高分子化学答案第一章诸论(DOC)

第一章诸论习题参考答案

1．与低分子化合物相比，高分子化合物有什么特征。随着高分子的发展,高分子概念的外延进一步扩大，请举例说明。

解答：

特征：（1）相对分子质量大，一般在104—106；

（2）每个分子的相对分子质量不一样，存在相对分子质量分布；

（3）由此导致高分子化合物的属性在一定范围内波动（如Tm、Tg、结晶、溶解……）；

（4）可用于结构材料和功能材料；

扩展：（1）相对分子质量变化，如：在103—104的低聚物或齐聚物（Oligomer），可用于涂料、粘合剂、功能高分子领域；而106的超高相对分子质量化合物，可使材料性能有所变化。

（2）化学键连接，如：利用分子间作用力的大分子组装、超分子聚合物等。

（3）化学组成变化，如：引入N、P等元素形成与生物相亲的高分子。

2．说明下列名词和术语的概念：

（1）单体，聚合物，高分子，高聚物

（2）碳链聚合物，杂链聚合物，元素有机聚合物，无机高分子

（3）主链，侧链，侧基，端基

（4）结构单元，单体单元，重复单元，链节

（5）聚合度，相对分子质量，相对分子质量分布

（6）连锁聚合，逐步聚合，加聚反应，缩聚反应

（7）加聚物，缩聚物，低聚物

解答：

（1）单体：能够形成聚合物中结构单元的小分子化合物。

聚合物：由多种原子通过共价键连接而成的相对分子质量很大的化合物。

高分子：同上，现在的一个倾向是将化学结构组成多样、排列顺序严格的生物高分子化合物称为高分子。

高聚物：同聚合物。

（2）碳链聚合物：主链完全由碳原子构成的聚合物

杂链聚合物：主链除碳原子外,还含有氧、氮、硫等杂原子的聚合物

元素有机聚合物：主链不含碳原子，主要由硅、硼，铝、氧、氮、硫和磷等原子组成，但侧基由有机基团组成的聚合物

无机高分子：主链和侧基均无碳原子的聚合物

（3）主链：贯穿于整个高分子的链。

侧链：主链边上带的短链。

侧基：主链边上带的基团。

端基：主链两端的基团。

（4）重复单元：高分子链上化学组成和结构均可重复的最小单位。对连锁聚合产物，结构单元：由一个单体分子经聚合进入重复单元的部分。

单体单元：与单体的化学组成完全相同，只是化学结构不同的结构单元。如不完全相同则不存在，如通过缩聚反应形成的聚合物。

链节：同重复单元。

（5）聚合度：高分子链上重复单元的数目。

相对分子质量：高分子是由相对分子质量大小不等的同系物组成，这些同系物相对分

子质量的统计平均值称此聚合物的相对分子质量。

相对分子质量分布：高分子所含相对分子质量不同同系物的多分散性的一种标征。

（6）连锁聚合：单体形成活性中心，再与其它单体逐一进行连锁反应而形成聚合物的反应。

逐步聚合：通过反应物官能团间不断反应，逐步形成聚合物的反应。

加聚反应：通过单体与活性中心相互加成而形成聚合物的反应。

缩聚反应：带有多个可相互反应官能团的单体通过有机化学中各种缩合反应消去某些小分子而形成聚合物的反应。

（7）加聚物：通过加聚反应形成的聚合物。

缩聚物：通过缩聚反应形成的聚合物

低聚物：相对分子质量在103—104的聚合物。

3. 写出下列单体得到的聚合物的名称、分子式，注明聚合物的结构单元和重复单元。

（1）甲基丙烯酸甲酯

（2）偏二氯乙烯

（3）丙烯酰胺

（4）α-甲基苯乙烯

（5）α-氰基丙烯酸甲酯

（6）对苯二甲酸+ 丁二醇

（7）己二酸+ 己二胺

（8）4,4′ - 二苯基甲烷二异氰酸酯+ 乙二醇

解答：

（1）聚甲基丙烯酸甲酯、PMMA、

CH3

|

-(-C-CH2-) n -

|

COOCH3

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（2）聚偏二氯乙烯、PVDC

Cl

|

-(-C-CH2-) n -

|

Cl

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（3）聚丙烯酰胺、PAM

-(-CH-CH2-) n -

|

