聚合物结构与性能考试

《聚合物结构与性能》考试复习提纲

1、通过人类五次产业革命的学习给予了我们哪些启发？

①科技发展越来越快，对人类社会的影响也越来越大

②科学技术成为推动国家发展不可或缺的因素

③近代科学技术更多地关注在纳米以及生物、宇宙等未知领域

④随着科学的发展，人们更关注新型材料的研究，为人类更好的服务

2、通过对21世纪人类所面临的八大领域问题的了解，你对人类未来前景有什么看法？

①新技术的产生和发展往往是“连锁反应”，全面爆发，相互激发，形成技术的“群体革命”，可以看出所有革新都是为了生活的更好，只有适应大自然，合理改造自然。才是出路之所以在！

②出现一些问题是很正常的，应考虑走低碳的可持续发展道路，这样才能长治久安

3、为什么说新型材料科学与工程是发展八大领域的先导？

①新材料是人类文明的基石，为各领域提供材料基础，各领域的发展离不开材料，材料是

八大领域发展的先导。

②新材料的产生深刻影响了人类的生产生活方式。材料对国民经济和国防建设起着关键的

支撑作用，而新材料是高技术领域的重要组成部分。

③材料科学每前进一小步，人类文明就前进一大步。

4、表述四大材料各自的特征及不同功能，请用材料中电子的行为来论述其内在机理。

①金属材料

特点：导电性能优良，强度、硬度高，高温变形，耐磨，加工性能好等。

内在机理：原子核较重，核外电子云较密集，金属原子最外层电子处于自由运动状态，每个电子可和若干个电子随时作用形成金属键。

②无机非金属材料

特点：耐高温、耐腐蚀、韧性低、可塑性差、加工困难、强度高、电学特性和光学特性。内在机理：电子被束缚在个别原子上，不可自由移动，故呈现脆性。

③高分子材料

特点：高分子材料按特性分为橡胶、塑料、纤维、涂料、粘合剂等，不同材料有各自的特性内在机理：分子量大，分子量分布具有多分散性，合成制备方法、成型加工工艺多样化。④复合材料

特点：在一个特定的基体中，填充有一种或多种填充体，既能保留原组分或材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能，可以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。

功能机理：各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同要求。

5. 四大材料如何相互促进发展？有哪些主要途径，你在这方面有什么创新思想。

通过制备复合材料从而实现将几大类材料优点结合起来

①改进金属材料的加工工艺，从而提高其综合性能

②无机非金属材料一般延展性差，属于脆性材料，加工成型工艺相对复杂繁琐，提高其可塑性是这一类材料得到大范围推广使用所必须解决的首要问题。

③解决以石油副产物为主要原料合成高分子材料的问题，同时减少新材料的研发投入，尽量通过改性，改变加工工艺等手段提高现有材料的性能。

6. 通过学习四大材料对我们有哪些主要启发，结合自己研究方向谈自己的设想和研究路线

①几大材料的产生都不同程度地产生了资源、环境等一系列问题。

②由需出发，供需结合，研发、生产、实践相结合。

③预先权衡好各方利弊的情况下，仍需加大新材料的研发力度。

④现有的认知水平与技术手段还有待提高

⑤新材料的发展历程是伴随着人类文明的不断进步而不断开拓创新的过程。

7. 为什么说中国古代“易经八卦圆形”是立体空间的“一四三八”规律的最全面的描述，是把立方体展开形成平面化的典型方式？你认为图中“鱼眼”及“鱼尾”怎样摆是最合理的？

从八卦图最外圈看共有八个符号而每一个符合中由三个三个的爻线组成，故称“83”；在这里只要把一用+来表示，--用-来表示，那么八卦符号完全变成下面立体空间的八个相畴的表述：

