高分子科学教程答案_韩哲文

《高分子化学》习题与解答第一章、绪论习题与思考题１.写出下列单体形成聚合物的反应式。注明聚合物的重复单元和结构单元，并对聚合物命名，说明属于何类聚合反应。（1）CH2=CHCl;（2）CH2＝C(CH3)2;（3）HO(CH2)5COOH;（4）;（5）H2N(CH2)10NH2+HOOC(CH2)8COOH;（6）OCN(CH2)6NCO+HO(CH2)2OH;２.写出下列聚合物的一般名称、单体和聚合反应式。（1）（2）（3）（4）（5）（6）３.写出合成下列聚合物的单体和聚合反应式：（1）聚丙烯晴（2）丁苯橡胶（3）涤纶（4）聚甲醛（5）聚氧化乙烯（6）聚砜４.解释下列名词：（1）高分子化合物，高分子材料（2）结构单元，重复单元，聚合度；（3）分子量的多分散性，分子量分布，分子量分布指数；（4）线型结构大分子，体型结构大分子；（5）均聚物，共聚物，共混物；（6）碳链聚合物，杂链聚合物。５.聚合物试样由下列级分组成，试计算该试样的数均分子量nM和重均分子量wM及分子量分布指数。级分重量分率分子量10.51×10420.21×10530.25×105CH2CH2CH2O[CH2C]nCH3COOCH3[CH2CH]nCOOCH3[CH2C=CHCH2]nCH3[OCOC]OCH3CH3n[NH(CH2)6NHOC(CH2)4CO]n[NH(CH2)5CO]n40.11×106６.常用聚合物分子量示例于下表中。试计算聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙－66、顺丁橡胶及天然橡胶的聚合度，并根据这六种聚合物的分子量和聚合度认识塑料、纤维和橡胶的差别。塑料分子量（×104）纤维分子量（×104）橡胶分子量（×104）聚氯乙烯5～10涤纶1.8～2.3顺丁橡胶25～30聚苯乙烯10～30尼龙－661.2～1.3天然橡胶20～40７.高分子化合物的制备方法有哪几类？试分别举例说明之。８.高分子科学的主要研究内容是什么？为什么说它既是一门基础科学，也是一门应用科学？习题与思考题１.解：(1)加聚反应ClnCH2CHCl[CH2CH]n结构单元和重复单元都是：CH2CHCl(2)加聚反应CH3nCH2C(CH3)2CH3[CH2CH]n结构单元和重复单元都是：CH2CHCH3CH3(3)缩聚反应O[O(CH2)5C]nnHO(CH2)5COOH结构单元和重复单元都是OO(CH2)5C(4)开环聚合反应[CH2CH2CH2O]nnCH2CH2CH2O结构单元和重复单元都是：CH2CH2CH2O（5）缩聚反应OO[HN(CH2)10NHC(CH2)8C]HOOC(CH2)8COOHnH2N(CH2)10NH2+结构单元：HN(CH2)10NH和OOC(CH2)8C(6)加聚反应OO[CNH(CH2)6NHCO(CH2)2O]nnOCN(CH2)6NCO+HO(CH2)2OH结构单元：CNH(CH2)6NHCOO和O(CH2)2O]n重复单元：CNH(CH2)6NHCOOO(CH2)2O]n２.解:（1）聚甲基丙烯酸甲酯单体为甲基丙烯酸甲酯(2)聚丙烯酸甲酯单体为丙烯酸甲酯nCH2CH(COOCH3)[CH2CH]nCOOCH3(3)聚己二酸乙二酯（尼龙66）单体为乙二胺和乙二酸H2N(CH2)6NH2nHOOC(CH2)4COOH+H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nOH+(2n-1)H2OnCH2C(CH3)(COOCH3)[CH2C]nCH3COOCH3(4)聚己内酰胺单体为己内酰胺或氨基己酸NH(CH2)5CO[NH(CH2)5CO]nn或nH2N(CH2)6COOHH[NH(CH2)5CO]nOH+(n-1)H2O(5)聚异戊二烯单体为异戊二烯nCH2C(CH3)CHCH2[CH2C(CH3)CHCH2]n(6)聚碳酸酯单体为双酚Ａ和光气CnHOOHCH3CH3+nCOCl2CH3CH3CH[OOC]ClOn+(2n-1)HCl3.