高分子物理习题答案.pdf
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1、高分子物理习题集-答案第一章第一章 高聚物的结构高聚物的结构4 4、高分子的构型和构象有何区别如果聚丙烯的规整度不高,是否可以通过单键、高分子的构型和构象有何区别如果聚丙烯的规整度不高,是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度的内旋转提高它的规整度答:构型:分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。这种排列是稳定的,要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。构象的改变速率很快,构象时刻在变,很不稳定,一般不能用化学方法来分离。不能。提高聚丙烯的等规度须改变构型,而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化,改变构象
2、只需克服单键内旋转位垒即可实现,而且分子中的单键内旋转是随时发生的,构象瞬息万变,不会出现因构象改变而使间同 PP(全同 PP)变成全同 PP(间同 PP);而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。5 5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。答:按照 IUPAC 有机命名法中的最小原则,CH3在 2 位上,而不是 3 位上,即异戊二烯应写成1CHCH2 22C CCHCH3 33CHCH4CHCH2 2(一)键接异构:主要包括1,4-加成、1,2-加成、3,4-加成三种键接异构体。CHCHCHCH2 2n nCHCHC CCHC
3、H2 2CHCH2 2CHCH3 3n nCHCH2 2C CCHCH3 3CHCHCHCH2 2n nCHCH2 2C CCHCH3 31,4-加成1,2-加成3,4-加成(二)不同的键接异构体可能还存在下列 6 中有规立构体。顺式 1,4-加成CH3CCH2CHCH2CH2CCH3CHCH2反式 1,4-加成CH3CCH2CCH2HCH3CCH2CCH2H1,2-加成全同立构CHCH2HCHCCH3HCHCHCH2CCH3HCHCHCH2CCH31,2-加成间同立构RHCHCCH3HCHCH3CHCHRCCH3R=CHCH2R3,4-加成全同立构CHCH2 2C C CHCH3 3HCCH
4、HCHCH2 2C C CHCH3 3CHHCHCHCH2 2C C CHCH3 3CHHCH3,4-加成间同立构RHCHHHCHCHCRCHHR=CCHCH3 3CHCH2R6 6分子间作用力的本质是什么影响分子间作用力的因素有哪些试比较聚乙烯、分子间作用力的本质是什么影响分子间作用力的因素有哪些试比较聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙-66-66)、聚丙烯酸各有那些分子间作用力、聚丙烯酸各有那些分子间作用力答:分子间作用力的本质是:非键合力、次价力、物理力。影响因素有:化学组成、分子结构、分子量、温度、分子间距离。PE、PP 是非极性聚合物,其分子间作用力
5、为:色散力;PVC 是极性分子,其分子间作用力为:静电力、诱导力、色散力;尼龙-66 是极性分子,结构为H HO OH HN NCHCH2 26 6N NC CCHCH2 24 4O OC Cn n其分子间作用力为:静电力、诱导力、色散力,氢键;聚丙烯酸是极性分子,结构为CHCH2 2O OC COHOHC CH Hn n其分子间作用力为:静电力、诱导力、色散力,氢键。7 7下列那些聚合物没有旋光异构,并解释原因。下列那些聚合物没有旋光异构,并解释原因。A A聚乙烯聚乙烯 B B聚丙烯聚丙烯 C C1 1,4-4-聚异戊二烯聚异戊二烯 D D3 3,4-4-聚丁二烯聚丁二烯E E聚甲基丙烯酸甲