至于八卦的“鱼头鱼尾”的两个大区（二，）每一个大区中还包含对方的小鱼眼区（），以示“你中有我”，“我中有你”的两个分区，成“4”，这样又与上述立体空间某方向的切面所呈现的四个平面区一致，最终太极图用一根线来把对量的两大区加以统一代表数“1”，这样《易经》实际上代表着立体空间1438的形象。

8. 一个立方体的八个相畴中哪些是符合左旋，哪些是符合右旋法则的？这说明什么问题？在什么情况下是全对称？在什么情况下变得对称破缺？

从x轴出发到y轴结束，看用的是左手还是右手，左手即为左旋，右手为右旋。

9. 请举例说明自然界最佳黄金分割原理的客观存在。你在研究工作中将如何应用这个原理现来促进自己研究的思路？

①利用线段上的两个黄金分割点，可以做出正五角星，正五边形等。

②建筑物中某些线段的比就科学地采用了黄金分割，舞台的报幕员并不是站在舞台的中间，而是偏在台上一侧，黄金分割点处最佳。

③植物界也有采用黄金分割的地方，如果从一颗嫩枝的顶端向下看，就会看到叶子是按照黄金分割的规律排列着的。

10. 为什么一切生命体的密码子最多有64个，其内在的原因在哪里？请用四种碱基结构的电荷分布来讲述三联体密码子产生的机制。人类遗传基因密码子由碱基三三组成，一共有四种碱基，一共有43=64种密码子

11. 你认为原子核外电子的运动是否像太阳系行星一样转圆运动？如果不是，为什么？

①卢瑟福提出的太阳-行星模型：所有原子都有一个核即原子核，核的体积只占整个原子体积极小的一部分，原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上，电子像行星绕着太阳那样绕核运动。

②带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量，运动着的电子轨道会越来越小，最终将与原子核相撞从而导致原子毁灭，但现实中原子毁灭的事实并未发生过。