解：(1)单体为丙烯腈CHCHCNCHCHCN[]nn(2)单体为丁二烯和苯乙烯CH2CHCHCH2CHCH2CH2CHCHCH2CHCH2+CH2CHCHCH2CHCH2[]nnn(3)单体为对苯二甲酸和乙二醇CH3OCCOCH3+HOCH2CH2OHHOCH2CH2OCCOCH2CH2OHOOOOCH3OH1[OCHCHCC]nOOHOCH2CH2OH--2(4)单体为甲醛[CH2O]nnCH2O(5)单体为环氧乙烷或单体为乙二醇或单体为氯乙醇(6)单体为４.解：（7）高分子化合物，高分子材料；高分子化合物指的是由多种原子以相同的，多次重复的结构单元通过共价键连接起来的，分子量是104~106的大分子所组成的化合物。高分子材料（8）结构单元，重复单元，聚合度；构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合称为结构单元。聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元。高分子链中重复单元的重复次数称为聚合度。（9）分子量的多分散性，分子量分布，分子量分布指数；聚合物是分子量不等的同系物的混合物，其分子量或聚合度是一平均值。这种分子量的不均一性称为分子量的多分散性分子量多分散性可用分子量分布曲线表示。以分子量为横坐标，以所含各种分子的重量或数量百分数为纵坐标，即得分子量的重量或数量分布曲线。分布指数用来表示分子量分布宽度，定义为：D=MwMn。（10）线型结构大分子，体型结构大分子；线型高分子是由长的骨架原子组成的，也可以有取代侧基。通常可以溶解在溶剂中，固态时可以是玻璃态的热塑性塑料，有的聚合物在常温下呈柔顺性材料，也有的是弹性体。高分子链间产生化学结合可以生成交联或网状高分子。（11）均聚物，共聚物，共混物；由一种单体聚合而成的聚合物叫做均聚物由两种或两种以上的单体聚合而成的聚合物叫做共聚物两种或更多聚合物机械混合在一起叫做高分子共混物，能将两种或多种聚合物性质综合在一起。（12）碳链聚合物，杂链聚合物。骨架原子都是碳原子的高分子又称碳链高分子主链骨架中还含有非碳原子又称杂链高分子。5．解：wM=分子量×重量分数=1×104×0.5＋1×105×0.2＋5×105×0.2＋1×106×0.1=2.25×105nM=46554109.11011.01052.01012.01015.01NWD=84.11nwMM６.解：聚合物单体分子量或重复单元分子量nX分子量（×104）聚氯乙烯62.5806～24195～15聚苯乙烯104962～288510～30涤纶19294～1201.8～2.3尼龙6622653～57.51.2～1.3顺丁橡胶544630～555625～30天然橡胶682921～588220～40７.解：由小分子化合物单体制备聚合物的反应主要分成三类，它们是缩合反应、加成反应和开环反应。还有另一种是由高分子化合物，经转化反应，生成另外一种结构和性能不同的新高分子化合物下面举例说明：⑴缩合反应：己二胺和己二酸缩合反应生成尼龙－66H2OHNHCH26NHCOCH24OHCOnH2NCH2NH26+HOCOCH24COOH⑵加聚反应：苯乙烯聚合nCH2=CHCH2CHn⑶开环聚合：三氧六环开环聚合生成聚甲醛CH2OOCH2OCH2´ß»¯¼ÁCH2On⑷高分子转化反应：维尼纶的工业制备CH3OHCH2CH~~~~~~OHCH2OOCHCH2OCH2CHCH2~~~~~~OCOCH3CH2=CHnCH2CH~~~~~~OCOCH3８.解：高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学，就其广义来说。还包括聚合物的结构和性能。第二章、逐步聚合的习题与思考题1.写出由下列单体经缩聚反应形成的聚酯结构：(1)HORCOOH；(2)HOOCRCOOH＋HOR'OH；(3)HOOCRCOOH＋R'(OH)3；(4)HOOCRCOOH＋HOR'OH＋R''(OH)3；(2)、(3)、(4)三例中聚合物的结构与反应物相对量有无关系？