2025年大學《化學》專業(yè)題庫——聚電解質材料的制備與性能研究考試時間：______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）1.下列哪一種聚合物在水溶液中由于鏈段間靜電排斥而表現出獨特的溶膠-凝膠轉變行為？A.聚乙烯B.聚苯乙烯C.聚丙烯酰胺D.聚四氟乙烯2.在聚電解質溶液中，當pH值接近聚電解質質子化（或去質子化）的pKa時，其溶液的粘度通常會發(fā)生怎樣的變化？A.急劇下降B.緩慢上升C.急劇上升D.基本不變3.對于通過自由基聚合制備的水溶性聚電解質，下列哪種引發(fā)劑體系通常更適用于酸性或堿性水溶液？A.AIBN（偶氮二異丁腈）B.BPO（過氧化苯甲酰）C.RPO（過氧化羧酯）D.I2（碘）4.交聯是提高聚電解質膜力學性能的常用方法，但過度交聯可能導致什么不良后果？A.離子電導率顯著提高B.膜的選擇性下降C.膜的溶脹性降低D.膜的化學穩(wěn)定性變差5.在電滲析過程中，利用聚電解質膜的選擇性離子透過性來實現離子分離，下列哪種膜通常用作陰離子交換膜？A.含有強酸性基團（如磺酸基-SO3H）的聚合物B.含有強堿性基團（如季銨基-N+(CH3)3X-）的聚合物C.含有弱酸性基團（如羧基-COOH）的聚合物D.含有弱堿性基團（如胺基-NH2）的聚合物6.層層自組裝（LLA）技術制備聚電解質膜通常涉及交替吸附兩種帶相反電荷的聚電解質，該過程的關鍵驅動力是：A.氫鍵形成B.范德華力C.靜電相互作用D.熵增7.對于用于海水淡化的聚電解質膜，最重要的性能指標通常是：A.機械強度B.光學透明度C.水通量與鹽阻隔率的平衡D.熱穩(wěn)定性8.測定聚電解質水溶液粘度并計算其粘均分子量時，通常需要使用哪種類型的粘度計？A.旋光儀B.分光光度計C.烏氏粘度計或落球粘度計D.電位計9.聚電解質在水溶液中的電荷密度對其性能有重要影響，電荷密度越高通常意味著：A.膜的離子電導率越低B.膜的溶脹程度越小C.膜對特定離子的選擇性越高D.膜的機械強度越差10.下列哪種方法不常用于表征聚電解質膜的電學性能？A.電導率測量B.膜電位測定C.X射線衍射分析D.交流阻抗譜二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.聚電解質是指在水溶液中能發(fā)生________或________而帶有電荷的大分子化合物。2.影響聚電解質溶液粘度的主要因素包括分子量、_______、_______和溫度。3.制備水凝膠型聚電解質膜常用的方法有_______法和_______法。4.聚電解質膜的選擇性是指其對_______離子的透過能力與其對_______離子的透過能力的比值。5.離子交聯是另一種提高聚電解質膜性能的方法，其交聯鍵合通常發(fā)生在_______之間。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述聚電解質在水溶液中表現出高粘度的原因。2.比較自由基聚合和離子聚合在制備聚電解質方面的主要區(qū)別。3.解釋什么是聚電解質的溶膠-凝膠轉變，并簡述其影響因素。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述制備條件（如單體選擇、引發(fā)劑濃度、反應溫度、pH值等）對聚丙烯酰胺水凝膠性能（如溶脹度、離子電導率、力學強度）的影響。2.以聚電解質膜用于電滲析海水淡化為例，論述其制備工藝、關鍵性能要求以及面臨的挑戰(zhàn)。五、計算題（10分）已知某強酸型聚苯乙烯磺酸鹽（-SO3H）水溶液在25℃下，當濃度為0.1mol/L時，相對粘度ηsp/η0=1.8，當濃度為0.01mol/L時，相對粘度ηsp/η0=1.1。試計算該聚電解質的特性粘數[η]。（假設符合理想高分子稀溶液粘度方程：ηsp/η0=1+[η]c）試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.A6.C7.C8.C9.C10.C二、填空題1.質子化，去質子化2.濃度，離子強度3.原位聚合法，浸漬-溶脹法4.優(yōu)先透過，難以透過（或選擇性透過，難以透過）5.陽離子，陰離子（或單體分子鏈段，單體分子鏈段）三、簡答題1.解析思路：聚電解質分子鏈上存在大量離子izable基團，在溶液中部分或全部解離成帶電的離子。這些帶電基團之間存在著強烈的靜電排斥作用，使得鏈段擴展，溶液粘度增大。此外，離子基團與水分子之間的水合作用也貢獻于粘度。2.解析思路：自由基聚合通常在有機溶劑中進行，使用有機過氧化物等引發(fā)劑，速率快，易控制；離子聚合可在水或非水溶劑中進行，使用離子型引發(fā)劑，速率通常較慢，對反應條件要求苛刻，但可能得到結構規(guī)整、分子量分布窄的聚合物。制備聚電解質時，離子聚合可能更適合某些水溶性單體。3.解析思路：溶膠-凝膠轉變是指聚電解質溶液在特定條件下（如pH、溶劑evaporationrate等）從不溶脹的澄清溶液轉變?yōu)槿苊浤z狀或凝膠化狀態(tài)的現象。其影響因素主要包括：聚電解質的電荷密度、溶液的離子強度、pH值（影響質子化/去質子化程度）、溶劑種類與濃度、溫度等。當條件變化導致聚電解質鏈間靜電斥力與鏈段-溶劑、溶劑-溶劑相互作用失衡時，會發(fā)生相變。四、論述題1.解析思路：制備條件對聚丙烯酰胺水凝膠性能影響顯著。單體濃度影響交聯密度和凝膠網絡結構：濃度高則交聯密，溶脹度低，力學強度高，離子電導率可能因離子自由移動空間減小而降低。引發(fā)劑濃度影響交聯度：濃度高則交聯密，反之則交聯松。反應溫度影響聚合速率和網絡結構：溫度高則速率快，可能影響交聯均勻性，影響最終性能。pH值至關重要：對于聚丙烯酰胺，其離子化程度受pH影響。在pKa附近，離子化程度變化大，顯著影響靜電斥力、溶脹度、離子電導率和網絡結構，進而影響力學強度。溶劑種類影響溶脹環(huán)境和最終凝膠性質。2.解析思路：制備工藝方面，需選擇合適的帶電荷單體（如二乙烯基苯磺酸鈉/季銨鹽），通過自由基聚合形成交聯網絡，并引入親水性基團。可采用浸漬-溶脹法或原位聚合法制備膜。關鍵性能要求包括：高離子電導率（利于離子傳輸）、高選擇透過性（對Na+/Cl-選擇性高，截留其他離子）、良好的機械強度（耐操作和長期運行）、化學穩(wěn)定性（耐海水腐蝕）、抗生物污損性等。面臨的挑戰(zhàn)有：平衡水通量與鹽阻隔率；提高膜的選擇性；降低成本；提高膜的長期穩(wěn)定性和抗污能力；優(yōu)化膜結構與性能的關系。五、計算題解析思路：利用粘度數據計算特性粘數[η]。首先，根據稀溶液粘度方程ηsp/η0=1+[η]c，分別對兩個濃度下的數據求解[η]：對于c?=0.1mol/L,ηsp/η0=1.8:1.8=1+[η]*0.1=>[η]=(1.8-1)/0.1=8.0L/g。對于c?=0.01mol/L,ηsp/η0=