③海森堡的不确定原理：不可能同时测得电子的精确位置和精确动量，正是由于这种不确定性，电子不可能按照前面太阳-行星模型中行星绕太阳那样的轨道运动。

12. 请推导二阶偏微分型薛定谔方程，其对哪些体系有用，请指出H φ=Eφ各项的物理意义。为什么以前觉得这个方程很难理解？通过学习你对波函数有了什么样的新认识？

H=T+V,T=Tx+Ty+Tz，V=e-·Z+/r

λx=2π x/ Px=h/λx，Tx=Px2/2m

Tx=h2 /8π2m x2

Ty=-Tz=h2▽/8π2m

H2=-h2▽/8π2m+V

因为以前所学知识不够广博，完善，因此难以全面理解薛定谔方程。学习了之后对波函数的认识：

1、虽然任意给定的E都可以解出一个函数解，但只有满足一定条件的分立的一些E值才能给出有物理意义的波函数

2、由于薛定谔方程是一个线性微分方程，所以任意几个解的线性组合还是薛定谔方程的解。

13. 根据角量子数l=0,1,2，请画出双叶，四叶轨道形状。并指出s，p，d轨道只能分别有1、3、5种轨道，着重指出出现d z2轨道的原因？

cosΦ sinΦ

14. 化学键的形成为什么一定要遵循对称原理。请举例说明形成σ键，π键，络合配位的原因？用举例说明金属键，离子键，共价键的差别。

对称性原理：所有化学过程成键的充分条件是：电子云对称。电子云对称重叠能量大，键更加牢固。

15. 从门捷列夫元素周期表里我们学习到什么方法论？你有什么体会？

1、量变转变为质变的规律。

2、实践出真理。

3、真正的真理是经过实践检验过，并随着人们的认识而不断变化发展的。

16. 从各种元素的特征中你看出了哪些规律？

①元素周期表中元素及其化合物的递变性规律

原子半径

1、除第一周期外，其他周期元素（惰性气体元素除外）的原子半径随原子序数的递增而减

小

2、同一族的元素从上到下，随电子层数增多，原子半径增大

单质的熔点

1、同一周期元素随原子序数的递增，元素组成的金属单质的熔点递增，非金属单质的熔点

递减

2、同一族元素从上到下，元素组成的金属单质熔点递减，非金属单质的熔点递增

元素的金属性与非金属性

1、同一周期的元素从左到右金属性递减，非金属性递增。

2、同一主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减

元素化合价

1、除第一周期外，同周期从左到右，元素最高正价由+1递增到+7，非金属元素负价由碳族

-4递增到-1

2、同一主族的元素的最高正价、负价均相同。

最高价氧化物和水化物的酸碱性

元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物的碱性越强；元素的非金属性越强，最高价氧

化物的水化物的酸性越强。

非金属气态氢化物

袁术非金属性越强，气态氢化物越稳定，同周期非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液一般酸性越强，同主族非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液酸性越弱单质的氧化性、还原性

一般元素的金属性越强，单质的还原性越强，其氧化物的阳离子氧化性越弱；元素的非金属性越强，单质的氧化性越强，其简单阴离子的还原性越弱。

②三角形规律

所谓“三角形”，即A、B处于同周期，A、C处于同主族的位置，可排列出三者原子结构、性质方面的规律。

③对角线规律

有些元素在周期表中虽然既非同周期，又非同驻足，但其单质与同类化合物的化学性质却很相似，例如Li和Mg等

④似规律

同族元素性质相似、对角线上元素性质相似、相邻元素性质相似、同位素化学性质相似

⑤元素的周期数等于主族族序数的元素具有良性，由此可推断元素及其化合物的性质

17. 生命起源中起最初催化,激活动力作用的元素有哪些？为什么？

分子生物学的研究揭示，微量元素通过与蛋白质和其他有机基团结合，形成了酶、激素、维生素等生物大分子，发挥着重要的生理生化功能。酶是生命的催化剂，迄今体内发现的1000余种，约有50％到70％需要微量元素参加或激活，它们在细胞酶系统中功能相当广泛。微量元素还参与了激素与维生素的合成。众所周知，碘为甲状腺激素的生物合成所必需的，而锌在维持胰岛素的主体结构中亦不可缺少。核苷酸还原酶的作用依赖于铁等等。

18. 水的结构与“灵感性”何来？

①分子结构的特点是具有很大极性和生成氢键的能力

②水分子间的相互作用很强，在提高温度，增强水分子热运动时需要更多的热量和更高的温度。

③在常温下所有的液体中，除汞以外，水具有最大的表面张力，而其他液体大多远低于水。

④熔点和沸点相对较高，比热很大，溶解热和蒸发热都有较高数值，水的表面张力很强。

⑤水的各种界面特性，如毛细、润湿、吸附等均很突出，在各种物理化学变化中以及自然界机体生命活动中起着显著作用

⑥介电常数大，溶解和离解能力强，化学反应活泼，是由于水分子的极性和氢键生成能力，能够产生强烈水合作用。

19. 生命科学中有哪些重大发现？

①DNA双螺旋结构的发现

②基因重组技术

③生物技术（包括细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等）

20. 在化学反应领域里判断反应的反应方向有哪几种方法，对此你有什么样的认识？请把作业的习题做出来！

21. 物质世界总趋势是熵增加的方向还是pricogin耗散减少熵的过程？请用自然界的种种实例来说明自然界的有序化和无序化竞争的过程，人类应负什么样的责任？

现实的物质世界总趋势是pricogin耗散减少熵的过程，指把熵耗散掉，变成有规律有秩序的系统，由著名的学者pricogin提出，该理论指出自然界并不按照热力学孤立体系向熵增加的方向转移，而是向有规律、有秩序的方向发展，这种发展过程在相当程度上借助于外界能量，建立新的“建筑物”，越完好的“建筑”其所用的能量也越高。从无生命过渡到有生命的过程和形成代代相传的遗传基因的过程，高能量的ATP起着非常重要的作用，没有ATP 就没有生命的活力。

