材料化学第五章课后答案李奇陈光巨编写
材料化学课后习题答案
材料化学课后习题答案材料化学课后习题答案P 42 ：四(1)(2)(3)P 69 ：二、三(1)(2)P 90 : 5P 133:二、三(1)(2)P 199:一、二P 222:二、三(1)P 236:一、二专业：应用化学14-1学号：姓名：丁大林第二章化学基础知识一．填空题1.热力学第三定律的具体表述为纯物质完美晶体在0 K 时的熵值为零，数学表达式为S*(完美晶体，0 K)=0 J ?K -1 。
2.麦克斯韦关系式为 p S T V p S = ? ????、 S V T p V S =- ? ? 、T VS p V T = ? ? 、p TS V p T =- ? ? 。
3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为,,C B B B T p n G G n μ== ? 。
4.理想稀溶液存在依数性质，即溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高、渗透压的量值均与溶液中溶质的数量有关，而与溶质的种类无关。
5.人们将存在于两相间厚度为几个分子大小的薄层称为界面层，简称界面，有液-气、固-气、固-液、液-液、固-固界面，通常把固-气界面、液-气界面称为表面。
6.表面张力一般随温度和压力的增加而降低，且σ金属键>σ离子键>σ极性共价键>σ非极性共价键。
7.按照氧化态、还原态物质的状态不同，一般将电极分成第一类电极（金属电极、气体电极）、第二类电极（金属-难溶盐电极）、氧化还原电极三类。
8.相律是描述相平衡系统中自由度、组分数、相数之间关系的法则。
其有多种形式，其中最基本的是吉布斯相律，其通式为 f =c -p +2 。
二．名词解释1.拉乌尔定律：气液平衡时稀溶液中溶剂A 在气相中的蒸气压p A 等于同一温度下该纯溶剂的饱和蒸气压p A *与溶液中溶剂的摩尔分数x A 的乘积，该定律称为拉乌尔定律。
2.亨利定律：在一定温度下，稀溶液中易挥发溶质B 在平衡气相中的分压p B 与其在平衡液相中的摩尔分数x B 成正比，该定律称为亨利定律。
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资料化学课后习题答案【篇一：资料化学课后题答案】ass=txt> 二．应用化学专业 1166129108三．什么是纳米资料？四．试论述纳米效应及其对纳米资料性质的影响？答： 1.小尺寸效应；使纳米资料较宏观块体资料熔点有明显降低，并使纳米资料体现出全新的声，光，电磁和热力学特征。
2.表面与界面效应；使纳米颗粒表面拥有很高的活性和极强的吸附性。
3. 量子尺寸效应；使纳米微粒的磁，光，热，电以及超导电性与宏观特征有着明显不同。
4. 宏观量子地道效应；使纳米电子器件不可以无穷制减小，即存在微型化的极限。
三．纳米资料的制备方法？答：1.将宏观资料分裂成纳米颗粒。
2.经过原子，分子，离子等微观粒子齐集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。
四．1．玻璃体：冷却过程中粘度渐渐增大，并硬化形成不结晶且没有固定的化学构成硅酸盐资料。
2.陶瓷：凡是用陶土和瓷土这两种不一样性质的粘土为原料经过配料，成型，干燥，焙烧等工艺流程制成的器物都可叫陶瓷。
3.p- 型半导体：参杂元素的价电子小于纯元素的价电子的半导体。
4.黑色金属：是指铁，铬，锰金属及它们的合金。
5.有色金属 :除铁，铬，锰之外的金属称为有色金属。
6.金属固溶体：一种金属进入到另一种金属的晶格内，对表面现的是溶剂的晶格种类的合金。
7.超导体：拥有超低温下失掉电阻性质的物质。
五．1．简述传统陶瓷制造的主要原料？答：粘土，长石，石英矿是制造传统陶瓷的主要原料。
2.陶瓷能否必定含有玻璃相？答：并不是全部的陶瓷资料都含有玻璃相，某些非氧特种陶瓷资料可以近乎 100% 的晶相形式存在。
3.试议论超导体性质的形成原理及超导状态时所表现出来的特别现象？答：电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这类相互作用是产生超导电子对的原由。
温度越低所产生的这类电子对越多，超导电子对不可以相互独立地运动，只好以关系的形式做集体运动。
于是整个空间范围内的全部电子对在动量上相互关系成为有序的整体，超导电子对运动时，不像正常电子那样被晶体缺陷和晶格振动散射而产生电阻，进而体现无电阻的超导现象。
材料科学基础A习题答案第5章[1]
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材料科学基础A习题答案第5章[1]材料科学基础A习题第五章材料的变形与再结晶1、某金属轴类零件在使用过程中发生了过量的弹性变形，为减小该零件的弹性变形，拟采取以下措施：（1）增加该零件的轴径。
（2）通过热处理提高其屈服强度。
（3）用弹性模量更大的金属制作该零件。
问哪一种措施可解决该问题，为什么？答：增加该零件的轴径，或用弹性模量更大的金属制作该零件。
