHOCOCH3:

醋酸乙烯酯.能,吸电子基团。

CH2=C（CH3COOCH3:

甲基丙烯酸甲酯能。

CH3CH=CHCOOCH3:

不能,1,2双取代，位阻效应。

CF2=CFC1:

能，结构不对称,F原子小。

计算题1甲基丙烯酸甲酯进行聚合，试由H和S来计算77C、127C、177C、227C时的平衡单体浓度，从热力学上判断聚合能否正常进行。

解:

由教材P64上表3-3中查得:

甲基丙烯酸甲酯HA=-56.5kJ/mol,SA=-117.2J/molK平衡单体浓度:

（llii00A-A=STHRMeT=77C=350.15K,=eMln4.94*10-3mol/LT=127C=400.15K,=eMln0.0558mol/LT=177C=450.15K,=eMln0.368mol/LT=227C=500.15K,=eMln1.664mol/L从热力学上判断，甲基丙烯酸甲酯在77C、127C、177C下可以聚合，在227C上难以聚合。

因为在227C时平衡单体浓度较大。

2.60C过氧化二碳酸二环己酯在某溶剂中分解用碘量法测定不同时间的残留引发剂浓度数据如下,试计算分解速率常数G-1和半衰期（h。

时间/h00.20.71.21.7DCPD浓度/（molL-10.07540.06600.04840.03340.0288解:

过氧化二碳酸二环己酯的分解反应为一级反应,引发剂浓度变化与反应时间的关系为：

In-dlktl=通过以lnO11对t作图，利用最小二乘法进行回归得一条直线xy589.0-三斜率为-kd。

得到:

kd=0.589h-l=1.636*10-4s-1半衰期:

hktd176.1693.02/1=3在甲苯中不同温度下测定偶氮二异丁月青的分解速率常数，数据如下，求分解活化能。

再求40C和80C下的半衰期,判断在这两温度下聚合是否有效。

温度/C5060.569.5分解速率常数/s-12.64x10-61.16x10-3.78x10-解:

分解速率常数、温度和活化能之间存在下列关系：

RTEdAek/-=RTEAkdd/InIn二，以dkIn对T/l作图,斜率为REd/-,截距为AIno采用最小二乘分法进行回归，得:

Tkd/15116936.331n-=15116/-=-REdEd=8.314*15116=125674.4=125.7kJ/mol当t=40C=313.15K时7exp（15116/313.1533.9365.95lOdk-=-+=x1/27In2323.65.9510th-=x当t=80C=353.15K时4exp（15116/353.1533.9361.4110dk-=-+=x1/24In21.361.4110=X以此可见，在40C下聚合时引发剂的半衰期太长，聚合无效，而在80C下聚合是有效的。

6.苯乙烯溶液浓度0.20molL-1,过氧类引发剂浓度为4.0x10-3mol=-=-J随转化率而变6/22.19100.2602170.7ttdtethx二二J7.过氧化二苯甲酰引发某单体聚合的动力学方程为:

Rp=kPM（fkd/ktl/2Il/2,假定各基元反应的速率常数和f都与转化率无关,M0=2molL-1,I=O.O1molL-l,限转化率为10%o若保持聚合时间不变，欲将最终转化率从10%提高到20%,试求:

（1MO增加或降低多少倍?

（210増加或降低多少倍?

10改变后，聚合速率和聚合度有何变化？

（3如果热引发或光引发聚合,应该增加或降低聚合温度？

Ed、Ep、Et分别为124、32和8kJmol-lo解：

（题意有修改低转化率下聚合动力学方程:

2/12/lIkfkMkRtdppII丿丿tIkfkkMMtdp2/12/IO/IIIJK=tdpkfkkkInln（1MIIktMC-x=x=-（1当聚合时间固定时,C与单体初始浓度