CONH2

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（4）聚α-甲基苯乙烯

CH3

|

-(-C-CH2-) n -

|

C6H5

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（5）聚α-氰基丙烯酸甲酯物

CN

|

-(-C-CH2-) n -

|

COOCH3

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（6）

-(-OC--COO(CH2)4O-) n-

│→│←结构单元→│

│←————重复单元———→│

（7）聚己二酸己二胺、尼龙-66

-[—NH(CH2)6NH—CO(CH2)4CO—]n-

│←结构单元→│←结构单元→│

│←————重复单元———→│

（8）聚氨酯、

-NH-CO-O-CH2CH2O -) n-

│←→│←结构单元→│

│←————重复单元———→│

4．写出下列聚合物中文名称（用来源基础命名法）和分子式，注明结构单元和重复单元。

（1）PS

（2）PVC

（3）PP

（4）PMMA

（5）PAN

（6）PET

（7）PC

（8）尼龙-66

解答：

（1）聚苯乙烯

-(-CH-CH2-) n -

|

C6H5

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（2）聚氯乙烯

-(-CH-CH2-) n -

|

Cl

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（3）聚丙烯

-(-CH-CH2-) n -

|

CH3

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（4）聚甲基丙烯酸甲酯

CH3

|

-(-C-CH2-) n -

|

COOCH3

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（5）聚丙烯腈

-(-CH-CH2-) n -

|

CN

│←结构单元→│

│←重复单元→│

（6）

-(-OC--COOCH2CH2O-) n-

│→│←结构单元→│

│←————重复单元———→│

（7）聚碳酸酯、

CH3

|

-(-O-C O-CO -) n-

|

CH3

│←结构单元→│←结构单元→│

│←————重复单元———→│

（8）聚己二酸己二胺

-[—NH(CH2)6NH—CO(CH2)4CO—]n-

│←结构单元→│←结构单元→│

│←————重复单元———→│

5. 根据大分子链结构特征命名法对下述聚合物进行命名

（1）聚甲醛

（2）环氧树脂

（3）涤纶

（4）聚碳酸酯

（5）尼龙6

（6）~~~~ O (CH2)2O-CONH (CH2)6NHCO ~~~~

（7）~~~~ HN(CH2)6NH-CONH(CH2)6NHCO ~~~~

（8）~~~~ NHCONH-CH2 ~~~~

解答：

（1）聚醚

（2）聚醚

（3）聚酯

（4）聚酯

（5）聚酰胺

（6）聚氨酯

（7）聚脲

（8）脲醛

6. 用本章所介绍的各种命名法对下列单体合成的聚合物进行命名

（1）氯乙烯

（2）丁二烯

（3）对苯二甲酸+乙二醇

解答：

（1） 高分子命名原则：来源基础命名法：聚氯乙烯

结构基础命名法：聚（1-氯亚乙烯）

系统命名法（IUPAC ）：聚（1-氯代乙烯）

以聚合物的结构特征命名：无

商品名（俗名）：聚氯乙烯（塑料、热塑性树脂）

英文名：PVC

（2） 高分子命名原则：来源基础命名法：聚丁二烯

结构基础命名法：聚（1-亚丁烯基）

系统命名法（IUPAC ）：聚（1-次丁烯基）

以聚合物的结构特征命名：无

商品名（俗名）：顺丁橡胶（橡胶）

英文名：BR

