高分子化学思考题答案Word格式.docx
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(1)单体:
能够形成聚合物中结构单元的小分子化合物。
高分子:
由许多结构相同的简单的单元通过共价键重复连接而成的相对分子质量很大的化合物。
由于对大多数高分子而言,其均由相同的化学结构重复连接而成,故也成为聚合物或高聚物。
(2)碳链聚合物:
聚合物主链完全由碳原子构成的聚合物。
杂链聚合物:
主链除碳外还含有氧、氮、硫等杂原子的聚合物。
元素有机聚合物:
主链不含碳,而侧基由有机基团组成的聚合物。
无机高分子;
主链和侧基均无碳原子的高分子。
(3)主链:
贯穿于整个高分子的链称为主链。
侧链:
主链两侧的链称为侧链。
侧基:
主链两侧的基团称为侧基。
端基:
主链两端的基团称为端基。
(4)结构单元:
高分子中多次重复的且可以表明合成所用单体种类的化学结构。
重复单元:
聚合物中化学组成相同的最小单位,又称为链节。
单体单元:
聚合物中具有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元。
(5)聚合度:
高分子链中重复单元的数目称为聚合度。
相对分子质量:
重复单元的相对分子质量与聚合度的乘积即为高分子的相对分子质量。
对于高分子来说,通过聚合反应获得每一大分子相对分子质量都相同的聚合物几乎是不可能的,这种聚合物相对分子质量的多分散性又称为聚合物相对分子质量分布,可用重均相对分子质量与数均相对分子质量的比值表示其分布宽度。
(6)加聚反应:
单体通过相互加成而形成聚合物的反应。
缩聚反应:
带有多个可相互反应的官能团的单体通过有机化学中各种缩合反应消去某些小分子而形成聚合物的反应。
连锁聚合:
在链引发形成的活性中心的作用下,通过链增长、链终止、链转移等基元反应在极短时间内形成高分子的反应。
逐步聚合:
通过单体上所带的能相互反应的官能团逐步反应形成二聚体、三聚体、四聚体等,直到最终在数小时内形成聚合物的反应。
(7)加聚物:
通过加成聚合获得的聚合物,其重复单元与单体分子式结构相同、仅电子结构
不同,同时聚合物相对分子质量是单体相对分子质量的整数倍。
缩聚物:
通过缩聚反应得到的聚合物。
低聚物:
相对分子质量在102-104的分子。
2.
从转化率和时间的关系看:
连锁聚合,单体转化率随时间延长而逐渐增加;
逐步聚合,反应初期单体消耗大部分,随后单体转化率随时间延长增加缓慢。
从相对分子质量与转化率关系看:
连锁聚合,在任何时刻均生成高分子量的聚合物;
逐步聚合,反应初期只生成低聚物,随转化率增加,聚合物相对分子质量逐渐增加,高分子量的聚合物需数十小时才能生成。
3.绝大多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合,如聚甲基丙烯酸甲酯的合成、聚苯乙烯的
合成,都属于加聚和连锁聚合。
但反过来,并不是所有的连锁聚合都是加聚反应,如3-甲基-1-丁烯的聚合,反应是连锁聚合,但由于发生氢转移,其最终产物不是加聚物,不属于加聚反应。
绝大多数缩聚反应属于逐步聚合反应。
如尼龙-6,6的合成,反过来,不是所有逐步聚合都属缩聚反应,如聚氨酯的合成,属逐步聚合,但产物却是加聚产物。
4.
(1)天然无机高分子:
石棉、金刚石、云母
天然有机高分子:
纤维素、土漆、天然橡胶生物高分子:
蛋白质、核酸
聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯
聚甲醛、聚酰胺、聚酯(3)塑料:
pe、pp、pvc、ps
橡胶:
丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶化学纤维:
尼龙、聚酯、腈纶、丙纶
功能高分子:
离子交换树脂、光敏高分子、高分子催化剂5.
(1)
nchf氟乙烯
ch3ch3
ch2f
聚氟乙烯
ch3
ch2ch3
(2)
nch2
(3)
异丁烯聚异丁烯
3ch3
ch2cnch2cooch3cooch
3
甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯
(4)
n(ch2)5cooh
h
(ch2)5cooh
w-羟基己酸聚w-羟基己酸
(5)
n2ch2ch2och2ch2ch2环氧丙烷聚环氧丙烷
6.