22. 从<> 和 Van Krevlen《polymer properties》抄出计算溶解度常数用的作用力参数表,计算习题中两种分子的e d,e p,e h值。举例说明这些计算对我们材料学的研究有什么样的指导意义？

色散内聚能密度e

d =E

d

/V=（∑F

d

/V）2

极性内聚能密度e

p =E

p

/V=（∑F

p

/V）2

氢键内均密度e

h =E

h

/V=（∑F

h

/V）2

其中F

d ，F

p

，F

h

分别为基团的色散、极性、氢键作用力参数，V为克分子体积，

是由基团或原子贡献体积加和而得。

23. 你是如何理解四种化学键存在的客观性和必然性？

离子键：两个原子间电负性相差极大时形成。例如：氯和钠，当他们要结合成分子时，电负性大的氯会从电负性小的钠抢走一个电子，以符合八隅体，之后氯会带负一价的方式存在，而钠则以正一价的方式存在，两者再以库伦静电力因正负相吸而结合在一起。

共价键：两个电负性相近的原子，例如两个氧，互相共享共外围电子以符合八隅体的键接方式，因此也有人说这是非金属元素间的结合方式，而共价键有键角及方向的限制，因此不能随意延伸，并无分子结构。

配位键：是一种特殊的共价键，当共价键中共用的电子对是由其中一原子独自供应时，就成配位键。

金属键：金属原子间的键接方式，金属阳离子透过与带负电的电子间的库伦静电力，金属原子间共享游走于空价轨域的电子，而结合成稳定态。

24. 你是怎样理解四种分子间作用力？为什么越高等级的动植物DNA中氢键作用占优势？

①色散力

1、多半是非极性分子间的作用力

2、电子转动到不同位置时，电子与原子核之间距离变小，它们之间产生色散力，当电子离

开该位置时，该作用力消失，所以是瞬时力。

3、色散力没有方向性，长时间观察测出的是平均的力值。

4、色散力的值有高度的加和值，因此大大加强了凝聚体分子间的作用力，是凝聚体之间强

度大大加强了。

5、色散力是一团分子与另一团分子团聚的力量，与汽化的力量无关

6、色散力是具有固定作用距离的，力值对距离更敏感

7、色散力是范德华力，所以温度的影响是间接的。

8、色散力的作用地位很高

②极性力

1、正电荷中心与负电荷中心间的力，与正负离子的作用力有本质区别，它是因为电子在核

外排布不均匀才显示出正电性或负电性，而不是离子键。

2、极性力是一对一的政府作用，有饱和性和方向性。

3、该作用力是一个空间上的统计平均值。

4、在空间上排列开来，会显示出极大的极性力。

5、受温度影响很大，因为正负电荷中心的距离会变化

6、在生物中起较大作用，细胞核中不同区域由于极性介质不同，对细胞核中DNA、RNA有

很大影响，有些能起促进的好的作用，有的其不好的作用。

③诱导力

1、是极性分子与非极性分子间的瞬时作用力。

2、极性分子使它周围的非极性分子的极性而变形，这种变形是瞬时的，受温度影响很大。

3、诱导力强度与极性分子的极性相关。

④氢键力

1、一切生物活动中最重要的作用力

2、人所有的DNA、RNA之所以高级是人类的DNA、RNA比一般生物更善于利用氢键

3、需要两个条件：必须有氢原子；还要有带有孤对电子的原子

4、原则上说，氢键随时形成，随时破坏，实际上，就是分子之间靠这个力排列起来，其排

列程度与物体的历史有关系

5、氢键受历史效应影响非常大，水分子之间的排列就是通过历史效应的氢键来排列的