（3） 高分子命名原则：来源基础命名法：聚对苯二甲酸乙二酯

结构基础命名法：聚（氧亚乙基氧对苯二甲酰）

系统命名法（IUPAC ）：聚（氧亚乙基氧对苯二甲酰）

以聚合物的结构特征命名：聚酯

商品名（俗名）：绦纶（化纤）

英文名：PET

7．写出下列聚合物的分子式，求出n ，n X ，DP 。

（1）聚乙烯，相对分子质量为28万。

（2）尼龙66，相对分子质量为1.13万。

解答：

（1） -(-CH 2-CH 2-) n –

M = nM 0 = DP ·M 0 =n X ·M 0

则：M 0 = 28 n = 280000 / 28 = 10000

DP = n X = n = 10000

（2） -[—NH(CH 2)6NH —CO(CH 2)4CO —]n -

000M DP 2M 2n M n X M ??=?=?= n X = 2n = 2DP 则：0M = （114+112）/2 = 113 n X = 11300 / 113 = 100

n = 1/2n X = DP = 100 / 2 = 50

8．写出下列单体的聚合反应式、单体和聚合物的名称

（1）CH 2=CHF

（2）CH 2=CH(CH 3)2

（3）H 2C C

O C O

CH 3CH 3

（4）HO-( CH 2)5-COOH

（5）H 2H 2C CH 2

O

（6）CH 3N C O

N C O +HO(CH 2)2OH （7）C O

Cl C O Cl + NH 2H 2N

解答：

（1） 氟乙烯 聚氟乙烯

nCH 2=CHF → -(-CH 2-CHF-)n -

（2） 异丁烯 聚异丁烯

n CH 2=CH(CH 3)2 → -[CH 2-CH(CH 3)2]n -

（3） 甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯

CH 3 CH 3

| | n CH 2=C → - (-CH 2-C-) n - | |

COOCH 3 COOCH 3

（4） 6-羟基己酸 聚6-羟基己酸

n HO-( CH 2)5-COOH → H-[-O-( CH 2)5-CO-] n -OH

（5） 氧杂环丁烷 聚氧杂环丁烷

n H 2C H 2C CH 2

O → -[-O-( CH 2)3] n -

（6） 2,4-甲苯二异氰酸酯+乙二醇 聚氨酯 CH 3N C O

N C O +HO(CH 2)2OH → -[-(CH 2)2

n -

-CH 3

（7） 对苯甲酰氯+对苯二胺 聚对苯二甲酰基对苯二胺 C O

Cl C O Cl +

NH 2

H 2N →

n -

9．举例说明链式聚合与加聚反应，逐步聚合与缩聚反应的关系与区别。

解答：

（1）链式聚合与加聚反应

链式聚合是从聚合反应的机理和动力学的角度定义的，特点是先形成活性中心R *，活性中心可

以是自由基、阴(负)离子、阳(正)离子等。聚合反应中存在诸如链引发、链增长、链转移、链终止等基元反应，各基元反应的反应速率和活化能差别很大。链引发是形成活性中心的反应，链增长是大量单体通过与活性中心的连续加成反应，最终形成聚合物的过程，单体彼此间不能发生反应，活性中心失去活性称为链终止。

加聚反应中从单体和聚合物之间的组成差异的角度定义的，特点是单体通过相互加成而形成聚合物的反应称为加聚反应。例如聚丙烯的合成。加聚物具有重复单元和单体分子式结构（原子种类、数目）相同、仅是电子结构（化学键方向、类型）有变化、聚合物相对分子质量是单体相对分子质量整数倍的特点。

二者间基本相同，指同一大类聚合反应。

（2）逐步聚合与缩聚反应

链式聚合是从聚合反应的机理和动力学的角度定义的，特点是没有活性中心，它是通过一系列单体上所带的能相互反应的官能团间的反应逐步实现的。反应中，单体先生成二聚体，再继续反应逐步形成三聚体、四聚体、五聚体等，直到最后逐步形成聚合物。反应中每一步的反应速率和活化能大致相同，任何聚合体间均可发生反应。

