2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——高分子化學(xué)在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用考試時(shí)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(xiàng)字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在設(shè)計(jì)一種需要高透明度和良好韌性的聚合物材料時(shí)，下列單體中，最適合作為共聚單體的是（）。A.苯乙烯(St)B.丙烯腈(AcN)C.丁二烯(BuDi)D.乙烯基氯(VCM)2.對于自由基聚合，提高引發(fā)劑濃度通常會(huì)導(dǎo)致（）。A.聚合速率不變B.聚合速率降低C.聚合度降低D.聚合度升高3.下列哪種聚合物結(jié)構(gòu)類型的聚合物一定表現(xiàn)出結(jié)晶性？（）A.線性無規(guī)聚丙烯B.腈-氯共聚物（AC）C.腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（ABS）D.輕微交聯(lián)的聚合物4.交聯(lián)聚合物與未交聯(lián)聚合物的最主要區(qū)別在于（）。A.分子量大小B.鏈的活動(dòng)能力C.單體種類D.聚集態(tài)結(jié)構(gòu)5.在設(shè)計(jì)用于高溫環(huán)境的聚合物材料時(shí)，首要考慮的聚合物性能指標(biāo)是（）。A.拉伸強(qiáng)度B.透光性C.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）或熔點(diǎn)（Tm）D.降解溫度6.下列哪種改性方法主要是通過物理手段改善聚合物的性能？（）A.聚合物接枝B.聚合物交聯(lián)C.聚合物共混D.引入極性官能團(tuán)進(jìn)行化學(xué)改性7.設(shè)計(jì)一種用于生物醫(yī)學(xué)植入物的聚合物，最重要的性能要求之一是（）。A.高導(dǎo)電性B.良好的耐磨性C.生物相容性和降解性（如適用）D.高熔點(diǎn)8.聚合物鏈的柔順性主要取決于（）。A.主鏈化學(xué)組成（如飽和與不飽和）B.側(cè)基的大小和極性C.分子量大小D.是否結(jié)晶9.在設(shè)計(jì)一種要求在潮濕環(huán)境中保持絕緣性能的電線絕緣層材料時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇（）。A.親水性聚合物B.具有極性基團(tuán)的聚合物C.非極性、疏水性的聚合物D.易氧化的聚合物10.功能高分子材料是指具有特定功能（如光、電、磁、熱、聲、化學(xué)、生物等）的聚合物，下列材料中不屬于功能高分子的是（）。A.導(dǎo)電聚合物（如聚苯胺）B.智能響應(yīng)性聚合物（如形狀記憶聚合物）C.普通的聚乙烯塑料D.生物醫(yī)用高分子（如聚乳酸）二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題干橫線上）1.聚合物的分子量分布通常用________和________來表征。2.影響自由基聚合反應(yīng)分子量的主要因素包括引發(fā)劑濃度、阻聚劑和________。3.聚合物的大分子鏈主要有線型、支化和________三種基本結(jié)構(gòu)。4.聚合物鏈的構(gòu)象是指分子鏈在________內(nèi)的形態(tài)。5.為了提高聚合物的耐磨性和抗沖擊性，常采用________改性的方法。6.聚合物材料的熱性能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，例如，提高聚合物的________可以使其在較低溫度下保持韌性。7.在設(shè)計(jì)聚合物復(fù)合材料時(shí)，選擇合適的________和________是獲得高性能材料的關(guān)鍵。8.生物醫(yī)用高分子材料在使用前，必須通過嚴(yán)格的________和/或________評估。9.共聚物根據(jù)單體在聚合物鏈中的排列方式可分為________共聚物和________共聚物。10.設(shè)計(jì)用于包裝食品的聚合物材料，必須考慮其________、無毒性和阻隔性。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述影響聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的主要因素。2.解釋什么是聚合物交聯(lián)，并簡述其如何影響聚合物的性能。3.簡述聚合物共混改性相比化學(xué)改性的一個(gè)主要優(yōu)勢。