6、这种作用是很多材料在熔体中为结晶做好的准备，若在熔融的熔体中氢键被破坏，结晶

的结果就大不相同。

25. 为什么均聚物的加成聚合中存在连锁和逐步聚合两种，其内在根本原因何在？

连锁聚合：高分子链很快产生，转化率随时间增加

逐步聚合：反应过程不产生小分子，分子量与转化率都随时间增加

逐步聚合特点：

1、通过氢离子的催化作用，也可以是金属阳离子，作用在氧上使键断裂，所以反应为酸性

的

2、刚开始单体与单体间反应几率都是50％，往后就不一样了

3、每个官能团以同等几率进行反应，官能团随反应进行而减少

4、分子量分布较宽

26. 请论述：自由基，阴离子，阳离子，配位聚合中活性中心结构的特征。用定量的方法指出这四种聚合反应速度与分子量如何受K d、K i、K p、K t的影响，为什么？其中为什么阳离子聚合中温度越低反应速度越快和阴离子型聚合方式的根本差别？描述阳离子和阴离子聚合方式的根本差别？

①自由基聚合活性中心为自由基，反应特征为慢引发、快增长、速终止。

②阳离子聚合活性中心为阳离子，单体特征为具有给电子基团，反应特征为快引发、快增长、易转移、难终止。

③阴离子聚合活性中心为阴离子，单体特征为具有吸电子基团，反应特征为快引发、慢增长、难终止、无转移。

④配位聚合机理分为单金属机理和双金属机理，单金属机理指活性中心由单一过渡金属（Ti）构成，单体在Ti上配位，后在Ti-C键间插入增长，双金属机理指单体在Ti上配位，而后在Al-C键间插入，在Al上增长

27. 请举例详细的论述配位聚合中d z2及若干配位基团对定向聚合作用机理，并说明定向聚合物高分子链形成的若干阶段。

催化剂内部结构、配位状态都很复杂、dz2电子云的密度受四个角上的配位原子的影响，使引发剂本身的活性不一样，所以聚合物的分子量分布较宽。

定向聚合机理：

1、高价态过渡金属的配位点全部被配体取代，没有空位可供烯类单体进行π-络合，但低价过渡金属去能和烯烃类形成稳定的π-络合物，原因是过渡金属的d轨道和烯烃类的π轨道重叠。

2、关于烯烃的配位聚合，曾先后提出了多种机理，主要有双金属机理和单金属机理，目前单金属机理更易被人们接受。

高分子链形成的若干阶段：

形成活性中心（或是空位），吸附单体进行定向配位，络合活化，插入增长，类似模板的进行定向聚合，形成立构规整的聚合物。

28. 论述本体聚合，溶液聚合，乳液聚合，悬浮聚合的差别与共同点。

29. 请举例论述共聚反应中竞聚率大小与单体化学结构关系的8中规律。并说明其内在机理。

①凡是带有极性的单体，其竞聚率大于非极性单体，易进入高分子链中。因为单独聚合时，分子与分子之间由于极性原因，单体不易脱离自己单体而进入活性中心，使极性分子间的作用力变弱，极性分子的正电性突出，容易对自由基的负电场靠合，极性单体易进入共聚物中，在其共聚物中丰度高，竞聚率大

②凡是带有共轭结构的单体，其竞聚率要大于非共轭体系的单体，易进入高分子链中。因为单独聚合时，共轭分子之间形成共轭色散力，大大限制了分子进入活性中心，所以反应慢；两者共聚时，共轭单体被非共轭分子所隔开，破坏了共轭色散力作用，共轭单体的电子云很容易变形，被活性中心所极化，从而易进入共聚物种，丰度高。

30. 请找《polymer handbook》中r1和r2值来完成课件中的作业。

北京二厂用氯乙烯和醋酸乙烯酯共聚，得到Tg为-10℃的共聚物，实验表明，醋酸乙烯酯的比例达到20％时该材料的低温耐寒性能达到要求，问：在实际聚合过程中，二者最佳配比是多少？

