2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——高分子聚合反應(yīng)的機(jī)理與控制考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種聚合反應(yīng)屬于連鎖聚合？（）A.苯乙烯的開環(huán)聚合B.腈綸的生產(chǎn)過程C.聚醋酸乙烯酯的聚合D.天然橡膠的聚合2.自由基聚合中，引發(fā)劑I2在加熱條件下分解產(chǎn)生的主要活性中心是？（）A.I?B.I?C.I?D.H?3.能夠顯著降低自由基聚合鏈增長(zhǎng)速率的物質(zhì)是？（）A.引發(fā)劑B.轉(zhuǎn)移劑C.終止劑D.鏈增長(zhǎng)抑制劑4.對(duì)于陰離子聚合，下列哪種說法是錯(cuò)誤的？（）A.反應(yīng)速率通常比自由基聚合快B.對(duì)溶劑極性要求較高C.能合成高分子量均聚物D.單體活性中心易受雜質(zhì)影響5.配位聚合通常使用哪些物質(zhì)作為催化劑？（）A.過氧化物B.離子型引發(fā)劑C.金屬有機(jī)化合物D.酸或堿6.在自由基聚合中，增加引發(fā)劑濃度通常會(huì)導(dǎo)致？（）A.聚合度降低B.聚合速率不變C.聚合度基本不變D.聚合速率顯著降低7.影響自由基聚合聚合度（Pn）的主要因素不包括？（）A.引發(fā)劑濃度B.鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)C.單體轉(zhuǎn)化率D.聚合反應(yīng)體積8.能夠使聚合物分子鏈發(fā)生交聯(lián)的聚合方法是？（）A.均聚反應(yīng)B.共聚反應(yīng)C.開環(huán)聚合D.交聯(lián)聚合9.溶液聚合與本體聚合相比，其主要優(yōu)點(diǎn)之一是？（）A.設(shè)備簡(jiǎn)單，不易產(chǎn)生凝膠B.產(chǎn)品純度高，易于分離C.反應(yīng)速率快，分子量分布寬D.可連續(xù)生產(chǎn)，操作方便10.在乳液聚合中，乳化劑的主要作用是？（）A.引發(fā)聚合反應(yīng)B.增加單體溶解度C.形成乳液體系，穩(wěn)定單體液滴D.降低聚合反應(yīng)溫度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.自由基聚合的鏈引發(fā)階段，主要是______在熱或光的作用下分解產(chǎn)生自由基。2.自由基聚合的鏈增長(zhǎng)階段，活性中心自由基與單體分子發(fā)生______反應(yīng)，使鏈增長(zhǎng)。3.影響離子聚合反應(yīng)選擇性的主要因素是______和______。4.高分子鏈的構(gòu)型主要有______、______和______三種。5.聚合物的分子量分布常用______和______來表征。6.開環(huán)聚合根據(jù)單體環(huán)的大小和結(jié)構(gòu)可分為______聚合和______聚合。7.氣相聚合通常在______和______的作用下進(jìn)行，產(chǎn)物純度高，易于控制分子量。8.高分子材料的性能主要取決于其______、______和______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述自由基聚合的鏈終止主要有哪兩種方式。2.簡(jiǎn)述影響自由基聚合反應(yīng)分子量的主要因素有哪些。3.簡(jiǎn)述本體聚合的特點(diǎn)及其主要應(yīng)用領(lǐng)域。4.簡(jiǎn)述乳液聚合中，乳化劑和穩(wěn)定劑的作用有何不同。四、計(jì)算題（共20分）1.某自由基聚合反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得聚合度Pn=103，鏈引發(fā)速率常數(shù)k?=1.0×10??mol/(L·s)，鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)k?=5.0×103L/(mol·s)，鏈終止速率常數(shù)k?=5.0×10?3L/(mol·s)。假設(shè)聚合反應(yīng)為均相溶液聚合，單體初始濃度c?=2.0mol/L。請(qǐng)計(jì)算該聚合反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)（η）。（10分）2.在某自由基聚合體系中，引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基的速率（R?）為1.0×10?3mol/(L·s)。鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)k?=4.0×103L/(mol·s)，鏈終止速率常數(shù)k?=2.0×10?3L/(mol·s)。請(qǐng)計(jì)算該聚合反應(yīng)的表觀聚合度（Pn）。（10分）五、論述題（共20分）1.試論述如何通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件（如引發(fā)劑、溫度、溶劑等）來控制自由基聚合產(chǎn)物的分子量大小和分子量分布。