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述聚合物鏈結(jié)構(gòu)（包括分子量、分子量分布、化學(xué)結(jié)構(gòu)、鏈構(gòu)象等）對其力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性、彈性）的影響。2.選擇一種你熟悉的功能高分子材料（如導(dǎo)電聚合物、生物醫(yī)用高分子、智能高分子等），簡要介紹其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、主要性能特點(diǎn)及其典型應(yīng)用領(lǐng)域。---試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.B5.C6.C7.C8.A,B9.C10.C二、填空題1.數(shù)均分子量，重均分子量2.溫度3.交聯(lián)4.空間（或分子鏈占據(jù)的空間）5.填充（或共混）6.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）7.基體（或連續(xù)相），增強(qiáng)體（或分散相）8.生物相容性，生物安全性9.無規(guī)，交替（或塊）10.物理（或機(jī)械）性能三、簡答題1.簡述影響聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的主要因素。解析思路：Tg是聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度，與分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力密切相關(guān)。影響分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力的主要因素包括：*分子量：分子量越大，鏈段運(yùn)動(dòng)阻力越大，Tg越高。*主鏈結(jié)構(gòu)：主鏈鏈段旋轉(zhuǎn)容易的（如柔性鏈，含-CH2-），Tg較低；主鏈鏈段旋轉(zhuǎn)困難的（如剛性環(huán)，含雜原子），Tg較高。*側(cè)基：側(cè)基體積越大、極性越強(qiáng)，對鏈段運(yùn)動(dòng)的阻礙越大，Tg越高。*晶區(qū)：結(jié)晶度越高，非晶區(qū)減少，Tg越向高溫方向移動(dòng)。*外界因素：如壓力升高，Tg會(huì)升高。2.解釋什么是聚合物交聯(lián)，并簡述其如何影響聚合物的性能。解析思路：交聯(lián)是指聚合物分子鏈之間通過化學(xué)鍵形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程。*影響：交聯(lián)后，線型或支型的大分子鏈被“架橋”連接成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，鏈段運(yùn)動(dòng)受到極大限制，鏈不再自由解離。*性能變化：*提高耐熱性：分子鏈不易運(yùn)動(dòng)，難以熔融。*提高強(qiáng)度和硬度：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以形變。*提高耐溶劑性/耐化學(xué)性：分子鏈被鎖定，不易被溶劑溶脹或溶解。*提高尺寸穩(wěn)定性：不易收縮或變形。*降低了透明度：形成無定形態(tài)，且可能存在交聯(lián)缺陷。*通常不可逆：加熱不熔融，只能通過化學(xué)方法裂解。3.簡述聚合物共混改性相比化學(xué)改性的一個(gè)主要優(yōu)勢。解析思路：共混改性是將兩種或多種不同的聚合物物理混合，利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)來改善復(fù)合材料性能。相比化學(xué)改性（通過化學(xué)反應(yīng)改變單體結(jié)構(gòu)或引入新基團(tuán)），其主要優(yōu)勢在于：*靈活性高：可以靈活選擇多種聚合物進(jìn)行組合，根據(jù)需要按不同比例混合，實(shí)現(xiàn)性能的定制化設(shè)計(jì)。*保留原組分特性：可以同時(shí)利用多種聚合物的優(yōu)點(diǎn)，避免化學(xué)改性可能帶來的副反應(yīng)或?qū)υ行阅艿钠茐摹?成本相對較低：通常不需要復(fù)雜的化學(xué)合成步驟，工藝相對簡單。*可逆性：可以通過改變共混比例或添加溶劑等方式方便地調(diào)整性能，甚至可以回收利用。*（可選點(diǎn)）可以制備梯度材料或納米復(fù)合材料等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。四、論述題1.