[考研类试卷]高分子化学与物理(高分子的化学反应、高分子固体的力学性质、高分子溶液性质)模拟试卷1及答案与解析.doc
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1、高分子化学与物理(高分子的化学反应、高分子固体的力学性质、高分子溶液性质)模拟试卷 1 及答案与解析1 高分子的化学反应有哪些特点?与低分子化学反应有什么区别?2 写出下列反应方程式。(1)聚乙烯的氯化;(2) 顺式一 1,4 一聚丁二烯的氯化;(3)醋酸纤维素;(4) 硝基纤维素;(5)甲基纤维素; (6)聚乙烯的氯磺化。3 试举例说明什么是聚合物的相似转变。4 解释下列名词:交联;扩链;降解;老化。5 大分子的降解有哪些类型?6 聚合物的老化原因主要有哪些?7 聚合物的热降解有几种类型?与大分子链有何关系? 试判断下列聚合物的热降解类型和产物。(1)PMMA;(2)PE;(3)PVAc。8
2、 分析比较下列聚合物的交联目的及所用的交联剂。(1)顺丁烯二酸酐与乙二醇合成的聚酯;(2) 环氧树脂;(3)线形酚醛树脂( 酸催化)。9 298K 时聚苯乙烯的剪切模量为 12510 9Nm 2,泊松比为 035,其拉伸模量和本体模量是多少?10 试比较非晶态高分子的强迫高弹性、结晶高分子的冷拉、硬弹性高分子的拉伸行为和某些嵌段共聚物的应力诱发塑料一橡胶转变,从微观结构加以分析,并指出它们的异同点。11 图(a)图(d)为四种不同高分子材料拉伸时的应力一应变曲线,试分析这四种高分子力学性能的特征、结构特点和使用范围。12 橡胶弹性热力学分析的根据和所得结果的物理意义是什么?13 用橡胶弹性热力
3、学和状态方程解释下列问题:(1)挂有一个砝码的拉伸的橡胶条,温度升高时其长度减小;(2)同样一种橡胶,随交联程度不同而模量、拉伸强度、断裂伸长率也不相同。14 采用怎样的力学试验可以区别下列结构的高分子:(1)高分子量的线形高分子与高分子量低交联度的高分子;(2)结晶高分子与低交联度高分子?15 提出改善高分子材料下列力学性能的方案:(1)提高结构材料的抗蠕变性能;(2)减小橡胶材料的滞后损失;(3)提高材料的抗张强度;(4)提高材料的抗冲击强度。16 某一黏弹性高分子,已知其 77 和 E 分别为 5108Pa.s 和 108Nm 2,当原始应力为 10Nm 2 时求:(1)达到松弛时间时的
4、残余应力为多少?松弛 10s 时的残余应力为多少?(2)当起始应力为 109Nm 2 时,到达松弛时间的形变率为多少? 最大平衡形变率为多少?17 已知聚苯乙烯的玻璃化温度为 358K,对聚苯乙烯试样施加一定的应力,求在393K 时的蠕变速度比在 443K 时的蠕变速度快多少?18 试述高分子化合物溶解的特点。19 什么是溶度参数? 如何测定聚合物的溶度参数 ?为什么非极性聚合物能溶解在与其溶度参数相近的溶剂中?20 什么是溶解? 什么是溶胀 ?说明线形高分子和交联高分子在良溶剂中的最终状态。21 根据似晶格模型推导高分子溶液的混合熵。22 Huggins 参数的物理意义是什么?它与高分子溶液
5、的溶剂性质和温度有什么关系?23 试由高分子溶液的混合自由能导出其中溶剂的化学势变化,并说明在什么条件下高分子溶液中溶剂的化学势变化等于理想溶液中溶剂的化学势变化。24 什么是 温度? 有哪些实验方法可以测定 温度 ?25 什么是扩张因子? 扩张因子与高分子的哪些结构参数有关? 如何测定?26 在 25时将 10-5mol 的聚甲基丙烯酸甲酯 (MN=105,=120gcm 3)溶于 150g氯仿(=149gcm 3)中,试计算混合熵 Hm 和混合自由能 Gm。已知 1=0377。27 测定数均分子量和重均分子量分别有哪些主要方法?它们测量的分子量范围通常是多少?28 用光散射法测定某聚合物试
6、样的分子量和第二维利系数。已知:该聚合物在25的丁酮溶液中无内干涉效应,测得的散射光强数据如下:用苯作标准,I 90(苯)=15,R 90(苯)=4 8510 -5cm-1,n(苯)=14979,n(丁酮)=13761 ,dn dc=0230mLg,波长 =436nm,计算此试样的重均分子量和第二维利系数。29 用稀溶液黏度法测定聚苯乙烯试样的分子量,温度为 30,溶剂为苯。溶液浓度为 27510 -5gmL,纯溶剂的流出时间 t 为 106s,溶液流出时间 t 为 166s,已知该条件下的 K 为 09910 -2, 为 074,式子 Huggins 方程常数 K和 Kraemer方程常数