若有关系请说明之。2.苯酚～甲醛缩聚体系的平衡常数K为1000，聚酯体系的K仅为4～10。如何从这两个数值来说明这两个缩聚体系生产条件的不同？3.计算等物质量己二酸和己二胺在反应程度P为0.500、0.800、0.900、0.950、0.970、0.980、0.990和0.995时的nX及数均分子量。4.等物质量比的乙二醇和对苯二甲酸于280℃进行缩聚反应。已知平衡常数K＝4.9。如达平衡时所得聚酯的nX＝30。问此时体系中残存小分子分数为多少？若要求nX达100，体系中残存小分子分数为多少？5.等物质量的二元酸和二元胺于某温度下在封闭体系中进行缩聚，平衡常数K＝400。问该体系中产物的nX最大能达多少？6.1mol的己二酸与1mol的乙二醇进行聚酯化反应时，共分出水20g，求反应程度和产物的nX值。7.等摩尔二元醇和二元酸经外加酸催化缩聚，试证明P从0.98到0.99所需时间与从开始到P=0.98所需的时间相近。8.由己二酸和己二胺合成聚酰胺，分子量约15000，反应程度为0.995，试求原料比。若分子量为19000，求原料比。9.等摩尔二元醇与二元酸缩聚，加入1.5mol%乙酸（以二元酸计），P=0.995或0.999时，聚酯的nX为多少？加入1mol%乙酸时，结果又如何？10.尼龙1010是根据1010盐中过量的癸二酸控制分子量，如要求分子量为2万，问1010盐的酸值(以mgKOH/g计)应为多少？11.等物质量的己二胺和己二酸反应时，画出P=0.990和0.995时的分子量数量分布曲线和重量分布曲线，并计算数均聚合度和重均聚合度，比较两者的分子量分布宽度。12.试用Flory分布函数计算单体、二聚体及四聚体在反应程度为0.5及1时的理论百分含量。13.为什么缩聚物的分子量一般都不高？为提高缩聚物的分子量，在生产中通常采取哪些措施？14.解释下列名词：(1)均缩聚、混缩聚、共缩聚；(2)平衡缩聚、非平衡缩聚；(3)反应程度、转化率；(4)摩尔系数、过量百分数；(5)体型缩聚、凝胶点；(6)无规预聚体、结构预聚体。15.以HORCOOH为原料合成聚酯，若此羟基酸及反应生成物上的－COOH的介离度K相同，反应开始时系统pH＝2，反应一定时间后pH＝3，问此时之反应程度P和聚合度nX为多少？16.12－羟基硬脂酸在433.5K下熔融缩聚，已知其反应混合物在不同时间下的[COOH]数据如下：t/h00.51.01.52.02.53.0[COOH]/mol/dm33.11.30.830.610.480.400.34(1)求上述反应条件下的反应速率常数k。(2)该反应是否加了催化剂？(3)反应1小时和5小时的反应程度各为多少？17.请归纳体型缩聚中产生凝胶的充分和必要条件。18.试按Carothers法及统计法计算下列混合物的凝胶点：（1）邻苯二甲酸酐与甘油或季戊四醇，分子比分别为3:2；2:1（2）邻苯二甲酸酐与甘油分子比为1.50:0.98（3）邻苯二甲酸酐、甘油与乙二醇分子比为1.50:0.99:0.00219.要合成分子链中含有以下特征基团的聚合物，应选用哪类单体，并通过何种反应聚合而成？(1)－OCO－(2)－NH－CO－(3)－HNCOO－(4)－OCH2CH2－解答：１.解：(1)n[ORCO](2)[OCRCOORO],n其所得产物数均聚合度与两官能团摩尔数之比r(r≤1)和反应程度P之间有Xn=1+r1+r-2rp的关系。(3)设反应物二酸和三醇的相对摩尔比为x①当x≤3/2时，r=2x/3(r≤1)。由公式Po=[r+rp(f-2)]1/21得x23Po=令Po≥1，则X≤3/4时，所得产物是端基主要为羟基的非交联支化分子。②当x≥3/2时，r=3/2x(r≤1)。同理得x3Po=令Po≥1,则x≥3。即当x≥3时，所得产物是端基主要为羧基的非交联支化分子。③综合①和②得3/4＜x＜3时，所得产物是交联体型分子。(4)设二酸∶二醇∶三醇（摩尔比）=x∶y∶1，则①2x3+2y1时⑴f=4xx+y+1由Carothers方程得P