产生过量的弹性变形是因为该金属轴的刚度太低，增加该零件的轴径可减小其承受的应力，故可减小其弹性变形；用弹性模量更大的金属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能力，也可减小其弹性变形。
2、有铜、铝、铁三种金属，现无法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量，但关于这几种金属的其他各种数据可以查阅到。
请通过查阅这几种金属的其他数据确定铜、铝、铁三种金属弹性模量大小的顺序（从大到小排列），并说明其理由。
答：金属的弹性模量主要取决于其原子间作用力，而熔点高低反映了原子间作用力的大小，因而可通过查阅这些金属的熔点高低来间接确定其弹性模量的大小。
据熔点高低顺序，此几种金属的弹性模量从大到小依次为铁、铜、铝。
3、下图为两种合金A、B各自的交变加载-卸载应力应变曲线（分别为实线和虚线），试问那一种合金作为减振材料更为合适，为什么？答：B合金作为减振材料更为合适。
因为其应变滞后于应力的变化更为明显，交变加载-卸载应力应变回线包含的面积更大，即其对振动能的衰减更大。
4、对比晶体发生塑性变形时可以发生交滑移和不可以发生交滑移，哪一种情形下更易塑性变形，为什么？答：发生交滑移时更易塑性变形。
因为发生交滑移可使位错绕过障碍继续滑移，故更易塑性变形。
5、当一种单晶体分别以单滑移和多系滑移发生塑性变形时，其应力应变曲线如下图，问A、B中哪一条曲线为多系滑移变形曲线，为什么？答：A曲线为多系滑移变形曲线。
这是因为多滑移可导致不同滑移面上的位错相遇，通过位错反应形成不动位错，或产生交割形成阻碍位错运动的割阶，从而阻碍位错滑移，因此其应力-应变曲线的加工硬化率较单滑移高。
材料化学习题答案（完整版）
材料化学习题答案（完整版）第二章2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤，请说明：1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时，应该采用哪些方法加快固相反应进行？2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时，人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉淀法得到前体物，再于高温下反应制备所需产物，请说明原因。
3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法，请说明“软化学”合成的主要含义，及其在固体化学和材料化学中所起的作用和意义。
答：1. 详见P6A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积；B.扩大产物相的成核速率C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。
2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段固相反应中反应物颗粒较大，为了使扩散反应能够进行，就得使得反应温度很高，并且机械的方法混合原料很难混合均匀。
共沉淀法便是使得反应原料在高温反映前就已经达到原子水平的混合，可大大的加快反应速度；由于制备很多材料时，它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系，为了克服这个限制，发展了溶胶-凝胶法，这个方法可以使反应物在原子水平上达到均匀的混合，并且使用范围广。
3. P22“软化学”即就是研究在温和的反应条件下，缓慢的反应进程中，采取迂回步骤以制备有关材料的化学领域。
2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢，怎样才能加快反应速率？答：P6以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例，反应的第一步是生成42O MgAl 晶核，其晶核的生长是比较困难的，+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步，因为扩散速率很慢，所以反应速率很慢，加快反应速率的方法见2.1（1）。
第三章（张芬华整理）3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆积中原子的配位情况。
答：简单立方堆积、 6立方密堆积、 12六方密堆积、 12体心立方堆积 8hc 型堆积 123.2 3SrTiO 为钙钛矿结构，a=3.905A ，计算Sr-O ，Ti-O 键长和3SrTiO 密度。
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第四章1、试用热化学求KCl 晶体的点阵能，所需要的数据如下表所示。