7、之和为 12,计算此试样的黏均分子量。30 用凝胶渗透色谱测定聚合物分子量为什么要用标样进行标定?若进行普适标定,需知道标样和试样的哪些参数?31 比较高分子介电松弛和力学松弛的异同点。32 讨论影响高分子介电常数和介电损耗的因素。33 什么叫高分子的耐热性和热稳定性?如何提高聚合物的耐热性和热稳定性?34 讨论提高高分子材料透明性的方法。高分子化学与物理(高分子的化学反应、高分子固体的力学性质、高分子溶液性质)模拟试卷 1 答案与解析1 【正确答案】 分子主链、侧基和端基上有许多官能团,可以进行包括氧化、还原、卤化、酰化、取代、加成、消去、环化、配位等类型的化学反应。但是由于聚合物的长链结构
8、、分子量多分散性以及特殊的聚集态结构、溶解特性和溶液行为,使得聚合物的化学反应表现出一些与小分子化合物反应所不同的特征,主要表现在化学反应的复杂性和不完全性两方面。(1)高分子化学反应的复杂性 反应过程中伴随较多的副反应,例如在进行分子链上官能团的转化反应时,分子链有可能发生交联或者降解,导致聚合度发生相应变化。此外,随着反应进行,反应产物的理化性质会发生改变,而反应产物理化性质的改变反过来会影响聚合物化学反应的进程。(2)高分子化学反应的不完全性 分子链上官能团发生转化时不可能达到 100的转化率。例如聚乙烯醇的缩醛化反应,分子链上的羟基进行缩醛化反应的最大转化率在 86左右。而且对于聚合物
9、化学反应的产物不能进行分离和提纯。因为未反应基团和转化基团共存于同一分子链上。【知识模块】 高分子的化学反应2 【正确答案】 (1) 一 CH2 一 CH2 一+Cl一 CH2 一 CH 一+HCl CH2 一 CH 一+Cl 2一 CH2 一 CHCl 一+Cl【知识模块】 高分子的化学反应3 【正确答案】 聚合物相似转变是基团(侧基和或端基)转变而聚合度基本不变的反应,例如:聚丙烯腈热解环化成梯形结构。【知识模块】 高分子的化学反应4 【正确答案】 (1)交联 大分子之间通过共价键结合起来形成三维网状结构称为交联。(2)扩链 对于分子量不高(如几千) 的预聚物,通过适当方法,使两大分子通过
10、化学键连接在一起,分子量成倍增加,这一过程称为扩链。(3)降解 是聚合物聚合度变小或分子量变小的化学反应的统称,包括解聚、无规断链、侧基和低分子物的脱除等反应。(4)老化 绝大多数高分子材料在大气环境中、浸在水或海水中、埋在地下使用,在热、光、氧、水、化学介质、微生物等的综合作用下,聚合物的化学组成和结构会发生或浅或深的变化,物理性能也会相应变坏,如变色、发黏、变脆、变硬、失去强度等,这些变化或现象统称老化。【知识模块】 高分子的化学反应5 【正确答案】 降解是聚合物聚合度变小或分子量变小的化学反应的统称,包括解聚、无规断链、侧基和低分子物的脱除等反应。按照影响因素可以分为:(1)热降解解聚:
11、是聚合(链增长) 的逆反应。先形成端基自由基,如果末端自由基活性不高,难以链转移,会按连锁机理“拉链式” 迅速逐一脱除单体,发生解聚,如甲基丙烯酸甲酯的解聚。无规断链:某类聚合物在受热时,大分子链在任何处都可能断裂即无规断链,聚合度迅速下降,单体收率甚微,如聚乙烯的无规断链。基团脱除:某些聚合物受热时会脱除取代基,如聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯腈等。(2)力化学降解:高聚物经塑炼或熔融挤出,高分子溶液受强力搅拌或超声波作用,当所受到的剪切力超过键能时,就可能断链,产生 2 个链自由基;有氧存在时,则形成过氧自由基。这就是所谓的“力化学” 反应。(3)水解、化学降解、生化降解。(4)氧化降解:
