2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——高分子合成技術(shù)及應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列單體中，通常不用于自由基聚合的是（）。A.乙烯B.苯乙烯C.丙烯酸D.乙二醇2.在自由基聚合中，用來減緩鏈增長速率，提高分子量的物質(zhì)是（）。A.引發(fā)劑B.轉(zhuǎn)移劑C.增稠劑D.乳化劑3.陽離子聚合通常在（）溶劑中進(jìn)行。A.非極性B.極性非質(zhì)子型C.質(zhì)子型D.任何溶劑4.下列聚合物中，屬于熱塑性塑料的是（）。A.聚酯纖維B.聚氨酯泡沫C.聚丙烯D.玻璃鋼5.聚合物的數(shù)均分子量與質(zhì)均分子量的關(guān)系是（）。A.M_n=M_wB.M_n>M_wC.M_n<M_wD.不確定，取決于分子量分布6.縮聚反應(yīng)中，通常伴隨副產(chǎn)物生成的是（）。A.加聚反應(yīng)B.開環(huán)聚合C.縮聚反應(yīng)D.自由基聚合7.界面聚合法主要用于合成（）。A.薄膜B.纖維C.橡膠D.樹脂8.影響聚合物結(jié)晶度的因素不包括（）。A.聚合物鏈結(jié)構(gòu)B.分子量大小C.升溫速率D.聚合方法9.下列聚合物中，主鏈不含碳原子的是（）。A.腈綸B.尼龍C.有機(jī)玻璃D.聚硅氧烷10.分子量分布越窄，則聚合物的（）。A.柔軟性越好B.強(qiáng)度越高C.缺口敏感性越低D.以上都是11.在開環(huán)聚合中，環(huán)狀單體開環(huán)形成直鏈聚合物的類型是（）。A.醚化聚合B.酯化聚合C.醛化聚合D.酰亞胺聚合12.乳液聚合通常在（）階段進(jìn)行自由基聚合。A.沉淀B.乳液形成C.核心生長D.聚合結(jié)束13.聚合物的主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)其（）有決定性影響。A.熱穩(wěn)定性B.溶解性C.力學(xué)性能D.以上都是14.下列哪種方法不屬于聚合物的交聯(lián)？（）A.加成型交聯(lián)B.縮聚型交聯(lián)C.輻射交聯(lián)D.開環(huán)交聯(lián)15.高分子材料的主要特征不包括（）。A.高分子量B.可塑性C.多樣性D.金屬強(qiáng)度二、填空題（請(qǐng)將答案填在橫線上）1.高分子化合物的基本結(jié)構(gòu)單元稱為__________，重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的連接方式稱為__________。2.自由基聚合通常需要引發(fā)劑，引發(fā)劑在引發(fā)階段主要發(fā)生__________反應(yīng)。3.縮聚反應(yīng)中，官能團(tuán)數(shù)量必須滿足__________條件才能進(jìn)行聚合。4.影響聚合物反應(yīng)活化能的主要因素有單體活性、鏈增長速率和__________。5.聚合物分子量分布的常用表示方法有數(shù)均分子量、質(zhì)均分子量和__________。6.在聚合物鏈結(jié)構(gòu)中，端基的類型和數(shù)量會(huì)影響聚合物的__________和__________。7.聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)主要包括__________和__________。8.溶液聚合通常在較低轉(zhuǎn)化率下進(jìn)行，目的是為了防止__________的發(fā)生。9.高分子材料按用途可分為塑料、橡膠、纖維、涂料和__________。10.聚合物的大分子鏈在三維空間中的構(gòu)象稱為__________。三、簡答題（請(qǐng)簡明扼要地回答下列問題）1.簡述自由基聚合的基本步驟及其關(guān)鍵控制因素。2.與加聚反應(yīng)相比，縮聚反應(yīng)有哪些主要特點(diǎn)？3.解釋什么是聚合物的結(jié)晶度及其影響因素。4.簡述乳液聚合的基本過程及其優(yōu)點(diǎn)。5.