(1)
nh2ccooch3nchococh3
cch2ch3
ch2cooch3ch2ococh3
加聚反应、连锁聚合
丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯
醋酸乙烯聚醋酸乙烯
nchch2ch2ch3
加聚、连锁聚合
异戊二烯聚异戊二烯
nnh2(ch2)6nh2+n(ch2)42)6nhoc(ch2)4
己二胺己二酸尼龙-66(聚己二酰己二胺)
逐步、聚合缩聚
+-
n2)5nh(ch2)5conh(ch2)5co逐步聚合开环聚合连锁聚合开环聚合
己内酰胺尼龙-6
7.
nchch2
(2)
nchch3nff
ch2ch3nff
+mch2chch2ch2(3)(4)
nch2chchch2
nch2chch2
2
(6)
nchcnnhooc
ch2cn
cooh+nhoch2ch2oh
coch2ch2on
(7)
(8)
nh2n(ch2)6nh2+n(ch2)8cooh
nh(ch2)6nhoc(ch2)8coch3
oo(9)
ncocl2+nho
oho
(10)
nocnrnco+nhoroh
8.
①聚乙烯m0=28,dp=2143~10714。
②聚氯乙烯m0=62.5,dp=800~2400。
③尼龙-6,6m0=226,dp=53~80。
④维尼纶m0=86,dp=698~872。
⑤天然橡胶m0=68,dp=2941~5882。
⑥顺丁橡胶m0=52,dp=4808~5769。
从相对分子质量和聚合度来比较,三者的关系为:
橡胶>塑料>纤维。
n
第三章自由基聚合习题
1.举例说明自由基聚合时取代基的位阻效应、共轭效应、电负性、氢键和溶剂化对单体聚合热的影响。
2.什么是聚合上限温度、平衡单体浓度?
根据表3-3数据计算丁二烯、苯乙烯40、80oc自由基聚合时的平衡单体浓度。
3.什么是自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合?
4.下列单体适合于何种机理聚合:
自由基聚合,阳离子聚合或阴离子聚合?
并说明理由。
ch2=chcl,ch2=ccl2,ch2=chcn,ch2=c(cn)2,ch2=chch3,ch2=c(ch3)2,ch2=chc6h5,cf2=cf2,ch2=c(cn)coor,ch2=c(ch3)-ch=ch2。
5.判断下列烯类单体能否进行自由基聚合,并说明理由。
ch2=c(c6h5)2,clch=chcl,ch2=c(ch3)c2h5,ch3ch=chch3,ch2=c(ch3)cooch3,ch2=chococh3,ch3ch=chcooch3。
6.对下列实验现象进行讨论:
(1)乙烯、乙烯的一元取代物、乙烯的1,1-二元取代物一般都能聚合,但乙烯的1,2-取代物除个别外一般不能聚合。
【篇二:
第四版《高分子化学》思考题课后答案_潘祖仁】
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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
xn
表示。
2.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。
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。
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。
聚合物聚氯乙烯聚苯乙烯涤纶
尼龙66(聚酰胺-66)聚丁二烯天然橡胶
聚合物
分子量/万
结构单元分子
dp=n
特征
结构式(重复单元)
-[-ch2chcl-]-n-[-ch2ch(c6h5)-]n
-[-och2ch2o?
occ6h4co-]n-[-nh(ch2)6nh?
co(ch2)4co-]n-[-ch2ch=chch2-]n-[ch2ch=c(ch3)ch2-]n
量/万
塑料聚氯乙烯聚苯乙烯纤维涤纶聚酰胺-66橡胶顺-聚丁二烯
天然橡胶
5~1510~301.8~2.31.2~1.8
25~3020~40
62.510460+132=192114+112=226
5468
800~2400960~2900(962~2885)
94~12053~804600~5600(4630-5556)2900~5900(2941-5882)
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。
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、增长、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。
非极性,高分子量才赋予高弹性和强度
极性,低聚合度就有足够的强度
足够的聚合度,才能达到一定强度,弱极性要求较高聚合度。
a.ch2=chfb.ch2=c(ch3)2?
?
c.ho(ch2)5cooh
e.nh2(ch2)6nh+hooc(ch2)4cooh
序号
单体
d.ch2-ch2||
ch2-o
abcd
ch2=chf氟乙烯ch2=c(ch3)2异丁烯ho(ch2)5cooh?