6、酯聚甲基丙烯酸甲酯 F F硫化橡胶硫化橡胶CHCH2 2CHCH2 2答:A)聚乙烯,每个 C 原子上对称取代两个氢原子,分n n子内无手性碳原子(或称不对称碳原子)。所以聚乙烯没有旋光异构体存在。B)聚丙烯,结构单元为-CH2-CHCH3-,每个结构单元存在一个手性碳原子,所以聚丙烯具有旋光异构。C)1,4-聚异戊二烯,分子中存在孤立双键,有顺反异构,无旋光异构。D)3,4-聚丁二烯,有旋光异构性。E)聚甲基丙烯酸甲酯,有旋光异构性。F)硫化橡胶,无手性碳原子,无旋光异构。8 8何谓大分子链的柔顺性试比较下列高聚物大分子链的柔顺性,并简要说明理何谓大分子链的柔顺性试比较下列高聚物大分子链的柔
7、顺性,并简要说明理由。由。1 14 4O O2 2CHCHC CCHCH2 2O On n2 2O OCHCH2 2C CCHCHn n3 3CHCH2 2C CCHCH2 22 2O OCHCH5 5n n3 3CHCHC CN NCHCH2 2C CH HClClCHCH2 2n nn n答:高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。这些大分子链的柔顺性排序(按柔顺性依次减小排列):(2)(1)(3)(4)(5)理由:聚异戊二烯分子中含有孤立双键,孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小,分子柔顺性最好,因为键角较大(120o)且双键上只有一个取代基或一个 H。聚乙烯是结构规整的分子,氢原子体积小
8、,分子柔顺性也较好聚氯乙烯含有极性侧基Cl,分子间相互作用力较大,分子柔顺性变差聚对苯二甲酸乙二醇酯主链中含有苯环,使分子链柔顺性更差聚丙烯腈含有强极性侧基,分子间作用力非常大,内旋转位垒高,分子链柔顺性最差。9 9、写出下列各组高聚物的结构单元,比较各组内几种高分子链的柔性大小,并、写出下列各组高聚物的结构单元,比较各组内几种高分子链的柔性大小,并说明原因。说明原因。1 1)聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯)聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯2 2)聚乙烯,聚乙炔,顺式)聚乙烯,聚乙炔,顺式 1 1,4 4 聚丁二烯聚丁二烯3 3)聚丙烯,聚氯乙烯,聚丙烯腈)聚丙烯,聚氯乙烯,聚丙烯腈4 4)聚丙烯,聚异丁烯
9、)聚丙烯,聚异丁烯5 5)聚氯乙烯,聚偏氯乙烯)聚氯乙烯,聚偏氯乙烯6 6)聚乙烯,聚乙烯咔唑,聚乙烯基叔丁烷)聚乙烯,聚乙烯咔唑,聚乙烯基叔丁烷7 7)聚丙烯酸甲酯,聚丙烯酸丙酯,聚丙烯酸戊酯)聚丙烯酸甲酯,聚丙烯酸丙酯,聚丙烯酸戊酯8 8)聚酰胺)聚酰胺 6666,聚对苯二甲酸对苯二胺,聚对苯二甲酸对苯二胺9 9)聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯答:1)结构单元分别为:柔顺性比较如下:柔性由大到小:聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯原因:三种高聚物主链结构相同,侧基取代基体积越大,分子链柔性越小。2)结构单元分别为:柔顺性比较如下:柔性由大到小:顺式
10、 1,4 聚丁二烯聚乙烯聚乙炔原因:顺式 1,4 聚丁二烯主链中含有孤立双键,柔性较大,而聚乙炔分子主链上则是共轭双键,分子刚性很大。3)结构单元分别为:柔顺性比较如下:柔性由大到小:聚丙烯聚氯乙烯聚丙烯腈原因:主链结构相同,侧基取代基极性-CN-Cl-CH3,取代基极性越大,分子间相互作用力越大,分子链柔顺性越差,刚性越大。4)结构单元分别为:柔顺性比较:柔性由大到小:聚异丁烯聚丙烯原因:聚异丁烯两个甲基对称双取代,使分子链柔性增加。5)结构单元分别为:柔性:聚氯乙烯聚乙烯基叔丁烷聚乙烯咔唑原因:主链结构相同,侧基取代基的体积大的分子链柔性差。7)结构单元分别为:柔顺性:聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸
11、丙酯聚对苯二甲酸对苯二胺原因:PPTA 主链中含有苯环,分子链刚性大。9)结构单元分别为:柔顺性:聚对苯二甲酸乙二醇酯 维尼纶 PVA要进行 PVA 缩甲醛反应:是将水解制备的 PVA 溶解于热水中,经过纺丝、拉伸形成部分结晶的纤维(晶区不溶于水,但是无定型区亲水,且能溶胀),在酸做催化剂,使纤维与甲醛缩合反应。由于几率效应,缩醛化并不完全,尚有孤立的羟基存在。第三章高聚物的分子量及其分子量分布4 4今有分子量为今有分子量为 1101104 4和和 5 510104 4的两种高聚物,试计算:的两种高聚物,试计算:A A在分子数相同的情况下共混时的在分子数相同的情况下共混时的Mn和和Mw。B B
