高分子化学与物理基础(魏无忌)答案

《高分子化学》习题与解答第一章、绪论习题与思考题习题与思考题１.解：(1)加聚反应ClnCH2CHCl[CH2CH]n结构单元和重复单元都是：CH2CHCl(2)加聚反应CH3nCH2C(CH3)2CH3[CH2CH]n结构单元和重复单元都是：CH2CHCH3CH3(3)缩聚反应O[O(CH2)5C]nnHO(CH2)5COOH结构单元和重复单元都是OO(CH2)5C(4)开环聚合反应[CH2CH2CH2O]nnCH2CH2CH2O结构单元和重复单元都是：CH2CH2CH2O（5）缩聚反应OO[HN(CH2)10NHC(CH2)8C]HOOC(CH2)8COOHnH2N(CH2)10NH2+结构单元：HN(CH2)10NH和OOC(CH2)8C(6)加聚反应OO[CNH(CH2)6NHCO(CH2)2O]nnOCN(CH2)6NCO+HO(CH2)2OH结构单元：CNH(CH2)6NHCOO和O(CH2)2O]n重复单元：CNH(CH2)6NHCOOO(CH2)2O]n２.解:（1）聚甲基丙烯酸甲酯单体为甲基丙烯酸甲酯(2)聚丙烯酸甲酯单体为丙烯酸甲酯nCH2CH(COOCH3)[CH2CH]nCOOCH3(3)聚己二酸乙二酯（尼龙66）单体为乙二胺和乙二酸H2N(CH2)6NH2nHOOC(CH2)4COOH+H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nOH+(2n-1)H2O(4)聚己内酰胺单体为己内酰胺或氨基己酸NH(CH2)5CO[NH(CH2)5CO]nn或nH2N(CH2)6COOHH[NH(CH2)5CO]nOH+(n-1)H2O(5)聚异戊二烯单体为异戊二烯nCH2C(CH3)CHCH2[CH2C(CH3)CHCH2]n(6)聚碳酸酯单体为双酚Ａ和光气nCH2C(CH3)(COOCH3)[CH2C]nCH3COOCH3CnHOOHCH3CH3+nCOCl2CH3CH3CH[OOC]ClOn+(2n-1)HCl3.解：(1)单体为丙烯腈CHCHCNCHCHCN[]nn(2)单体为丁二烯和苯乙烯CH2CHCHCH2CHCH2CH2CHCHCH2CHCH2+CH2CHCHCH2CHCH2[]nnn(3)单体为对苯二甲酸和乙二醇CH3OCCOCH3+HOCH2CH2OHHOCH2CH2OCCOCH2CH2OHOOOOCH3OH1[OCHCHCC]nOOHOCH2CH2OH--2(4)单体为甲醛[CH2O]nnCH2O(5)单体为环氧乙烷或单体为乙二醇或单体为氯乙醇(6)单体为４.解：（1）高分子化合物，高分子材料；高分子化合物指的是由多种原子以相同的，多次重复的结构单元通过共价键连接起来的，分子量是104~106的大分子所组成的化合物。高分子材料（2）结构单元，重复单元，聚合度；构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合称为结构单元。聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元。高分子链中重复单元的重复次数称为聚合度。（3）分子量的多分散性，分子量分布，分子量分布指数；聚合物是分子量不等的同系物的混合物，其分子量或聚合度是一平均值。这种分子量的不均一性称为分子量的多分散性分子量多分散性可用分子量分布曲线表示。以分子量为横坐标，以所含各种分子的重量或数量百分数为纵坐标，即得分子量的重量或数量分布曲线。分布指数用来表示分子量分布宽度，定义为：D=MwMn。（4）线型结构大分子，体型结构大分子；线型高分子是由长的骨架原子组成的，也可以有取代侧基。通常可以溶解在溶剂中，固态时可以是玻璃态的热塑性塑料，有的聚合物在常温下呈柔顺性材料，也有的是弹性体。高分子链间产生化学结合可以生成交联或网状高分子。（5）均聚物，共聚物，共混物；由一种单体聚合而成的聚合物叫做均聚物由两种或两种以上的单体聚合而成的聚合物叫做共聚物两种或更多聚合物机械混合在一起叫做高分子共混物，能将两种或多种聚合物性质综合在一起。