-羟基己酸ch2ch2ch2o丁氧环└—-——──┘
-[-ch2-chf-]-n聚氟乙烯
-[-ch2-c(ch3)2-]-n聚异丁烯-[-o(ch2)5co-]-n聚己内酯-[-ch2ch2ch2o-]-n
聚氧三亚甲基
-[-nh(ch2)6nhco(ch2)4co-]-n聚己二酰己二胺(聚酰胺-66,尼龙66)
enh2(ch2)6nh己二胺+hooc(ch2)4cooh己二酸
6.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?
——a.[ch]n2=c(ch3)2答:
——c.[nh(ch2)5co]n
—b.[nh(ch2)6nhco(ch2)4co]—n—d.[ch]n2c(ch3)=chch2—
连锁、逐步聚合
序号单体聚合物加聚、缩聚或开环聚合
ab
ch2=c(ch3)2异丁烯nh2(ch2)6nh2己二胺、hooc(ch2)4cooh己二酸
聚异丁烯聚已二酰己二胺,尼龙66尼龙6
加聚缩聚
连锁逐步
cnh(ch2)5co己内酰胺└————┘
开环逐步(水或酸作催化剂)或连锁(碱作催化剂)
d
ch2=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:
聚丙烯腈、天然橡胶、丁苯橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷。
聚丙烯腈:
丙烯腈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ch2o
+o2
on
oh3
聚苯醚:
2,6二甲基苯酚
聚四氟乙烯:
四氟乙烯cf2=cf2→2
ch3cl-si-cl
聚二甲基硅氧烷:
二甲基硅氧烷
o-si
8.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。
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。
聚合物纤维橡胶塑料
涤纶尼龙-66顺丁橡胶硅橡胶聚乙烯聚氯乙烯
聚合度90~12050~80~50005000~1万1500~1万600~1600
tg/℃6950-108-123-12581
tm/℃258265--40130-
分子特性极性强极性非极性非极性非极性极性
聚集态晶态晶态高弹态高弹态晶态玻璃态
机械性能高强高模量高强高模量低强高弹性低强高弹性中强低模量中强中模量
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(130℃);
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(175℃),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?
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。
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。
第二章参考答案
3.己二酸与下列化合物反应,那些能形成聚合物?
解:
己二酸为2官能度单体,f=2。
a.乙醇:
2-1体系不能形成聚合物,生成己二酸二乙酯。
b.乙二醇:
2-2体系形成线形聚合物,即聚己二酸乙二醇酯。
c.甘油:
2-3体系形成体型聚合物。
d.苯胺:
2-1体系不能形成聚合物,生成己二酰二苯胺。
e.己二胺:
2-2体系形成线形聚合物,即己二酰二胺或称尼龙-66。
5.下列多对单体进行线形缩聚:
己二酸和己二醇。
己二酸和己二胺,己二醇和对苯二甲酸,己二胺和对苯二甲酸。
简明给出并比较缩聚物的性能特征。
⑴.己二酸和己二醇:
形成线形聚酯。
分子中无氢键,且分子柔软,所以,聚合物的熔点低,强度小,且不耐溶剂,易水解,不能用作结构材料。
但可作为聚氨酯的预聚物、药物载体、可降解的缝合线等。
⑵.己二酸和己二胺:
形成线形聚酰胺,即尼龙-66。
其有较高的结晶度、熔点和强度,可以用作高强度的合成纤维和工程塑料。
⑶.己二醇和对苯二甲酸:
形成线形芳香聚酯,即涤纶聚酯,苯环的存在,提高了聚酯的刚性、强度和熔点,亚乙基赋予聚酯的柔性,使涤纶聚酯成为合成纤维的第一大品种。
⑷.己二胺和对苯二甲酸:
形成半芳胺,即尼龙-6t,其热稳定性好,熔点高。
6.简述线形缩聚中的成链和成环倾向。
选定下列单体中的m值,判断其成环倾向。
在线形缩聚时,单体及中间产物有成环倾向,一般,五、六元环的结构比较稳定,易成环;
另外单体浓度对成环倾向也有影响,因成环是单分子反应,缩聚是双分子反应,因此,低浓度有利于成环,高浓度有利于线形缩聚而成链。
⑴.氨基酸:
当m当m?
?
1时,经双分子缩合后,易形成六元环。
甘氨酸形成甘氨酸酐。
2时,经消去反应,可能形成丙烯酸。
当m?
3or4时,分子内形成酰胺后,易形成五、六元环。
【篇三:
高分子化学第课后答案】
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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。
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x
聚合物(p
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