加聚反应中从单体和聚合物之间的组成差异的角度定义的，特点是带有多个可相互反应官能团的单体通过有机化学中各种缩合反应消去某些小分子而形成聚合物的反应称为缩聚反应。例如对苯二甲酸和乙二醇两种单体的缩聚反应，由于反应过程中失去小分子水，生成的缩聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构与单体不再相同，聚合物的相对分子质量亦不再是单体相对分子质量的整数倍。

二者间基本相同，指同一大类聚合反应。

10．从发展的角度对历史上的两类划分聚合反应的方法给出自己的评价。

解答：

——略

11．写出下列聚合物的名称、聚合反应式，并指明这些聚合反应属于加聚反应还是缩聚反应，链式聚合还是逐步聚合？

（1）H 2C H C

O C O

n CH 3

（2）

H2

C

H

C

O

C O

n H3C

（3）H2

C C

n

C

H

H2

C

CH3

（4）-[-NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-]n- （5）-[-NH(CH2)5CO-]n-

（6）H2

C

H

C

2

C O

n

（7）O

H2

C

H

C

CH3

n

解答：

（1）聚丙烯酸甲酯、加聚反应、链式聚合

n CH2=CH →- (-CH2-CH-) n-

| |

COOCH3 COOCH3

（2）聚醋酸乙烯酯、加聚反应、链式聚合

n CH2=CH →- (-CH2-CH-) n-

| |

OCOCH3 OCOCH3

（3）聚异戊二烯、加聚反应、链式聚合

n CH2=C(CH3)-CH=CH2 →- (-CH2-C(CH3)=CH-CH2-) n-

（4）聚己二酰己二胺、缩聚反应、逐步聚合

nNH2 (CH2)6NH2 + nHOOC (CH2)4COOH →-[-NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-]n- （5）聚己内酰胺缩聚反应、逐步聚合、开环聚合

NH(CH2)5CO→-[-NH(CH2)5CO-]n-

| |

（6）聚丙烯酰胺、加聚反应、链式聚合

n CH2=CH →- (-CH2-CH-) n-

| |

CONH2 CONH2

（7）聚环氧丙烷、开环聚合

2—CH3 →

O

H2

C

H

C

CH3

n

12．写出合成下列聚合物的反应式：

（1） 聚苯乙烯

（2） 聚丙烯

（3） 聚四氟乙烯

（4） 丁苯橡胶

（5） 顺丁橡胶

（6） 丁基橡胶

（7） 乙丙橡胶

（8） 聚丙烯腈

（9） 涤纶

（10）尼龙610

（11）聚碳酸酯

（12）聚氨酯

解答：

（1） nCH 2-CH → -(-CH 2-CH-) n - | | C 6H 5 C 6H 5

（2） nCH 2-CH → -(-CH 2-CH-) n - | | CH 3 CH 3

（3） nCF 2-CF 2 → -(-CF 2-CF 2-) n –

（4） m CH 2=CH-CH=CH 2 + nCH 2-CH → ~~~CH 2-CH=CH-CH 2-CH 2-CH~~~~

| | C 6H 5 C 6H 5

（5） m CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2 → -(-CH 2-C=C-CH 2-) n - | | H H