影響聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T_g）的主要因素有哪些？四、計(jì)算題（請(qǐng)列出計(jì)算步驟并給出結(jié)果）1.某自由基聚合反應(yīng)，起始物料為單體A和B（物質(zhì)的量之比為1:1），聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為50%。已知該聚合為理想放熱聚合，其反應(yīng)熱ΔH_r為-100kJ/mol。假設(shè)聚合過程中的散熱效率為50%，問聚合體系的溫度將升高多少度？（假設(shè)聚合熱容ΔC_p為50J/(mol·K)，忽略反應(yīng)前后熱容的變化）2.某聚合物樣品的質(zhì)量為0.5g，在特定溶劑中溶解后，滴定所需的時(shí)間為t?=100s。向該溶液中加入非溶劑，使聚合物部分沉淀，攪拌一定時(shí)間后，再滴定所需的時(shí)間為t?=300s。已知該溶劑的粘度為η_s=1.0mPa·s，非溶劑的粘度為η_ns=5.0mPa·s，試估算該聚合物的特性粘數(shù)[η]。（假設(shè)聚合物的擴(kuò)散系數(shù)D與特性粘數(shù)[η]的關(guān)系符合Stokes-Einstein方程：D=(kT/6πηR)[η]，其中k為玻爾茲曼常量，T為絕對(duì)溫度，R為聚合物分子半徑，取R=50nm，T=298K）五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，全面深入地回答下列問題）1.試比較自由基聚合、陽離子聚合和陰離子聚合的機(jī)理特點(diǎn)、反應(yīng)條件和影響因素，并說明各自的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域。2.聚合物材料在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著重要作用。請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例，論述聚合物合成技術(shù)的發(fā)展對(duì)其應(yīng)用拓展所起到的關(guān)鍵作用，并展望未來高分子合成技術(shù)可能的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.A解析：乙烯是加成聚合單體，屬于加聚反應(yīng)范疇。題干問的是不用于自由基聚合，乙烯可以通過自由基機(jī)理聚合，但更常用于加成聚合。2.B解析：轉(zhuǎn)移劑通過與活性中心（自由基、陽離子、陰離子）作用，使活性中心失活或轉(zhuǎn)化，從而減緩鏈增長速率，同時(shí)使聚合物分子量增大。3.B解析：陽離子聚合對(duì)溶劑極性有要求，通常在極性非質(zhì)子型溶劑中進(jìn)行，以穩(wěn)定活性中心并促進(jìn)鏈增長。4.C解析：聚丙烯（PP）是典型的熱塑性塑料，受熱軟化，冷卻硬化，可反復(fù)加工。聚酯纖維、聚氨酯泡沫、玻璃鋼屬于熱固性材料或復(fù)合材料。5.C解析：由于鏈轉(zhuǎn)移等過程，通常M_w（質(zhì)均分子量）大于M_n（數(shù)均分子量）。6.C解析：縮聚反應(yīng)的定義就是小分子縮合生成聚合物，同時(shí)伴隨小分子副產(chǎn)物（如水、醇、氫氯酸等）的生成。7.A解析：界面聚合法是將單體分別置于水相和有機(jī)相中，反應(yīng)發(fā)生在兩相界面，常用于制備薄膜、涂層等。8.B解析：分子量大小本身不直接決定結(jié)晶度，分子量越大，分子鏈越長，可能結(jié)晶度越低或需要更長時(shí)間結(jié)晶，但不是直接影響因素。鏈結(jié)構(gòu)、升溫速率、溶劑等是重要影響因素。9.D解析：聚硅氧烷（Silicone）的主鏈?zhǔn)怯晒瑁⊿i）和氧（O）原子交替連接構(gòu)成的。10.D解析：分子量分布窄意味著聚合物分子量集中，通常具有均一的物理性能，如較高的強(qiáng)度、較低的缺口敏感性，同時(shí)也可能具有較好的柔軟性。11.A解析：醚化聚合是指環(huán)醚開環(huán)聚合形成聚醚；酯化聚合是二元醇和二元酸縮聚形成聚酯；醛化聚合是羥甲基化合物聚合；酰亞胺聚合是環(huán)狀酰亞胺開環(huán)聚合。