北京化工大學(xué)2025年化學(xué)工程與技術(shù)（高分子化工）專業(yè)高分子合成試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意，請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列單體中，通常不能進(jìn)行自由基聚合的是（）。A.苯乙烯B.丙烯腈C.丙烯酸D.四氟乙烯2.在自由基聚合中，引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基與單體分子反應(yīng)，生成（）。A.鏈增長自由基B.聚合物分子鏈C.終止自由基D.鏈轉(zhuǎn)移劑3.對于鏈增長自由基聚合，提高引發(fā)劑濃度，聚合反應(yīng)速率（）。A.減小B.增大C.不變D.可能增大也可能減小4.下列關(guān)于鏈終止方式的說法中，錯(cuò)誤的是（）。A.雙基終止是自由基聚合的主要終止方式B.單基終止通常需要鏈轉(zhuǎn)移劑的存在C.雙基終止對溫度敏感D.單基終止速率通常比雙基終止快得多5.在自由基聚合中，欲提高聚合物分子量，同時(shí)降低分子量分布，可以采取的措施是（）。A.降低引發(fā)劑濃度B.提高反應(yīng)溫度C.加入鏈轉(zhuǎn)移劑D.延長反應(yīng)時(shí)間6.下列聚合物中，屬于離子型聚合的是（）。A.腈-腈共聚物B.苯乙烯-丁二烯橡膠C.聚丙烯酸D.聚氯乙烯7.陽離子聚合通常具有的特點(diǎn)是（）。A.對水敏感B.可在較低溫度下進(jìn)行C.聚合速率快D.以上都是8.陰離子聚合通常需要（）作為引發(fā)劑或催化劑。A.過氧化物B.芥子氣C.強(qiáng)堿D.負(fù)離子9.溶液聚合通常在（）中進(jìn)行。A.水相B.有機(jī)溶劑相C.油相D.氣相10.懸浮聚合中，分散相顆粒的大小主要受（）控制。A.聚合速率B.分散劑種類和用量C.溫度D.引發(fā)劑濃度二、填空題（每空1分，共20分。請將答案填寫在橫線上。）1.自由基聚合通常活化能較高，對______敏感。2.聚合反應(yīng)動力學(xué)研究的是聚合反應(yīng)的______、______和______。3.聚合物分子量的常用表示方法有______和______。4.陽離子聚合的引發(fā)方式主要有______和______。5.陰離子聚合單體通常具有______的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。6.溶液聚合可以制備分子量______、分布______的聚合物。7.懸浮聚合的主要優(yōu)點(diǎn)是______。8.乳液聚合是由______、______和______組成的分散體系。9.在聚合反應(yīng)中，通過改變單體濃度、溫度等方式控制聚合物分子量的方法稱為______。10.活性/可控聚合可以合成具有______結(jié)構(gòu)、______性能的聚合物。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請給出下列名詞的準(zhǔn)確定義。）1.聚合度2.鏈增長自由基3.鏈終止4.聚合實(shí)施方法5.活性聚合物四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡明扼要地回答下列問題。）1.簡述自由基聚合中，影響聚合反應(yīng)速率的主要因素。2.簡述陽離子聚合與陰離子聚合在反應(yīng)特性上的主要區(qū)別。3.簡述乳液聚合與懸浮聚合在操作和產(chǎn)物形態(tài)上的主要不同。4.簡述聚合物分子量分布寬窄對材料性能的影響。五、計(jì)算題（每小題10分，共20分。請列出必要的計(jì)算步驟和公式。）1.在某間歇釜中進(jìn)行自由基聚合，聚合度為5000。已知聚合反應(yīng)活化能為100kJ/mol，實(shí)驗(yàn)測得在60°C時(shí)的聚合速率是30°C時(shí)的25倍。