（6）碳链聚合物，杂链聚合物。骨架原子都是碳原子的高分子又称碳链高分子主链骨架中还含有非碳原子又称杂链高分子。5．解：wM=分子量×重量分数=1×104×0.5＋1×105×0.2＋5×105×0.2＋1×106×0.1=2.25×105nM=46554109.11011.01052.01012.01015.01NWD=84.11nwMM６.解：聚合物单体分子量或重复单元分子量nX分子量（×104）聚氯乙烯62.5806～24195～15聚苯乙烯104962～288510～30涤纶19294～1201.8～2.3尼龙6622653～57.51.2～1.3顺丁橡胶544630～555625～30天然橡胶682921～588220～40７.解：由小分子化合物单体制备聚合物的反应主要分成三类，它们是缩合反应、加成反应和开环反应。还有另一种是由高分子化合物，经转化反应，生成另外一种结构和性能不同的新高分子化合物下面举例说明：⑴缩合反应：己二胺和己二酸缩合反应生成尼龙－66H2OHNHCH26NHCOCH24OHCOnH2NCH2NH26+HOCOCH24COOH⑵加聚反应：苯乙烯聚合nCH2=CHCH2CHn⑶开环聚合：三氧六环开环聚合生成聚甲醛CH2OOCH2OCH2´ß»¯¼ÁCH2On⑷高分子转化反应：维尼纶的工业制备CH3OHCH2CH~~~~~~OHCH2OOCHCH2OCH2CHCH2~~~~~~OCOCH3CH2=CHnCH2CH~~~~~~OCOCH3８.解：高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学，就其广义来说。还包括聚合物的结构和性能。第二章、逐步聚合的习题与思考题解答：１.解：(1)n[ORCO](2)[OCRCOORO],n其所得产物数均聚合度与两官能团摩尔数之比r(r≤1)和反应程度P之间有Xn=1+r1+r-2rp的关系。(3)设反应物二酸和三醇的相对摩尔比为x①当x≤3/2时，r=2x/3(r≤1)。由公式Po=[r+rp(f-2)]1/21得x23Po=令Po≥1，则X≤3/4时，所得产物是端基主要为羟基的非交联支化分子。②当x≥3/2时，r=3/2x(r≤1)。同理得x3Po=令Po≥1,则x≥3。即当x≥3时，所得产物是端基主要为羧基的非交联支化分子。③综合①和②得3/4＜x＜3时，所得产物是交联体型分子。(4)设二酸∶二醇∶三醇（摩尔比）=x∶y∶1，则①2x3+2y1时⑴f=4xx+y+1由Carothers方程得Po=x+y+12x令Po≥1,则12xx+y+1⑵联立⑴、⑵得x–y≤1⑶即当x–y≤1时，所得产物端基主要为羟基的支化分子。②13+2y2x时⑷f=x+y+12(2x+3)同理2y+3x+y+1Po=令Po≥1，则2y+31x+y+1⑸联立⑷、⑸得x–y≥2⑹即当x–y≥2时，所得产物是端基主要为羧基的支化分子。④联立⑶、⑹得知，当1＜x-y＜2时，所得产物为交联的体型分子。３.解：Xn=11-PMn=113Xn+18P0.5000.8000.9000.9500.9700.9800.9900.995Xn25102033.350100200Mn12.551016.652550100４.解：COOH+OHOCO+H2Ot=0N000t=t平衡N0=(1-P)PN0NW其中：N0——起始羟基和羧基的数目Ｐ——平衡时反应程度NW——平衡时H2O分子数故：K=PNwNo(1-P)2又：Xn=11-P所以：①30294.9Xn(Xn-1)KN0Nwnw====0.00563②nw====0.00049NwN0KXn(Xn-1)4.910099５.解：因为：2(1-P)PK=2所以：1-PPK=K(K+1)P=得到：1-P1Xn==2.3６.1mol的己二酸和1mol的乙二醇缩聚生成2mol的水，即2×18＝36g3620P=所以：=2.25Xn=11-P７.