12.B解析：乳液聚合首先形成穩(wěn)定的乳液，單體溶解在連續(xù)相（油相）中，聚合反應(yīng)發(fā)生在乳液液滴的界面或內(nèi)部。13.D解析：主鏈結(jié)構(gòu)決定了聚合物的化學(xué)組成和骨架，直接影響其熱穩(wěn)定性、溶解性、力學(xué)性能等多種性質(zhì)。14.D解析：交聯(lián)通常是線型聚合物通過化學(xué)或物理方法形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程。開環(huán)交聯(lián)是指開環(huán)聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，雖然不常見，但屬于交聯(lián)的一種形式。加成型交聯(lián)和縮聚型交聯(lián)是常見的交聯(lián)類型。15.D解析：高分子材料的特征是高分子量、結(jié)構(gòu)多樣性、可加工性、功能多樣性等。金屬強(qiáng)度是金屬材料的特點(diǎn)。二、填空題1.單體；結(jié)構(gòu)單元的連接方式解析：單體是構(gòu)成聚合物的最基本單元，聚合后形成重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。連接方式指這些結(jié)構(gòu)單元如何連接起來。2.均裂解析：自由基聚合的引發(fā)階段，引發(fā)劑分子吸收能量后均裂生成兩個(gè)自由基。3.2解析：進(jìn)行縮聚反應(yīng)的官能團(tuán)（如二元醇和二元酸）必須至少有兩個(gè)活性基團(tuán)，才能與其他分子的活性基團(tuán)反應(yīng)。4.鏈終止解析：鏈終止是自由基鏈增長階段的另一重要步驟，影響鏈增長速率和最終分子量。5.重均分子量解析：數(shù)均分子量、質(zhì)均分子量和重均分子量是三種常用的分子量表示方法。6.分子量；分子量分布解析：端基的類型和數(shù)量會(huì)影響聚合物的端基反應(yīng)活性、溶解性、與其他物質(zhì)的相互作用以及分子量的精確控制。7.晶態(tài)；非晶態(tài)解析：聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指大分子鏈在三維空間中的排列狀態(tài)，主要分為有序的晶態(tài)和無序的非晶態(tài)。8.凝膠解析：溶液聚合若轉(zhuǎn)化率過高，體系粘度急劇增大，形成不可逆的凝膠狀態(tài)，導(dǎo)致難于控制分子量和后續(xù)加工。9.功能高分子材料解析：高分子材料按用途可分為塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑和功能高分子材料（如信息材料、生物醫(yī)用材料、智能材料等）。10.構(gòu)象解析：構(gòu)象是指分子鏈在三維空間中的特定排布方式，不考慮化學(xué)鍵的斷裂和形成。三、簡答題1.解析：自由基聚合的基本步驟包括：引發(fā)、增長、終止和轉(zhuǎn)移。*引發(fā)：在引發(fā)劑作用下，產(chǎn)生初級(jí)自由基。*增長：初級(jí)自由基與單體分子反應(yīng)，生成增長自由基，增長自由基再與單體反應(yīng)，鏈增長不斷進(jìn)行。*終止：兩個(gè)增長自由基相遇，發(fā)生偶合或歧化反應(yīng)，形成穩(wěn)定聚合物分子，鏈增長終止。*轉(zhuǎn)移：增長自由基與體系中的其他分子（如溶劑、單體、雜質(zhì)）作用，生成穩(wěn)定分子和新的自由基，使鏈增長暫時(shí)中斷，但自由基數(shù)量不變，聚合繼續(xù)。關(guān)鍵控制因素包括：引發(fā)劑種類和用量、溫度、單體濃度、抑制劑、鏈轉(zhuǎn)移劑等，這些因素共同決定聚合速率、分子量及其分布。2.解析：縮聚反應(yīng)與加聚反應(yīng)的主要區(qū)別在于：*反應(yīng)單體：縮聚反應(yīng)通常使用兩種或兩種以上含有兩種或兩種以上官能團(tuán)的小分子（單體）。*副產(chǎn)物：縮聚反應(yīng)過程中會(huì)生成小分子副產(chǎn)物（如水、醇、鹵化氫等）。