12、在加工和应用过程中接触空气产生的降解即为氧化降解。(5)光解和光氧化降解:聚合物制品在室外使用,经常受到阳光照射,因光降解和光氧化而加速老化。【知识模块】 高分子的化学反应6 【正确答案】 发生老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点,如具有不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基,等等。外界或环境因素主要是阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体、海水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫,等等。聚合物由于结构上的弱点而在一定外界条件下发生的各种老化现象。另外,有的聚合物没有上述情况也会发生老化,如受到辐射特别是高能辐射时,化学键就会发生断裂,即使是近紫外光辐射也能足够打开一般
13、的单键(CH 、O 一 H 那样的强键除外)。【知识模块】 高分子的化学反应7 【正确答案】 (1)聚合物的热降解包括: 解聚; 无规断链;基团脱除。(2)热降解与大分子链的关系。 解聚 是聚合 (链增长 )的逆反应。先形成端基自由基,如果末端自由基活性不高,难以链转移,会按连锁机理“拉链式” 迅速逐一脱除单体,发生解聚。无规断链 聚合物在受热时大分子链在任何处都可能断裂,即无规断链,聚合度迅速下降,单体收率甚微。基团脱除 聚合物受热时会脱除取代基,如聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯等。(3)聚甲基丙烯酸甲酯:发生解聚,解聚产物为甲基丙烯酸甲酯单体。聚乙烯:发生无规断链,可在分子链的任何地方断裂,形成杂
14、乱的降解产物。聚醋酸乙烯:发生基团脱除,脱除掉取代基团,降解产物为乙酸。【知识模块】 高分子的化学反应8 【正确答案】 (1)顺丁烯二酸酐与乙二醇合成的聚酯是不饱和聚酯树脂,属于热固性聚合物。不饱和聚酯树脂只有经过交联固化后才具有强度和实际使用价值。其交联固化剂为有机过氧化物。(2)环氧树脂是热固性聚合物,只有经过交联固化后才具有强度和实际使用价值。常用的交联固化剂为有机胺类化合物,包括己二胺、哌啶、间苯二胺、邻苯二甲酸酐、咪唑等。(3)线形酚醛树脂(酸催化)也是热固性聚合物,只有经过交联固化后才具有强度和实际使用价值。其交联固化剂为六次甲基四胺。【知识模块】 高分子的化学反应9 【正确答案】
15、 聚苯乙烯为非晶聚合物,各向同性,已知G=12510 9Nm2 ,v=035; E=2G(1+v)=33810 9(Nm 2)【知识模块】 高分子固体的力学性质10 【正确答案】 非晶态高分子的强迫高弹形变是指在试样断裂前停止拉伸,除去外力,试样已发生的大形变无法完全恢复,只有让试样的温度升到 Tg 附近,形变方可恢复。此过程微观结构上只发生分子链的取向。 结晶聚合物的冷拉过程与非晶态高分子的强迫高弹形变现象类似,但微观结构上发生结晶的破坏、取向和再结晶等过程。 硬弹性高分子的拉伸行为:拉伸前期与结晶聚合物的拉伸类似,但不出现细颈,继续拉伸时应力会缓慢上升,到达一定形变量后,移去载荷可自发回复
16、,微观结构上形成了由分子链束构成的高度取向的微纤和空洞。 应力诱发塑料一橡胶转变:如一般结晶聚合物出现屈服、细颈,至细颈被均匀拉伸后除去外力,大形变可迅速基本回复,不需要加热到 Tg 或 Tm,如果接着第二次拉伸,出现与一般橡胶类似的高弹性应力一应变曲线。微观结构上,拉伸初始,塑料连续相使材料具有塑料的性质,屈服点后,塑料相发生歪斜、曲折,并逐渐被撕碎分散在橡胶连续相中,橡胶作为连续相使材料呈高弹性,使试样在外力撤去后迅速回复,塑料分散相起物理交联作用,阻止永久变形的发生,待塑料连续相重建完成时,交替层状结构出现使材料又表现出塑料性质。【知识模块】 高分子固体的力学性质11 【正确答案】 图(
17、a)所示高分子的特征是硬而韧。其强度高,断裂伸长率大,拉伸过程中产生细颈。典型的高分子材料有尼龙 66、聚酰胺、PC 和 POM 等。从结构上看,它们要么主链上具有芳杂环结构,要么具有较强的分子间作用力,要么具有高结晶度。这类材料适合于作为工程塑料使用。图(b)所示高分子的特征是硬而强。高的杨氏模量,高的拉伸强度,断裂伸长率约为 5。典型的高分子材料有硬质 PVC、PMMA 等。这类材料分子结构具有一定刚性,可以作为硬塑料使用。图(c)所示高分子的特征是软而韧。模量低,屈服点低或没有明显屈服点,伸长率大(20 100) ,断裂强度高。典型高分子材料有橡胶、增塑 PVC、聚乙烯和聚四氟乙烯等。从
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