物理量 ΔH 生成 ΔH 升华 I K ΔH 分解 Y Cl 数值/kJ ·mol -1-43584418243-368解：根据Hess 定律2、已知KCl 晶体具有NaCl 型结构，晶胞棱长628pm 。
试计算KCl 晶体的点阵能，并与上题所求的结果比较。
解：根据201(1)4A AN Z Z e U R mπε+-=-将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入，得 KCl 具有NaCl 晶型，即A=1.748，又Z +=Z —=1，1(99)2m =+=9 所以7101.389410 1.748111(1)(/)687.5/3.14109U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯ 3、从理论计算公式计算NaCl 与MgOde 晶格能。
MgO 的熔点为2800℃，NaCl 为801℃，请说明这种差别的原因。
解：NaCl 、MgO 同属于NaCl 型结构，根据201(1)4A AN Z Z e U R mπε+-=-将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入 对于NaCl ，R 0=279pm=2.79×10-10m Z +=Z -=1 m=（7+9）/2=8所以7101.389410 1.748111(1)(/)761.7/2.79108U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯ 对于MgO ，R 0=210pm=2.10×10-10m Z +=Z -=2 m=（7+7）/2=7所以7101.389410 1.748221(1)(/)3965.2/2.10107U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯ 参考：晶格能的大小，可以表示离子键的强弱。
晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体的熔点也就越高。
因为U MgO ＞U NaCl ,，所以mp MgO ＞mp NaCl 。
材料化学课后题答案
试述影响置换型固溶体的固溶度的因素
（1）原子或离子尺寸的影响
当 固溶体；
r
r
r1 r2 0.15 r1
时，溶质与溶剂之间可以形成连续
时，溶质与溶剂之间只能形成
Hume-Rothery经验规则
当 有限型固溶体；
r r1 r2 30% r1
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热膨胀受什么因素影响？试用势能图说明
热膨胀主要受到键强的影响，键强越强，热膨胀越弱。 此外，组织结构也对热膨胀有影响。结构紧密的固体， 膨胀系数大。
25
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Cs熔体的标准吉布斯自由能（单位为J）与温 度T（单位为K）的关系为 Gm＝2100-6.95T， 求熔点
到熔点时Gm＝0
2100 T＝ ＝302.2K 6.95
（b）20％B （c）25％B
（d）WL/Wα＝(Cα-C0)/(C0-CL) =(80%B-50%B)/(50%B-40%B) =3/1 所以液体占25％，固体占75％
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黑色金属：铁、钴、锰金属及它们的合金 有色金属：除铁、钴、锰之外的金属 奥式体： 碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体
马氏体：
x＝1，y＝-1，z＝ 1/2 故为（1,-1, 1/2 ），即为（1,1,2）
－
18
用固体能带理论说明什么是导体、半导体、 绝缘体？
满带：充满电子的能带
空带：部分充满或全空的能带
2.1.3.5 Electrical property
价带：价电子填充的能带
导带
禁带：导带及满带之间的空隙
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导体：价带未满，或价带全满但禁带宽度为零， 此时，电子能够很容易的实现价带与导带之间 的跃迁。
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第二章1、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化镍晶体中就存在这样的缺陷：一个Ni 2+空缺，另有两个Ni 2+被两个Ni 3+所取代。
其结果晶体仍然呈电中性，但化合物中Ni 和O 的原子个数比发生了变化。
试计算样品组成为Ni 0.97O时该晶体中Ni 3+与Ni 2+的离子数之比。
解：设晶体中Ni 3+的离子数为a ，Ni 2+的离子数为b 。
根据题意：答：该晶体中Ni 3+与Ni 2+的离子数之比为6：91。
2、已知氧化铁Fe x 0(富士体)为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，x ＜1。