（10分）2.試結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)領(lǐng)域，論述高分子聚合反應(yīng)在新能源材料或環(huán)境材料開發(fā)方面的重要作用和潛在應(yīng)用。（10分）試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.D5.C6.D7.D8.D9.B10.C二、填空題1.引發(fā)劑2.加成3.單體活性；活性中心結(jié)構(gòu)4.直鏈；支鏈；交聯(lián)5.窄；寬6.縮環(huán)；開環(huán)7.催化劑；載體8.結(jié)構(gòu)；分子量；性能三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：回憶自由基聚合的鏈終止過程。自由基可以通過兩個(gè)自由基碰撞結(jié)合形成穩(wěn)定分子，或者一個(gè)自由基與單體、溶劑、大分子等碰撞形成穩(wěn)定分子。答案：鏈終止主要有兩種方式：①雙基終止：兩個(gè)自由基相互碰撞結(jié)合成穩(wěn)定分子。②單基終止（或稱歧化終止）：一個(gè)自由基與單體、溶劑或其他大分子碰撞，奪取其一個(gè)氫原子等形成穩(wěn)定分子，另一個(gè)自由基變成高分子自由基，可繼續(xù)反應(yīng)。2.解析思路：分析影響自由基聚合分子量的因素。可以從鏈增長(zhǎng)速率、鏈終止速率、鏈轉(zhuǎn)移速率等方面考慮。聚合度Pn與鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)k?和鏈終止/轉(zhuǎn)移速率常數(shù)之和成反比。答案：影響自由基聚合反應(yīng)分子量的主要因素有：①引發(fā)劑濃度：引發(fā)劑濃度越高，鏈引發(fā)速率越快，活性中心濃度越高，導(dǎo)致鏈終止/轉(zhuǎn)移概率增加，聚合度降低。②鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)：鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)的發(fā)生會(huì)中斷鏈增長(zhǎng)，使聚合度降低。鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)越大，鏈轉(zhuǎn)移越容易發(fā)生，聚合度越低。③溫度：溫度升高，鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)和鏈終止速率常數(shù)通常都增大，但k?的增加更顯著，理論上使聚合度增加；但同時(shí)高溫也加速鏈轉(zhuǎn)移和副反應(yīng)，可能導(dǎo)致聚合度下降，需綜合考慮。④溶劑：溶劑對(duì)鏈增長(zhǎng)和鏈轉(zhuǎn)移速率有影響，極性溶劑有時(shí)能促進(jìn)鏈轉(zhuǎn)移。3.解析思路：回憶本體聚合的定義、設(shè)備和特點(diǎn)。本體聚合是指單體不溶解于任何介質(zhì)，直接進(jìn)行聚合的反應(yīng)類型。其特點(diǎn)包括設(shè)備簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)物純度高、但反應(yīng)熱不易散發(fā)可能導(dǎo)致反應(yīng)失控等。結(jié)合其特點(diǎn)思考主要應(yīng)用。答案：本體聚合的特點(diǎn)是單體不溶解于任何介質(zhì)，聚合反應(yīng)放熱集中，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)物純度高。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等一些熱塑性塑料的工業(yè)化生產(chǎn)。4.解析思路：區(qū)分乳化劑和穩(wěn)定劑在乳液聚合中的作用。乳化劑主要作用是在水相和有機(jī)相之間形成界面膜，降低界面張力，使單體分散成細(xì)小的液滴形成乳液。穩(wěn)定劑的作用更廣泛，除了乳化劑提供的物理穩(wěn)定性外，還可能包括在粒子表面形成保護(hù)層防止聚集等。答案：在乳液聚合中，乳化劑的主要作用是在水相和單體有機(jī)相之間形成界面膜，降低界面張力，使單體分散成細(xì)小的液滴，形成穩(wěn)定的乳液體系，為聚合反應(yīng)提供場(chǎng)所。穩(wěn)定劑（通常指高分子保護(hù)膠）的作用是在形成的聚合物粒子表面形成一層保護(hù)膜，阻止粒子相互聚集長(zhǎng)大，使聚合物粒子保持分散穩(wěn)定。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)η。根據(jù)定義，η=k?/(k?+k??+k_h)，其中k??為鏈轉(zhuǎn)移給大分子（如單體、聚合物）的速率常數(shù)，k_h為鏈轉(zhuǎn)移給溶劑的速率常數(shù)。題目未給出k??和k_h，通常簡(jiǎn)化為η=k?/k?（均相體系，假設(shè)鏈轉(zhuǎn)移主要給溶劑）或近似為η=k?/(k?+k??)（考慮單體等鏈轉(zhuǎn)移）。