2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——高分子材料合成與應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列單體中，不屬于烯類單體的是（）。A.乙烯B.丙烯C.苯乙烯D.丙烯腈2.在自由基聚合反應中，引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基的過程稱為（）。A.鏈增長B.鏈終止C.鏈轉(zhuǎn)移D.引發(fā)3.下列聚合物中，屬于熱塑性塑料的是（）。A.聚碳酸酯B.聚苯乙烯C.酚醛樹脂D.乙基纖維素4.下列哪種聚合反應屬于連鎖聚合？（）A.苯酚與甲醛的縮聚反應B.乙烯的加聚反應C.丙烯酸與丙烯腈的共聚反應D.腈綸的生產(chǎn)過程5.在高分子材料性能中，描述材料抵抗變形能力的是（）。A.強度B.韌性C.剛性D.硬度6.下列哪種改性方法屬于物理改性？（）A.聚合物共聚B.聚合物交聯(lián)C.增強纖維填充D.聚合物共混7.1,4-聚丁二烯橡膠的主要特性是（）。A.耐熱性好B.氣密性好C.彈性好D.化學穩(wěn)定性高8.高分子材料的熱變形溫度主要受（）因素影響。A.分子量B.晶度C.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度D.拉伸強度9.下列哪種方法不屬于聚合物溶液聚合？（）A.本體聚合B.懸浮聚合C.溶液聚合D.乳液聚合10.聚合物大分子鏈的構象主要取決于（）。A.分子量大小B.環(huán)境溫度C.分子鏈柔順性D.單體類型二、填空題（每空1分，共15分）1.聚合物的主要性能包括力學性能、熱性能、______、______、電性能和光學性能等。2.自由基聚合反應通常分為______、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和______四個基元反應。3.高分子材料的熱性能主要包括熔點、______、熱分解溫度和熱膨脹系數(shù)等。4.聚合物改性方法主要包括______、______、共混和填充等。5.聚合物的大分子鏈構象主要有線團構象、______和______等。6.資源化學中，石油化工是合成高分子材料的重要______來源。7.乳液聚合是在______中進行的聚合反應，產(chǎn)物通常是乳液。8.聚合物交聯(lián)后，其結構轉(zhuǎn)變?yōu)開_____結構，通常失去溶解性。9.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是聚合物從______轉(zhuǎn)變?yōu)開_____的轉(zhuǎn)變溫度。10.生物質(zhì)資源是合成高分子材料的可再生______來源。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述自由基聚合反應的引發(fā)機理。2.與熱塑性塑料相比，熱固性塑料具有哪些主要特點？3.簡述聚合物增塑的主要目的和方法。4.解釋什么是聚合物的結晶度及其對材料性能的影響。四、計算題（共10分）已知某自由基聚合反應活化能為100kJ/mol，指前因子為1.0x10^6L/(mol·s)，活化能指數(shù)為2.5。當反應溫度為70°C（343K）時，計算該聚合反應的速率常數(shù)。（阿伏伽德羅常數(shù)R=8.314J/(mol·K)，ln(2)≈0.693）五、論述題（共15分）結合資源化學專業(yè)特點，論述發(fā)展可降解高分子材料的重要意義及當前面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.D解析：乙烯、丙烯、苯乙烯是典型的烯類單體，含碳-碳雙鍵。丙烯腈（CH?=CH-CN）含碳-碳雙鍵和腈基，屬于雜鏈烯類單體，但與前三者分類略有不同，且常歸為含雜原子烯烴。在常見單體分類中，有時丙烯腈被視為與烯烴并列或略有區(qū)分，但相比乙烯、丙烯、苯乙烯，其“烯類”歸屬更特殊。題目可能意在考察最典型的烯烴。乙烯(A)、丙烯(B)、苯乙烯(C)均為典型的單烯烴。丙烯腈(D)雖然含有碳碳雙鍵，但含腈基，性質(zhì)與典型烯烴有差異，常被單獨列出或歸為含雜原子烯烴。若題目嚴格限定“單烯烴”，則丙烯腈可能不屬于。但在一般選擇題中，常將乙烯、丙烯、苯乙烯視為烯類代表。此題選項設置可能存在歧義，但D選項與其他三者結構差異最明顯。2.D解析：自由基聚合反應開始階段，需要將單體分子轉(zhuǎn)化為活性中心——自由基。