今有一批氧化铁，测得其密度为5.7g/cm 3，用MoK α射线（λ=71.07pm ）测得其面心立方晶胞衍射指标为200的衍射角θ=9.56°（sin θ=0.1661,Fe 的相对原子质量为55.85）。
（a ）计算Fe x 0的面心立方晶胞参数。
（b ）求x 值。
（c ）计算Fe 2 +和Fe 3+各占总铁质量的质量分数。
（d ）写出表明铁的价态的化学式。
解：（a ）（c ）设0.92mol 铁中Fe 2 +的摩尔数为y ，则Fe 3+的摩尔数为（0.92-y ），根据正负离子电荷平衡原则可得：即Fe2+和Fe3+的摩尔数分别为0.76和0.16，他们在总铁中的摩尔百分数分别为：（d）富士体氧化铁的化学式为。
3、NiO晶体为NaCl型结构，将它在氧气中加热，部分Ni2+将氧化为Ni3+，成为NiO(xxO，测得其密度为6.47，用波长λ=154pm的X射线通过粉末法测＜1)。
今有一批Nix得立方晶胞111衍射指标的θ=18.71°（sinθ=0.3208）。
（Ni的相对原子质量为58.70）1molg−⋅O的立方晶胞参数；（a）计算Nix（b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。
O晶体中，O2-堆积方式怎样？Ni在此堆积中占据哪种空隙？占有率（即占（c）在Nix有分数）是多少？O晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？（d）在Nix解：（a）NiO的立方晶胞参数为：x（b）因为NiO晶体为NaCl型结构，可得摩尔质量M：xO的摩尔质量又可以表示为：而Nix由此解得：x=0.92。
脒基硫脲和氯离子为主体晶格的四丁基铵包合物的制备与晶体结构
脒基硫脲和氯离子为主体晶格的四丁基铵包合物的制备与晶体结构吴元勇;杨媛【摘要】利用拥有质子给体和受体的脒基硫脲、稀盐酸和正四丁基氢氧化铵制备出了一种新型的包合物(C2 H7 N4 S)+·Cl-(n-C4 H9)N+,并使用X射线单晶衍射试验方法对其结构进行了测定,结果表明,晶体属单斜晶系,P21/c空间群,其中a=1.01038(1)nm,b=1.48052(2)nm,c=1.62384(2)nm,β=97.637(2)°,V=2.40754 (5)nm3,Z=4,R1=0.1648,wR=0.5007(I>2σ(I)).在标题化合物的晶体结构中,脒基硫脲除了存在一个N-H…S内氢键外,还和氯离子构成了两个N-H…Cl氢键,形成沿a 轴无限延伸的氢键宽链.正四丁基铵阳离子也以'头碰头'的形式构成了沿b轴无限延伸的'S'长链,并把主体分子包含其中,脒基硫脲、氯离子和正四丁基铵阳离子通过氢键和静电相互作用共同构建出了一个新颖的包合物结构.【期刊名称】《贵阳学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(012)004【总页数】5页(P6-9,22)【关键词】脒基硫脲;季铵盐;包合物;氢键;晶体结构【作者】吴元勇;杨媛【作者单位】贵州师范大学化学与材料科学学院,贵州贵阳 550001;贵州省功能材料化学重点实验室,贵州贵阳 550001;贵州师范大学化学与材料科学学院,贵州贵阳550001;贵州省功能材料化学重点实验室,贵州贵阳 550001【正文语种】中文【中图分类】O6411前言包合物作为超分子化学体系中的一种重要化合物，主要由构成包合物网格的主体部分(母体)和位于网格中的客体部分组成，所以也被称主-客体化合物[1]。
自1947年牛津大学的Powell发表了β-对苯二酚的笼型包合物的文章[2]，并定义了“包合物”的概念到现在，化学研究者们对包合物晶体结构的研究已成为了包合物研究的重要内容[3-5]。
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第5章习题答案
1.高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分，请解释链结构和聚集态结构。
答：链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。
近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。
远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。
聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。
2.简述近程相互作用和远程相互作用的含义及它们对高分子链的构象有何影响。
答：所谓“近程”和“远程”是根据沿大分子链的走向来区分的，并非为三维空间上的远和近。
事实上，即使是沿高分子长链相距很远的链节，也会由于主链单键的内旋转而会在三维空间上相互靠得很近。
高分子链节中非键合原子间的相互作用——近程相互作用，主要表现为斥力，如