論述聚合物鏈結(jié)構(gòu)（包括分子量、分子量分布、化學(xué)結(jié)構(gòu)、鏈構(gòu)象等）對其力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性、彈性）的影響。解析思路：聚合物鏈結(jié)構(gòu)是決定其宏觀力學(xué)性能的基礎(chǔ)。*分子量：分子量越大，分子間作用力總和越大，鏈纏結(jié)越多，抵抗斷裂的能力越強(qiáng)，因此拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度通常隨分子量增加而提高。但超過一定程度后，分子量增加對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)減小。分子量分布寬窄也會(huì)影響材料的均一性和力學(xué)性能的穩(wěn)定性。*化學(xué)結(jié)構(gòu)：主鏈剛性（如含苯環(huán)、雜環(huán)）會(huì)限制鏈段運(yùn)動(dòng)，使材料變硬，強(qiáng)度和模量提高，但韌性可能下降。側(cè)基的大小和極性影響分子間作用力，進(jìn)而影響強(qiáng)度和耐化學(xué)性。官能團(tuán)的存在可能影響鏈間作用力或與其他材料的相容性。*鏈構(gòu)象：鏈的柔順性（由主鏈和側(cè)基決定）直接影響分子鏈的伸展和運(yùn)動(dòng)能力。柔順性好的聚合物，鏈容易取向和變形，材料通常較軟，彈性好，韌性高。構(gòu)象的規(guī)整性（如結(jié)晶）也會(huì)影響性能，結(jié)晶區(qū)提供強(qiáng)度和硬度，非晶區(qū)提供韌性。*分子量分布：較窄的分布通常對應(yīng)均一性能，較寬的分布可能包含高、低分子量組分，導(dǎo)致性能不均一，但有時(shí)也能提供更寬的使用溫度范圍或特殊的加工性能。*綜合影響：理想的力學(xué)性能需要綜合考慮分子量大小、分子量分布、化學(xué)組成和鏈柔順性等因素。例如，工程塑料通常需要較高的分子量和一定的結(jié)晶度來保證強(qiáng)度和硬度，同時(shí)也要有適量的非晶區(qū)以保證韌性。2.選擇一種你熟悉的功能高分子材料（如導(dǎo)電聚合物、生物醫(yī)用高分子、智能高分子等），簡要介紹其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、主要性能特點(diǎn)及其典型應(yīng)用領(lǐng)域。解析思路：選擇一種具體的功能高分子進(jìn)行闡述，體現(xiàn)對特定領(lǐng)域知識的掌握。*示例選擇：導(dǎo)電聚合物（如聚苯胺PPA）*結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理：導(dǎo)電聚合物通常具有特殊的共軛π電子體系結(jié)構(gòu)。通過在聚合物主鏈中引入交替的雙鍵和單鍵（共軛體系），或者含有可以離域π電子的基團(tuán)（如苯環(huán)、吡啶環(huán)等），使得電子可以在主鏈上自由移動(dòng)。其導(dǎo)電性可以通過化學(xué)氧化還原、摻雜（引入小分子或離子）等方法來調(diào)控。例如，聚苯胺可以通過摻雜質(zhì)子（如酸）或電子來分別形成陽離子或陰離子狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可逆的導(dǎo)電性變化。*主要性能特點(diǎn)：*導(dǎo)電性：這是其最核心的特點(diǎn)，導(dǎo)電率可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和摻雜進(jìn)行調(diào)節(jié)。*可加工性：通常具有可熔融或可溶液加工的特性，便于制備成各種形狀的器件。*可調(diào)控性：可以通過改變單體結(jié)構(gòu)、合成方法、摻雜方式等來調(diào)控其導(dǎo)電性、顏色、穩(wěn)定性等性能。*顏色變化：摻雜態(tài)的聚苯胺通常呈現(xiàn)不同的顏色（如藍(lán)色、綠色、黃色），可用于顯示或傳感。*光、電、磁響應(yīng)性：部分導(dǎo)電聚合物還兼具其他功能特性。*典型應(yīng)用領(lǐng)域：*電磁屏蔽：利用其導(dǎo)電性吸收或反射電磁波，用于包裝、汽車、飛機(jī)等。*抗靜電：消除靜電積累，用于印刷電路板、塑料薄膜等。*傳感器：利用其對環(huán)境變化（如氣體、離子、pH值）引起電阻變化的特性，用于化學(xué)、生物傳感器。*電致變色：利用其顏色隨電場變化的特點(diǎn)，用于智能窗戶、顯示器件。*儲(chǔ)能器件：如超級電容器電極材料。*生物醫(yī)學(xué)：某些導(dǎo)電聚合物具有生物相容性，可用于組織工程、藥物釋放等（需謹(jǐn)慎選擇）。（注：選擇其他功能高