這一過程通常由引發(fā)劑（或催化劑）提供能量（如熱、光、輻射）分解，產(chǎn)生初級自由基。這個過程在聚合機理中被稱為引發(fā)（Initiation）。3.B解析：熱塑性塑料在加熱時會軟化或熔融，可以加工成型，冷卻后固化，且此過程可反復進行。聚苯乙烯（Polystyrene,PS）是典型的熱塑性塑料，其分子鏈為無規(guī)聚苯乙烯鏈，在加熱時鏈段運動加劇，鏈間作用力減弱，導致材料軟化。聚碳酸酯（A）是熱塑性塑料。酚醛樹脂（C）是熱固性塑料。乙基纖維素（D）是纖維素醚，通常也作為熱塑性材料使用，但聚苯乙烯是更典型的代表。4.B解析：連鎖聚合（Chain-growthpolymerization）是指聚合反應通過活性中心（如自由基、陽離子、陰離子）的連續(xù)增長而進行的。乙烯（Ethylene,CH?=CH?）的聚合反應是通過自由基機理進行的，單體分子在自由基作用下不斷加成到活性自由基鏈端，形成高分子鏈，屬于典型的連鎖聚合。其他選項：A是縮聚反應（Step-growthpolymerization）；C可以是連鎖聚合（如陽離子或自由基聚合）；D腈綸（Acrylicfiber,如聚丙烯腈）生產(chǎn)過程主要是丙烯腈的加聚（連鎖聚合）。5.C解析：剛性（Rigidity）是指材料抵抗變形（尤其是彎曲或扭轉(zhuǎn)）的能力。這與材料的內(nèi)部分子鏈段運動能力、鏈間作用力以及結晶度等因素有關。強度（A）是抵抗斷裂的能力；韌性（B）是斷裂前吸收能量的能力；硬度（D）是抵抗局部壓入的能力。描述抵抗變形能力，尤其是抵抗彎曲變形，用剛性最為貼切。6.C解析：物理改性是指通過物理手段或在不改變聚合物化學結構（或只做少量物理變化）的情況下改善材料性能的方法。增強纖維填充（C）是將玻璃纖維、碳纖維等增強體加入聚合物基體中，通過物理嵌合作用提高材料的力學性能，不改變化學結構。其他選項：A共聚（Co-polymerization）是化學結構的改變；B交聯(lián)（Crosslinking）是化學鍵的形成，改變分子結構；D共混（Blending）是不同聚合物物理混合，化學結構不變，但屬于物理方法的一種，C更典型。7.C解析：1,4-聚丁二烯橡膠（Polybutadienerubber,BR）是由丁二烯（Butadiene）通過1,4-加成聚合得到的。根據(jù)丁二烯單體的結構，聚合后形成的聚合物主鏈具有柔順性，且含有順式-1,4結構（天然橡膠的主要結構），這種結構使得聚合物鏈段運動容易，分子間作用力相對較小，因此具有優(yōu)異的彈性。8.C解析：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（GlassTransitionTemperature,Tg）是聚合物從剛性、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿犴?、高彈態(tài)（或橡膠態(tài)）的宏觀轉(zhuǎn)變溫度。在此溫度以下，聚合物鏈段運動受限，表現(xiàn)出脆性或剛性；在此溫度以上，鏈段運動加劇，材料變得柔韌，易于變形。因此，Tg是決定聚合物使用溫度范圍的關鍵因素，直接反映了材料的熱性能表現(xiàn)。9.B解析：聚合物溶液聚合是指在單體溶解于良溶劑中進行的聚合反應。本體聚合（A）是無溶劑的；懸浮聚合（B）是單體分散在水中，以小液滴形式進行聚合，聚合發(fā)生在液滴內(nèi)部，不屬于溶液聚合；溶液聚合（C）是定義本身；乳液聚合（D）是在乳化劑作用下，單體分散在水中進行聚合，不屬于溶液聚合。因此，懸浮聚合不屬于溶液聚合。10.C解析：聚合物大分子鏈的構象（Conformation）是指分子鏈在三維空間中的形態(tài)，主要受分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)（內(nèi)旋轉(zhuǎn)障礙較?。┖玩滈g相互作用力的影響。分子鏈柔順性（ChainFlexibility）直接決定了鏈段能夠進行內(nèi)旋轉(zhuǎn)的程度和自由度，柔順性越高，鏈構象越復雜多樣。分子量（A）影響尺寸和強度；環(huán)境溫度（B）影響鏈段運動和Tg；環(huán)狀結構（影響鏈柔順性）和主鏈化學組成（影響鏈間作用力）是柔順性的決定因素，但柔順性是構象多樣性的直接原因。二、填空題（每空1分，共15分）1.密度，光學性能解析：聚合物的主要性能涵蓋物理、化學、力學、熱學等多個方面。