試計(jì)算60°C時(shí)的聚合速率常數(shù)（假設(shè)指前因子A=10^10L/mol·s，聚合反應(yīng)級數(shù)為1.7）。2.1000g去離子水中含有2g單體A和0.5g單體B，在攪拌下進(jìn)行懸浮聚合。已知單體A的聚合熱為100kJ/mol，聚合反應(yīng)活化能為80kJ/mol。若反應(yīng)溫度控制在80°C，試估算該懸浮聚合體系發(fā)生爆聚（體系溫度急劇升高導(dǎo)致聚合失控）的理論臨界單體濃度范圍。（提示：可參考相關(guān)文獻(xiàn)中懸浮聚合爆聚的判據(jù)，如基于自由基濃度或聚合熱積累的簡化模型）六、論述題（15分。請結(jié)合具體實(shí)例或原理，深入分析和闡述下列問題。）試論述活性/可控聚合（如ATRP、RAFT、ROMP等）在合成具有特定結(jié)構(gòu)（如嵌段共聚物、星形聚合物、刷狀聚合物等）和高性能聚合物方面的重要優(yōu)勢及其對高分子材料發(fā)展的影響。試卷答案一、選擇題1.D2.A3.B4.D5.A6.C7.D8.C9.B10.B二、填空題1.溫度2.速率，機(jī)理，分子量3.數(shù)均分子量，重均分子量4.催化劑引發(fā)，化學(xué)引發(fā)劑引發(fā)5.立體位阻小，親電性或親核性強(qiáng)6.高，窄7.易于控制產(chǎn)品粒徑和分布，可連續(xù)生產(chǎn)8.油相，水相（或連續(xù)相），乳化劑9.分子量調(diào)節(jié)10.端基，序列，結(jié)構(gòu)，性能三、名詞解釋1.聚合度：聚合物分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目。2.鏈增長自由基：在聚合反應(yīng)中，由單體轉(zhuǎn)化為聚合物鏈末端的、具有高度反應(yīng)活性的自由基。3.鏈終止：兩個(gè)活性中心（自由基）相互反應(yīng)，使鏈增長停止的過程。4.聚合實(shí)施方法：指將單體轉(zhuǎn)化為聚合物的方法，根據(jù)反應(yīng)物相態(tài)和操作方式可分為本體、懸浮、溶液、乳液聚合等。5.活性聚合物：指在聚合反應(yīng)過程中，活性中心（自由基）濃度極低，且活性中心性質(zhì)穩(wěn)定，可以精確控制聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)、序列和分子量的聚合物。四、簡答題1.影響自由基聚合速率的主要因素包括：引發(fā)劑濃度（影響初始自由基濃度）、溫度（影響引發(fā)速率和鏈增長速率）、單體濃度（影響鏈增長速率）、鏈轉(zhuǎn)移劑濃度（影響鏈長）。2.陽離子聚合與陰離子聚合的主要區(qū)別在于：對單體結(jié)構(gòu)要求不同（陽離子聚合單體多為弱堿性，陰離子聚合單體多為弱酸性或強(qiáng)堿性），反應(yīng)活性不同（陰離子聚合通?；钚愿撸瑢﹄s質(zhì)更敏感），對溶劑要求不同（陽離子聚合常需非質(zhì)子極性溶劑，陰離子聚合可在非極性溶劑甚至單體中進(jìn)行），產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不同（易形成直鏈高聚合度聚合物）。3.乳液聚合與懸浮聚合的主要不同在于：分散相形態(tài)不同（乳液聚合為液滴分散在液相中，懸浮聚合為液滴分散在液相中但通常粒徑更大），分散介質(zhì)不同（乳液聚合通常為水包油，懸浮聚合為油包水或水包油，但液滴與連續(xù)相均為液體），乳化劑作用不同（乳液聚合需乳化劑穩(wěn)定液滴），產(chǎn)物形態(tài)不同（乳液聚合常為乳液液滴，懸浮聚合常為顆粒狀）。4.聚合物分子量分布寬窄對材料性能有顯著影響。分子量分布寬的聚合物通常結(jié)晶度較低，力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性）可能不如分子量分布窄、分布較集中的聚合物。