解：外加酸催化，有：因为P1=0.98时，Xn=50；P２=0.99时，Xn=100由kCot1+1=50，kCot2+1=100得：因此：t2=2t18.解:结构单元平均分子量＝226/2=113(1)若分子量为15000，P＝0.995时Xn=15000133=123.7又因为：Xn=1+r1+r-2rp因此：r1=0.995(2)若分子量为19000，P＝0.995时Xn=19000133=168.14又因为：Xn=1+r1+r-2rp因此：r1=0.998９.解：(1)若加入1.5%乙酸(以二元酸计)r1=NaNa+2Nc1212+1.5%2==0.985当P=0.995,1+r11+r1-2r1pXn=1+0.9851+0.985-20.9850.995==100当P=0.999,1+r11+r1-2r1pXn=1+0.9851+0.985-20.9850.998==117(2)若加入1%乙酸(以二元酸计)=0.99=1212+1%2NaNa+2Ncr1=当P=0.995,=kCot+1Xn=11-PkCot2kCot1=9949=100=1+0.991+0.99-20.990.995Xn=1+r11+r1-2r1p当P=0.999,=166=1+0.991+0.99-20.990.999Xn=1+r11+r1-2r1p１０.解：1010盐，结构为NH3(CH2)10NH3OOC(CH2)8COO+-分子量是374。尼龙1010结构单元平均分子量M0=169Xn=2101694=118.34假设对癸二胺P=1，根据Xn=1+r1-r得：r=0.983。设Na(癸二胺)=1,Nb=1.0/0.983=1.0173，则酸值为：(Na-Nb)MKOH2NaM1010=5.18单位为mgKOH/g1010盐１１.解：已知r=1,P=0.99或0.995根据Flory分布函数，聚合度为x的聚合物的数均分布函数是：NxN=P(1-P)(x-1)聚合度为x的聚合物的重量分布函数是：(x-1)Wx=xP(1-P)2１２.解：NxN=P(1-P)(x-1)(1)P=0.5时，二聚体的含量为：(2-1)=0.5(1-0.5)100%=0.5100%=25%N2N2四聚体的含量为：(4-1)=0.5(1-0.5)100%=0.5100%=6.25%N4N4(2)P=1时，二聚体和四聚体的含量都为0。１３.解：首先，与其平衡特征有关，在非封闭体系中KPnwXn=一般的反应中，K都不够大。而nw都不够小其次，与其逐步特征有关，外加酸催化体系有Xn=11-P=k2[COOH]ot+1当t不是很大时，分子量也不大１４.解：(1)由一种单体进行的缩聚为均缩聚。由两种皆不能独自缩聚的单体进行的缩聚称为混缩聚。由两种或两种以上单体进行的能形成两种或两种以上重复单元的缩聚反应称为共缩聚。(2)平均缩聚通常指平衡常数小于103的缩聚反应。非平衡缩聚通常则指平衡常数大于103的缩聚反应或根本不可逆的缩聚反应。(3)反应程度Ｐ就是已经反应的官能团数与起始官能团数之比。而转化率指反应了的单体分子与起始单体分子数之比。(4)摩尔系数即当量系数，指起始两种官能团总数之比，其值小于或等于1。过量百分数(5)如果反应的单体中有一种或几种三官能团或多官能团单体时，缩聚反应生成的聚合物则是有支链的，甚至交联的结构，这类缩聚反应又称为体型缩聚。体型缩聚进行到某一程度时，开始交联，粘度突然骤增，气泡也难以上升，出现了所谓凝胶，这时的反应程度叫做凝胶点。(6)无规预聚体结构预聚体１５.解：因为解离度α=[H+]/[COOH]，所以t=0时，PH=2，[H+]=10-2，[COOH]0=[H+]/α=10-2/α。t=t时，PH=3，[H+]=10-3，[COOH]0=[H+]/α=10-3/α。此时反应程度为：P=[COOH]o-[COOH]t[COOH]o=10-1010-2-3-2=0.99１６.解：根据[COOH]0=3.1(mol/dm3)t(h)00.51.01.52.02.53.0[COOH](mol/dm3)3.11.30.830.