此處題目未明確，按簡(jiǎn)化模型η=k?/k?計(jì)算。需先計(jì)算鏈引發(fā)速率R?=k?[c?]。然后計(jì)算鏈增長(zhǎng)速率R?=k?R?。動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)η=R?/R?=k?/k?。將數(shù)值代入計(jì)算。答案：R?=k?[c?]=1.0×10??mol/(L·s)×2.0mol/L=2.0×10??mol/(L·s)R?=k?R?=5.0×103L/(mol·s)×2.0×10??mol/(L·s)=1.0mol/(L·s)η=R?/R?=k?/k?=5.0×103L/(mol·s)/5.0×10?3L/(mol·s)=1.0×10?（注：此處的計(jì)算基于η=k?/k?的簡(jiǎn)化模型，實(shí)際計(jì)算可能需考慮其他鏈轉(zhuǎn)移項(xiàng)）2.解析思路：計(jì)算表觀聚合度Pn。表觀聚合度Pn的定義為Pn=R?/R?。其中R?是鏈引發(fā)速率，R?是鏈增長(zhǎng)速率。對(duì)于鏈終止為主的聚合，R?≈R?。鏈終止速率R?=k?[p]=k?[R?/2]，其中p是活性中心濃度，[R?/2]是平均每對(duì)活性中心碰撞的頻率。因此，R?=(k?/2)R?。鏈增長(zhǎng)速率R?=R?-R?=R?-(k?/2)R?=(1-k?/2)R?。所以表觀聚合度Pn=R?/R?=1-k?/2。將k?值代入計(jì)算。答案：Pn=R?/R?=1-k?/2=1-2.0×10?3L/(mol·s)/2=1-1.0×10?3=0.999（注：此處的計(jì)算基于R?≈R?且R?=(k?/2)R?的簡(jiǎn)化模型）五、論述題1.解析思路：分點(diǎn)論述控制分子量和分子量分布的方法。答案：控制自由基聚合產(chǎn)物的分子量大小和分子量分布主要通過以下方法：①控制引發(fā)劑濃度：提高引發(fā)劑濃度可增加鏈引發(fā)速率，使活性中心濃度高，鏈終止概率增大，導(dǎo)致聚合度降低，分子量分布變寬。降低引發(fā)劑濃度則相反。②控制溫度：溫度升高，鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)和鏈終止速率常數(shù)通常都增大，但k?增加更顯著，理論上聚合度增加；同時(shí)高溫也促進(jìn)鏈轉(zhuǎn)移和副反應(yīng)，聚合度可能下降。此外，溫度影響反應(yīng)速率，可用于控制反應(yīng)時(shí)間進(jìn)而控制最終分子量。選擇合適的聚合溫度是關(guān)鍵。③控制鏈轉(zhuǎn)移：加入鏈轉(zhuǎn)移劑（如醇類、硫醇類），提供鏈轉(zhuǎn)移速率常數(shù)較大的物質(zhì)，使鏈增長(zhǎng)在較低聚合度時(shí)中斷，從而降低聚合度，并可能使分子量分布變窄。選擇不同類型的鏈轉(zhuǎn)移劑（向單體、向聚合物、向溶劑）也會(huì)影響分子量大小和分布。④控制溶劑：對(duì)于溶液聚合，溶劑的性質(zhì)（如極性、粘度）會(huì)影響鏈增長(zhǎng)和鏈轉(zhuǎn)移速率，從而影響分子量。選擇合適的溶劑有助于控制分子量和分子量分布。2.解析思路：結(jié)合資源化學(xué)領(lǐng)域，論述聚合反應(yīng)的作用?？梢詮哪茉床牧希姵亍⑻?yáng)能）、環(huán)境材料（吸附、催化、可降解材料）、生物醫(yī)用材料等方面展開，說明高分子材料（通過聚合得到）的設(shè)計(jì)、合成（聚合反應(yīng)機(jī)理與控制）的重要性及其應(yīng)用價(jià)值。答案：高分子聚合反應(yīng)在資源化學(xué)領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，是開發(fā)新能源材料和環(huán)境材料的重要工具。在新能源材料方面，許多高性能的能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換材料是基于高分子聚合反應(yīng)制備的。例如：①高分子電池材料：鋰離子電池中的隔膜、電極粘結(jié)劑（如聚乙烯醇、聚丙烯腈）、鋰鹽溶解的聚合物電解質(zhì)（如聚環(huán)氧乙烷、聚碳酸酯）等，都需要通過精確控制的聚合反應(yīng)制備，其結(jié)構(gòu)和性能直接影響電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命和安全性能。②太陽(yáng)能電池材料：有機(jī)光伏材料（如聚咔唑、聚噻吩）的合成依賴于開環(huán)聚合、自由基聚合等反應(yīng)，通過調(diào)控聚合反應(yīng)控制其分子結(jié)構(gòu)和能級(jí)，可提高光吸收效率和電荷分離效率。③其他：熱電材料、儲(chǔ)能材料等的新興高分子基材料也日益受到關(guān)注。在環(huán)境材料方面，聚合反應(yīng)為解決環(huán)境污染問題提供了多種策略和材料。例如：①高分子吸附材料：通過聚合或改性制備具有高比表面積和特定孔結(jié)構(gòu)的聚合物吸附劑（如聚丙烯酰胺、功能化樹脂），用于吸附水中的重金屬離子、有機(jī)污染物或二氧化碳等。②高分子光催化材料：將金屬氧化物半導(dǎo)體納米粒子與