12、在重量相同的情况下共混时的在重量相同的情况下共混时的Mw和和Mn。答案:A:在分子数相同的的情况下共混时N(11045104)3104Mn2NMwn Mn Miiii2iiNMi2NMiii110451042211051044 4.33104B:在重量相同的情况下共混时Mnmn2www110451041.67104niMi2wiMiw 1104 w 5104 3104MwiiniMiwi2wii注:式中 N 指分子数;i指 i 分子的摩尔数;w 指重量;nmi niMi i分子的质量 i分子的摩尔数 i分子的分子量5 5在在 2525的的溶液中测得浓度为溶液中测得浓度为7.36kg/m7.36
13、kg/m3 3的聚氯乙烯溶液渗透压数据为的聚氯乙烯溶液渗透压数据为270Pa270Pa,求此试样的分子量和第二维利系数,求此试样的分子量和第二维利系数 A A2 2(R=KR=Kmolmol),并指出所得分子量,并指出所得分子量是何种统计平均值。是何种统计平均值。答案:对于高分子溶液,膜渗透压、分子量及溶液浓度之间有如下关系:1 RT(A2C)CM因为是溶液,所以 A2=0(摄氏温度换算成开尔文温度为:25+=)4RTC8.314298.157.361036.7510(g/mol)因此,分子量为M,是数均分子量。6.75104(g/mol)2708 8今有聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液,初始浓度今有
14、聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液,初始浓度 C0=0.1190g/100mlC0=0.1190g/100ml,在,在 2525测测出溶剂的平均流出的时间出溶剂的平均流出的时间 t0=t0=秒,溶液的流出时间测定如下:秒,溶液的流出时间测定如下:1C1C2C31C21C31C4试求特性黏度试求特性黏度 ,然后用下面公式计算平均分子量,然后用下面公式计算平均分子量答案:将已知条件列表:1C1C 4.68105M0.772C31C21C31C4t t(平均平均)trt01sprC C(g/mlg/ml)lnrCspC利用表中数据作图,将上图两条直线推至 C=0 处,得出截距根据公式:所以:465.0mL/g
15、 4.68105M0.77465 4.68105M0.77Mv1.22109因此,粘均分子量1111从高分子溶液的光散射、渗透压和黏度的测定中,分别可以获得哪些有关从高分子溶液的光散射、渗透压和黏度的测定中,分别可以获得哪些有关高分子结构的信息高分子结构的信息答案:光散射法测重均分子量方法可以得到下列参数:Mw、A2、1、S2、h2膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数:Mn、A2、1、黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数:M、M、1212试举出三种热力学参数,用它们对聚合物溶解性能进行判断,在什么情况试举出三种热力学参数,用它们对聚合物溶解性能进行判断,在什么情况下溶剂是良溶剂、一般溶
16、剂、下溶剂是良溶剂、一般溶剂、溶剂、非溶剂。溶剂、非溶剂。答案:良溶剂1/2溶剂1/21A20T0T1=0T=0T1注:扩张因子是没讲的内容!=1PVC PVDF PIBPCPVC PVDF PIBB、所以 B 组高聚物的玻璃化温度大小比较如下:聚丙烯酸聚丙烯酸 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯 聚丙烯酸乙酯聚丙烯酸乙酯1010 天然橡胶的松弛活化能近似为天然橡胶的松弛活化能近似为 molmol(结构单元)(结构单元),试估计一块天然橡胶由试估计一块天然橡胶由 2727升温到升温到 127127时,其松弛时间缩短了几倍时,其松弛时间缩短了几倍答案:或者:0eERT30
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