力學性能包括強度、硬度、韌性、彈性等；熱性能如熔點、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱分解溫度等；此外還有密度、耐化學性、耐老化性、光學性能（透明度、折射率等）等。2.引發(fā)，鏈終止解析：自由基聚合反應的完整機理通常包括四個基元反應步驟：引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基（引發(fā)）；自由基進攻單體生成增長鏈自由基（鏈增長）；自由基之間發(fā)生碰撞終止鏈增長（鏈終止）；自由基與其他分子（單體、鏈自由基、聚合物、溶劑等）發(fā)生作用而改變活性中心（鏈轉(zhuǎn)移）。3.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度解析：聚合物熱性能是評價其使用溫度范圍的重要指標。主要的熱性能參數(shù)包括熔點（結晶聚合物）、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（非晶聚合物）、熱分解溫度和熱膨脹系數(shù)等。4.共聚，交聯(lián)解析：聚合物改性是改善或賦予聚合物特定性能的重要手段。主要方法包括：改變分子鏈結構（如共聚）；引入交聯(lián)點（如交聯(lián)）；改變分子量分布；物理手段（如填充、增強、共混）。5.直鏈構象，球狀構象解析：聚合物大分子鏈的構象根據(jù)主鏈構型、側(cè)基大小以及鏈間相互作用的不同，可以分為多種。常見的構象有線團構象（Randomcoilconformation）、直鏈構象（Extendedchainconformation，包括全伸直和部分伸直）、球狀構象（Sphericalconformation，如緊密卷曲）等。6.化學或原料解析：石油化工利用石油和天然氣等化石資源作為原料，通過一系列化學加工過程合成各種基本有機化工原料（如乙烯、丙烯、苯乙烯、苯酚、甲醇等），這些原料是合成絕大多數(shù)合成高分子材料的基礎。因此，石油化工是合成高分子材料的重要化學原料來源。7.水或水相解析：乳液聚合（Emulsionpolymerization）是指在乳化劑（Surfactant）和穩(wěn)定劑（Flocculent）存在下，單體以小液滴形式分散在水中進行的聚合反應。聚合反應發(fā)生在乳液液滴的液膜界面或液滴內(nèi)部。8.三維網(wǎng)絡解析：聚合物交聯(lián)（Crosslinking）是指在聚合物分子鏈之間引入化學鍵（交聯(lián)鍵），使得原本獨立的線性或支鏈分子鏈相互連接，形成三維空間網(wǎng)絡結構。這種三維網(wǎng)絡結構使得聚合物鏈段難以相互滑動，宏觀上表現(xiàn)出交聯(lián)聚合物（如硫化橡膠）的尺寸穩(wěn)定性和不可溶、不可熔的特性。9.玻璃態(tài)，高彈態(tài)（或橡膠態(tài)）解析：玻璃化轉(zhuǎn)變是聚合物從低溫時的玻璃態(tài)（Glassystate，分子鏈段運動被凍結，材料硬而脆）向高溫時的高彈態(tài)（ElasticorRubberstate，分子鏈段運動活躍，材料柔韌）的轉(zhuǎn)變過程。Tg是這一轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度。10.化學或資源解析：生物質(zhì)資源是指來源于生物體（植物、動物、微生物）的可再生資源，如淀粉、纖維素、木質(zhì)素、糖類、油脂等。通過化學轉(zhuǎn)化方法，可以將這些生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為單體或中間體，進而合成高分子材料，是替代傳統(tǒng)化石資源合成高分子材料的重要發(fā)展方向。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述自由基聚合反應的引發(fā)機理。解析：自由基聚合的引發(fā)過程是指利用外界能量（如熱、光、過氧化物等）使引發(fā)劑分子發(fā)生均裂，產(chǎn)生兩個帶有未成對電子的自由基的過程。對于可分解型引發(fā)劑（如過氧化物，如ROOR），在足夠高的溫度下會分解：ROOR→2RO?。產(chǎn)生的初級自由基（RO?）可以奪取單體分子上的氫原子（對于含有活潑氫的單體，如烯烴），生成自由基和穩(wěn)定分子：RO?+M→ROM+?M?；蛘叱跫壸杂苫苯舆M攻單體，生成自由基和聚合物小分子：RO?+M→ROM?。這樣，就啟動了鏈增長反應。2.與熱塑性塑料相比，熱固性塑料具有哪些主要特點？