（6） m CH 2=C(CH 3 ) 2+ n CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2

→~~~- CH 2-C(CH 3 ) 2-CH 2-C(CH 3)=CH-CH 2~~~

（7） m CH 2=CH 3 + n CH 2=CH(CH 3)-CH → ~~~- CH 2-CH 2-CH 2-CH(CH 3) ~~~

（8） nCH 2-CH → -(-CH 2-CH-) n - | | CN CN

（9） -COOH + HOCH 2CH 2OH

→ -(-OC- 2CH 2O-) n -

（10） nNH 2 (CH 2)6NH 2 + nHOOC (CH 2)8COOH → -[-NH(CH 2)6NHCO(CH 2)8CO-]n -

（11）

CH 3 CH 3 | |

2 →-O-CO -) n - | | CH

3 CH 3

（12） CH 3N C O

N C O +HO(CH 2)2OH → -[-(CH 2)2

n -

-CH 3

13．从转化率～时间、相对分子质量～转化率关系讨论连锁聚合与逐步聚合间的相互关系与差别。

解答：

这两类聚合反应产物的相对分子质量和单体转化率的关系特征如图1所示。

图1 相对分子质量～转化率关系

1.链式聚合

2.活性聚合

3.逐步聚合

对链式聚合，存在活性中心，活性中心的特点一是在反应过程中不断生成，二是高活性，可使高分子链是瞬间形成，因此在不同转化率下分离所得聚合物的相对分子质量相差不大，延长反应时间只是为了提高转化率。

对逐步聚合，是官能团间反应，由于大部分单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物，短期内可达到很高转化率，但因官能团活性低，故需延长反应时间来提高相对分子质量。

对活性聚合，活性中心同时形成，且无链转移和链终止，故随反应进行，相对分子质量和转化率均线性提高。

14．设计一组实验来判断一未知单体的聚合反应是以逐步聚合还是连锁聚合机理进行的。 解答：

在不同的聚合反应阶段取样分析产物的相对分子质量，如相对分子质量基本不随反应时间变化，则为连锁聚合；如果反应后期相对分子质量明显变大，为逐步聚合；如果成线性变化，可能为活性聚合。

15．写出聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙66、维尼龙、天然橡胶、顺丁橡胶的分子式，根据表1-10所列上述聚合物的相对分子质量，计算这些聚合物的聚合度。根据计算结果分析做塑料、纤维和橡胶用的聚合物在相对分子质量和聚合度上的差别。

解答：

聚乙烯 -[-CH 2-CH 2-]n - DP = 60000/28 ~ 300000/28 = 2134 ~ 10714 聚氯乙烯 -[-CH 2-CHCl-]n - DP = 50000/62.5 ~150000/62.5 = 800 ~ 2400 尼龙66 -[-NH(CH 2)6NHCO(CH 2)8CO-]n - DP = 12000/226 ~15000/226 = 53 ~ 80 维尼龙

DP = 60000/86 ~75000/86 = 698 ~ 872

天然橡胶

- (-CH 2-C(CH 3)=CH-CH 2-) n -

DP = 200000/68 ~400000/68 = 2941 ~ 5882

顺丁橡胶

- (-CH 2-CH=CH-CH 2-) n -

DP = 250000/52 ~300000/52 = 4808 ~ 5769

结论：从相对分子质量和聚合度比较，存在

橡胶 ＞ 塑料 ＞ 化纤

16．本书中介绍的聚合物分类有哪几种？按这几种分类方法，聚氯乙烯属什么类型？ 解答：

按聚合物的来源分类 合成高分子

按聚合物的性能分类 结构材料

按主链元素组成分类 碳链高分子

按反应和参加反应的单体分类 均聚合

按分子链形状分类 线形

17．各举三例说明下列聚合物

（1）天然无机高分子，天然有机高分子，生物高分子。

（2）碳链聚合物，杂链聚合物。

（3）塑料，橡胶，化学纤维，功能高分子。

解答：

（1） 天然无机高分子：石棉、石墨、金刚石、云母

天然有机高分子：棉、毛、丝、麻

生物高分子：酶、血红朊、DNA 、RNA

H

OH OH CH CH 2

RCHO H 2O CH 2CH 2CH O O CH CH

（2）碳链聚合物：PE、SBR、PAN

杂链聚合物：聚醚、聚酯、聚氨酯

（3）塑料：PE、PP、PVC、PS。

橡胶：SBR、BR、EPR、

化学纤维：PET、尼龙、维纶

功能高分子：导电高分子、过滤膜、吸水树脂

18．阅读自学内容，简述自己对高分子科学的认识。解答：

——略