*分子量計(jì)算：縮聚物的分子量需要考慮反應(yīng)物的初始量和小分子副產(chǎn)物的量。*聚合機(jī)理：縮聚反應(yīng)是官能團(tuán)之間逐步縮合的過程，聚合度隨反應(yīng)進(jìn)行而增加。加聚反應(yīng)是單體不發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的加成過程，聚合度直接與單體量相關(guān)。*反應(yīng)條件：縮聚反應(yīng)對(duì)官能團(tuán)化學(xué)性質(zhì)敏感，常需要催化劑或酸性/堿性環(huán)境；加聚反應(yīng)條件相對(duì)簡單。3.解析：聚合物的結(jié)晶度是指聚合物分子鏈中有序排列（形成結(jié)晶）部分的分?jǐn)?shù)，通常用結(jié)晶度指數(shù)（X_c）表示，X_c=(結(jié)晶部分質(zhì)量/聚合物總質(zhì)量)×100%。影響結(jié)晶度的因素主要有：*聚合物鏈結(jié)構(gòu)：主鏈柔順性、側(cè)基大小和體積、分子量大小等。柔性鏈、側(cè)基小、分子量適中的聚合物易于結(jié)晶。*外部條件：加熱速率（快速升溫不利于結(jié)晶）、冷卻速率（慢冷有利于結(jié)晶）、壓力（加壓有利于結(jié)晶）、溶劑（良溶劑有利于鏈段運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)結(jié)晶；不良溶劑則相反）。4.解析：乳液聚合的基本過程包括：乳化、聚合、后處理。*乳化：將不互溶的單體、水、乳化劑、引發(fā)劑等混合，形成穩(wěn)定的乳液體系，其中單體溶解在連續(xù)的油相（內(nèi)相）中，水相（外相）分散成液滴。*聚合：單體在乳液液滴界面或內(nèi)部進(jìn)行自由基聚合。引發(fā)劑通常溶解在水相中，通過擴(kuò)散到液滴表面或內(nèi)部引發(fā)聚合。*后處理：聚合結(jié)束后，破乳得到聚合物乳液或凝膠，經(jīng)洗滌、脫水等步驟得到固體聚合物。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)溫度較低、轉(zhuǎn)化率高、分子量分布較窄、產(chǎn)品純度高、可在較溫和條件下進(jìn)行。5.解析：影響聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T_g）的主要因素有：*分子量：隨著分子量增大，鏈段運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，T_g升高。但超過一定分子量后，T_g趨于穩(wěn)定。*鏈段柔順性：主鏈結(jié)構(gòu)越柔順（如聚乙烯），側(cè)基越小、越少，T_g越低。主鏈剛性越大（如聚苯乙烯、聚氯乙烯），T_g越高。*晶區(qū)影響：結(jié)晶聚合物的T_g通常低于相同條件下無定形聚合物的T_g，且T_g出現(xiàn)在非晶區(qū)。*溶劑或增塑劑：聚合物溶解在溶劑中或含有增塑劑時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)更易發(fā)生，T_g降低。溶劑/增塑劑的極性和相互作用力也影響T_g。*壓力：提高壓力會(huì)使鏈段間距減小，運(yùn)動(dòng)受阻，T_g升高。四、計(jì)算題1.解析：設(shè)聚合體系為1mol，則單體A和B各為0.5mol。轉(zhuǎn)化率為50%，即消耗了0.25mol單體A和0.25mol單體B，生成了0.25mol聚合物。反應(yīng)熱ΔH=-100kJ/mol對(duì)應(yīng)于生成1mol聚合物。生成0.25mol聚合物釋放的熱量Q_放=0.25mol×(-100kJ/mol)=-25kJ。聚合熱容ΔC_p=50J/(mol·K)，體系總熱容C_p≈0.25mol×50J/(mol·K)=12.5J/K（假設(shè)聚合物為0.25mol，忽略單體和引發(fā)劑熱容，或按體系總質(zhì)量估算）。散熱效率η=50%=0.5。聚合過程中的實(shí)際凈放熱量Q_net=Q_放×η=-25kJ×0.5=-12.5kJ=-12500J。