窄分布聚合物具有更均一的性能，尺寸穩(wěn)定性更好，但在某些應(yīng)用中可能加工性能較差。五、計(jì)算題1.計(jì)算步驟：根據(jù)阿倫尼烏斯方程：k2=A*exp(-Ea/RT)60°C時(shí)的速率常數(shù)k2與30°C時(shí)的速率常數(shù)k1之比為：(k2/k1)=exp[-(Ea/R)*(1/T2-1/T1)]已知T2=60°C=333.15K,T1=30°C=303.15K,(k2/k1)=25,Ea=100kJ/mol=100000J/mol,R=8.314J/(mol·K)代入計(jì)算：(25)=exp[-(100000/8.314)*(1/303.15-1/333.15)]解得exp[-(100000/8.314)*(30/100000)]=0.04exp[-(100000/8.314)*(30/100000)]=exp[-3.585]-3.585=(100000/8.314)*(30/100000)=1.121所以exp[-1.121]=0.425=0.4^xx=log(25)/log(0.4)=-3.218因此，k2=k1*25=10^10*25*L/mol·s=2.5*10^11L/mol·s2.計(jì)算步驟：參考懸浮聚合爆聚判據(jù)，一個(gè)簡化的模型是基于聚合放熱速率與散熱速率的平衡。當(dāng)聚合放熱速率超過體系散熱速率時(shí)，體系溫度急劇升高導(dǎo)致聚合失控。放熱速率受聚合速率影響，聚合速率受溫度影響（如Arrhenius方程）。散熱速率與體系表面積、溫度梯度、散熱介質(zhì)的熱導(dǎo)率等有關(guān)。懸浮聚合中，顆粒表面水分蒸發(fā)是主要的散熱方式。爆聚發(fā)生時(shí)，聚合放熱速率大于水分蒸發(fā)等散熱速率。理論上，當(dāng)單體濃度足夠高時(shí)，即使初始散熱尚可，聚合放熱累積效應(yīng)也會導(dǎo)致溫度失控。實(shí)際臨界濃度難以精確計(jì)算，通常由實(shí)驗(yàn)確定。但可以定性分析：單體濃度越高，聚合速率越快，放熱量越大；水分含量越低（分散介質(zhì)中水相比例越低），散熱能力越差。因此，爆聚的臨界單體濃度范圍會受水分含量、攪拌效率、操作溫度等多種因素影響。大致可推斷，在給定水分含量和溫度下，存在一個(gè)最高單體濃度限值，超過此值易發(fā)生爆聚。具體數(shù)值需實(shí)驗(yàn)測定。六、論述題活性/可控聚合（如ATRP、RAFT、ROMP等）通過精確控制活性中心，實(shí)現(xiàn)了對聚合過程的高度調(diào)控，合成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的聚合物，其重要優(yōu)勢及影響如下：優(yōu)勢：1.端基控制：活性聚合物分子鏈末端的活性基團(tuán)性質(zhì)穩(wěn)定，可以參與后續(xù)反應(yīng)，用于合成嵌段共聚物、接枝共聚物、星形聚合物、樹枝狀聚合物等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如，ATRP和RAFT允許在聚合過程中或之后引入不同端基，實(shí)現(xiàn)嵌段共聚物的可控合成。2.序列控制：可以精確控制聚合物鏈上單體單元的排列順序，合成具有特殊性能或功能的序列結(jié)構(gòu)聚合物，如交替共聚物、梳狀聚合物等。這對于藥物遞送載體、智能材料等具有重要意義。3.分子量與分布精確控制：活性聚合可以實(shí)現(xiàn)分子量非常窄（PDI≈1.0）的聚合物合成，獲得均一性極高的聚合物材料，其性能一致性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)聚合方法。這對于高性能薄膜、纖維、液晶材料等至關(guān)重要。4.多元共聚控制：可以精確控制不同單體在聚合物鏈上的位置和比例，合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能獨(dú)特的多臂星形、梯