解析：熱固性塑料（Thermosetplastic）具有以下主要特點：①結構特點：分子間通過化學鍵交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡結構，結構穩(wěn)定。②加工性能：通常在加熱或加入固化劑后發(fā)生化學反應而固化成型，固化后只能一次成型，不能再熔融或溶解。③性能特點：固化后尺寸穩(wěn)定，耐熱性高，力學強度（尤其是耐蠕變性）好，電性能優(yōu)良。④應用：常用于制造要求高絕緣性、高耐熱性、高強度或尺寸穩(wěn)定的部件，如電器外殼、模具、軸承、管道等。3.簡述聚合物增塑的主要目的和方法。解析：聚合物增塑（Plasticization）的主要目的是降低聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），提高其在常溫下的柔韌性、延展性和可加工性，同時可能改善其耐寒性。主要方法是在聚合物基體中添加增塑劑（Plasticizer）。增塑劑分子通常能夠插入聚合物主鏈之間，增大鏈段間距，削弱鏈間作用力，從而降低材料的剛性和Tg。常用的增塑劑包括鄰苯二甲酸酯類（如DOP）、脂肪族二元酸酯類（如DOTP）、磷酸酯類等。4.解釋什么是聚合物的結晶度及其對材料性能的影響。解析：聚合物的結晶度（Crystallinity）是指聚合物大分子鏈有序排列形成結晶區(qū)域的體積分數(shù)或質(zhì)量分數(shù)。并非所有聚合物都能結晶，非晶聚合物（Amorphouspolymer）沒有結晶區(qū)域，其分子鏈呈無序纏繞狀態(tài)。部分結晶聚合物（Semi-crystallinepolymer）同時存在結晶區(qū)和非晶區(qū)。結晶度是衡量聚合物結構有序性的一個重要參數(shù)。結晶度對材料性能有顯著影響：①力學性能：結晶區(qū)通常具有較高的強度、硬度和模量，非晶區(qū)則較韌。因此，結晶度越高，聚合物的強度和硬度通常越大，但韌性可能下降。②熱性能：結晶區(qū)具有固定的熔點（Tm），非晶區(qū)則表現(xiàn)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。結晶度越高，材料的熔點越高，熱穩(wěn)定性越好。③密度：結晶區(qū)密度通常高于非晶區(qū)，結晶度越高，材料密度越大。④其他：結晶度還影響材料的透明度（高結晶度通常不透明或半透明）、耐化學腐蝕性等。四、計算題（共10分）已知某自由基聚合反應活化能為100kJ/mol，指前因子為1.0x10^6L/(mol·s)，活化能指數(shù)為2.5。當反應溫度為70°C（343K）時，計算該聚合反應的速率常數(shù)。（阿伏伽德羅常數(shù)R=8.314J/(mol·K)，ln(2)≈0.693）解析：聚合反應速率常數(shù)k的計算公式為：k=A*exp(-Ea/(RT))，其中A為指前因子，Ea為活化能，R為氣體常數(shù)，T為絕對溫度。已知：A=1.0x10^6L/(mol·s)，Ea=100kJ/mol=100,000J/mol，T=70°C=343K，R=8.314J/(mol·K)。代入公式：k=(1.0x10^6)*exp(-100,000/(8.314*343))首先計算指數(shù)部分：-100,000/(8.314*343)≈-100,000/2857.502≈-35.008然后計算指數(shù)函數(shù)：exp(-35.008)≈2.220449x10^-15最后計算k：k=(1.0x10^6)*(2.220449x10^-15)=2.220449x10^-9L/(mol·s)結果保留適當有效數(shù)字，例如：k≈2.22x10^-9L/(mol·s)五、論述題（共15分）結合資源化學專業(yè)特點，論述發(fā)展可降解高分子材料的重要意義及當前面臨的主要挑戰(zhàn)。解析：發(fā)展可降解高分子材料對于資源化學專業(yè)具有重要意義，是應對環(huán)境污染、實現(xiàn)資源可持續(xù)利用的關鍵途徑之一。重要意義：1.解決環(huán)境污染問題：傳統(tǒng)合成高分子材料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）難以自然降解，在環(huán)境中積累導致“白色污染”，破壞生態(tài)平衡?？山到飧叻肿硬牧显谔囟ōh(huán)境條件下（如土壤、水體、堆肥）能被微生物分解為二氧化碳、水等無害物質(zhì)，有效減輕環(huán)境污染，符合綠色化學和可持續(xù)發(fā)展的要求。2