溫度升高ΔT=Q_net/C_p=-12500J/12.5J/K=-1000K。結(jié)果：聚合體系的溫度將升高1000K。（注意：此計(jì)算假設(shè)聚合熱容為常數(shù)且體系為純聚合物，實(shí)際情況可能更復(fù)雜，且熱量計(jì)算應(yīng)考慮單體、引發(fā)劑、溶劑等的貢獻(xiàn)，溫度變化可能通過散熱或其他途徑得到控制，此處為理論計(jì)算）2.解析：根據(jù)Stokes-Einstein方程D=(kT/6πηR)[η]。特性粘數(shù)[η]=(6πηRD)/(kT)。估算擴(kuò)散系數(shù)D：假設(shè)聚合物分子在溶液中作球形擴(kuò)散，分子有效半徑R=50nm=50×10??m。粘度從η_s變化到η_ns，擴(kuò)散系數(shù)D近似認(rèn)為與粘度成反比（在濃度較低時(shí)）。D≈D_s×(η_s/η_ns)=(kT/6πη_sR)×(η_s/η_ns)（假設(shè)在η_s粘度下測得t?，在η_ns粘度下測得t?，t?/t?≈η_ns/η_s，或直接用η值比）。D≈(kT/6πR)×(η_s/η_ns)=(8.314J/(mol·K)×298K)/(6×π×50×10??m×5.0mPa·s/1Pa·s)×(1.0Pa·s/5.0Pa·s)D≈(2478.52J/(mol·K))/(0.04908m2·s?1)×0.2D≈10006.7J/(mol·s)×0.2D≈2001.3J/(mol·s)=2.001×10??m2/s。計(jì)算特性粘數(shù)[η]：[η]=(6×π×1.0×10?3Pa·s×2.001×10??m2/s)/(8.314J/(mol·K)×298K×50×10??m)[η]=(3.763×10??Pa·m2/s)/(1.382×103J/(mol·K)×50×10??m)[η]=(3.763×10??)/(6.91×10??J/(mol·m))[η]=3.763×10?3m3/mol/0.0000691J/(mol·m)[η]≈54.5m3/mol。結(jié)果：該聚合物的特性粘數(shù)[η]≈54.5m3/mol。五、論述題1.解析：自由基聚合、陽離子聚合和陰離子聚合是三種重要的連鎖聚合類型。*自由基聚合：機(jī)理特點(diǎn)：通過自由基引發(fā)，經(jīng)歷鏈增長和終止步驟，鏈轉(zhuǎn)移可影響分子量。通常活化能較低，反應(yīng)速率快，對(duì)多種單體適用。反應(yīng)條件：需引發(fā)劑，通常在較低溫度、水相或非極性/弱極性溶劑中進(jìn)行，需避免氧氣等阻聚劑。影響因素：引發(fā)劑濃度、溫度、溶劑極性、鏈轉(zhuǎn)移劑等顯著影響聚合速率和分子量。優(yōu)勢：單體種類多，工藝簡單，成本較低。應(yīng)用：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈等。*陽離子聚合：機(jī)理特點(diǎn)：通過陽離子引發(fā)，鏈增長速率極快，常為一級(jí)動(dòng)力學(xué)。產(chǎn)物分子量分布較寬，聚合物結(jié)構(gòu)規(guī)整性高。反應(yīng)條件：需陽離子引發(fā)劑（如超強(qiáng)酸），通常在非極性溶劑中進(jìn)行，對(duì)溫度和雜質(zhì)敏感。影響因素：引發(fā)劑強(qiáng)度、溶劑極性、溫度、單體活性等。優(yōu)勢：單體活性高，可制備某些特殊結(jié)構(gòu)聚合物。應(yīng)用：聚異戊二烯（天然橡膠）、聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）、聚偏二氟乙烯（PVDF）等。*陰離子聚合：機(jī)理特點(diǎn)：通過陰離子引發(fā)，鏈增長速率極快，對(duì)單體純度要求極高?？蛇M(jìn)行活性聚合，精確控制分子量和端基。產(chǎn)物分子量分布窄。反應(yīng)條件：需陰離子引發(fā)劑（如強(qiáng)堿、金屬鈉鉀/烷基鋰），通常在非極性溶劑中進(jìn)行，需嚴(yán)格無水無氧條件。影響因素：引發(fā)劑強(qiáng)度、溶劑效應(yīng)、溫度、單體