解：r1=1.68，r2=0.23，F1=80％，f2=1-f1

共聚物组成微分方程

F=（r1f12+f1f2）/（r1f12+2f1f2+r2f22）

代入数据后求得：f2=0.67

31. 高分子体系存在平均分子量的客观性和必然性请用定量方式，说

明为什么测试方法与不同分子量的表达式相关？上述四种平均分子量空间维数间有什么关系？是人为造的，还是客观事物的某种反映。

分子量是高分子链结构的一个组成部分，是表征高分子大小的一个重要指标，由于高分子合成过程经历了链引发、增长、终止以及可能发生的支化、交联、环化等复杂过程，每个高分子具有相同和不同的链长，许多高分子组成的聚合物具有分子量的分布，所谓聚合物的分子量仅为统计平均值。

32.自由基、阴离子、阳离子、配位聚合时对分子量分布的影响，为什么？

自由基聚合分子量分布较宽，因为自由基聚合有链转移

阴离子聚合分子量分布窄，因为阴离子聚合为活性聚合

阳离子聚合分子量分布宽，因为阳离子聚合易转移

配位聚合分子量分布较宽，因为催化剂为多活性中心

33. 为什么数均分子量与高分子材料流动有关系，而重均分子量与材料强度有关系。

①Mn：各种不同分子量的分子所占的分子数与其对应的分子量乘积的总和。

①Mw：各种不同纷纷拿资料的分子所占的质量分数与其对应的分子量乘积的总和

Mz＞Mw＞Mv＞Mn

Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大

Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw影响较大

一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。

34. 请设计作业中的分子量分布宽度分别为1，2，6，12，30的聚合物，在合成过程中如何得到这一值，请举例说明为了达到什么目的？

1：m1=10000,n1=100,m2=9900,n2=100

2：m1=82430,n1=50,m2=10000,n2=100

6：m1=10000,n1=5,m2=150,n2=25

12：m1=10000,n1=5,m2=150,n2=55

30：m1=10000,n1=5,m2=150,n2=255

35. 特性粘度的真正物理意义是什么？

物理意义：表示高分子溶液c→0时，单体浓度的增加对溶液增比粘度或相对粘度对数的贡献，其数值不随溶液浓度大小而变化，但随浓度的表示方法而异。

36. 请用画图方法描述不良溶剂和良溶剂的溶液中高分子链的形象。

良溶剂θ溶液不良溶剂

37. 你是怎样理解θ溶液的微观结构，其与浓度,温度的依赖性如何？为什么？θ溶液有什么用途。

高分子溶液的θ状态：当一定温度下高分子-溶剂相互作用参数χ=?时，致使“超

E=0，这种溶液状态称θ状态，该温度称θ温度，该溶额化学位变化”：△μ

1

剂称θ溶剂

从大分子链段与溶剂分子相互作用来看，此时溶液-溶剂、链段-链段、链段-溶剂间的相互作用相等，排斥体积为零，大分子与溶剂分子可以自由渗透，大分子链呈现自然卷曲状态，即处于无扰状态中。

此时测得的大分子尺寸称为无扰尺寸，它是大分子尺度的一种表示，测量无扰尺寸为研究大分子链的结构，形态提供了便利：

1、即使溶液浓度较高时体系黏度依然很低

2、随温度升高体系黏度迅速增大，具有温敏性特征

38.听了本课程及三位教授讲的高性能材料的研究现状和前途之后，你感到最重要的启发是什么？对你研究有什么指导意义？

1、此课程授课形式新颖，极大发挥了同学们学习的主动性，提升了同学们自主学习的能力。

2、学习聚合物的结构与性能是学习整个高分子领域的基础，是重中之重。

3、材料，尤其是新型材料的发展，是其他各个领域发展的基石与先导。

4、中国目前在材料方面还远落后于其他先进国家，需要重视此行业的发展，努力赶超其他先进国家

5、我国在新材料方面要走的路还很长，需要大量的高技术人才，我们要努力学习科学知识，为国家做贡献。