—CH2—CH2—中两个C上的两个H的范德华半径之和为0.240nm，当两个H为反式构象时，其间的距离为0.247nm，处于顺式构象时为0.226nm。
因此，氢原子间的相互作用主要表现为斥力，至于其他非键合原子更是如此。
近程相互排斥作用的存在，使得实际高分子的内旋转受阻，使之在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况。
受阻程度越大，构象数越少，高分子链的柔性就越小。
远程相互作用可为斥力，也可为引力。
当大分子链中相距较远的原子或原子团由于单键的内旋转，可使其间的相互作用在距离小于范德华半径时表现为斥力，大于范德华半径时为引力。
无论哪种力都使内旋转受阻，构象数减少，柔性下降，末端距变大。
3．何为晶态高聚物？高聚物可形成哪些形态的晶体？
答：晶态高聚物是由晶粒组成，晶粒内部具有三维远程有序结构，但呈周期性排列的质点不是原子整个分子或离子，而是结构单元。
由于结晶条件不同，结晶性高聚物可以形成形态不同的宏观或亚微观晶体，单晶，树枝晶，伸直链晶体，纤维状晶体，串晶等。
组成这些晶体的晶片基本上有两类：折迭链晶片和伸直链晶片。
4．如何理解高聚物分子量的多分散性？高聚物的平均分子量及分子量分布宽窄对高聚物物理性能有何影响？
答：高聚物是各种长度不同、分子量不同、化学组成相同的同系高分子混合物，即高分子化合物总是由不同大小的分子组成。
平均分子量M平增大，高聚物机械强度提高，但分子量太大又会使其熔融黏度增大，流动性差，给加工成型带来困难，特别是用于涂料的高聚物，其分子量过大将给施工带来不便，更要进行严格的控制。
在M平基本相同的情况下，M分布宽，高聚物的熔融温度范围宽，有利于加工成型；M分布窄，其制品往往具有某些方面较好的性能，例如抗开裂性较好等。
M平大小及在M分布情况要由制备高聚物的反应条件和反应机理来决定。
5．以下化合物，哪些是天然高分子化合物？哪些是合成高分子化合物？
（1）、蛋白质，（2）PVC，（3）酚醛树脂，（4）淀粉，（5）纤维素，（6）石墨，
（7）尼龙-66，（8）PV Ac，（9）丝，（10）PS，（11）维尼纶，（12）天然橡胶，
（13）聚氯丁二烯（14）纸浆，（15）环氧树脂。
解：天然天然高分子化合物有（1）、（4）、（5）、（6）、（9）、（12）和（14）。
合成高分子化合物有（2）、（3）、（7）、（8）、（10）、（11）、（13）和（15）。
6．什么是大分子链的柔性？影响大分子链柔性的主要因素有哪些？
答：（1）键的内旋使大分子链的空间形状每时每刻都在变化，时而蜷曲时而伸展，由于内旋转的缘故，大分子链总是要蜷曲成无规则线团状，不同的大分子链的内旋转能力差别很大，故各种分子链
的蜷曲倾向差别也很大。
用柔性表征大分子链的蜷曲特性，大分子链内旋转阻力小的称为柔性链，内旋转阻力大的称为刚性链。
（2）影响大分子链柔性的主要因素为主链结构和侧基性质。
7．比较以下三个聚合物的柔顺性，从结构上简要说明原因。
.
解：（1）的刚性最大，因为双键与苯环共轭；（2）的柔性最大，因为双键是孤立双键；（3）介于二者之间。
8．比较以下两种聚合物的柔顺性，并说明为什么。
解：聚氯丁二烯的柔顺性好于聚氯乙烯，所以前者用作橡胶而后者用作塑料。
聚氯乙烯有极性的侧基Cl，有一定刚性。
聚氯丁二烯虽然也的极性取代基Cl，但Cl的密度较小，极性较弱，另一方面主链上存在孤立双键，孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小，因为：①键角较大（120°而不是109.5°）；②双键上只有一个H或取代基，而不是两个。
9．指出高聚物结晶形态的主要类型，并简要叙述其形成条件。
答：单晶：只能从极稀的高聚物溶液中缓慢结晶得到。
球晶：从浓溶液或熔融体冷却时得到。
纤维状晶（串晶）：在应力下得到。
伸直链晶体：极高压力下缓慢结晶得到。
10．怎样理解晶态高聚物的结构？
答：结晶高聚物由晶区和非晶区组成，每个高分子链可以贯穿几个晶区和非晶区。
在晶区中分子链整齐排列成晶体，在非晶区中分子链处于无序状态。
11．由什么事实可证明结晶高聚物中有非晶态结构？
答：（1）从结晶聚合物大角X射线图上衍射花样和弥散环同时出现可以得证。
（2）一般测得的结晶聚合物的密度总是低于由晶胞参数计算的完全结晶的密度。
如PE实测0.93~0.96，而从晶胞参数计算出ρc=1.014g/cm3，可见存在非晶态。
需注意：“从材料不透明可以证明有非晶的存在”是容易出现的错误分析。
一般来说，有结晶存在时高聚物材料常为不透明，这是由于高聚物是结晶与非晶并存，在两相界面上会反射或散射光。
但不能说不透明就一定有非晶或有结晶存在，因为填料、缺陷等许多因素都会影响材料的透明性。
12．为什么高聚物的流动活化能与相对分子质量无关？
答：根据自由体积理论，高分子的流动不是简单的整个分子的迁移，而是通过链段的相继跃迁来实现的。
形象地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动。
因而其流动活化能与分子的长短无关。
Η = Aexp(Ea /RT)，由实验结果可知当碳链不长时，Ea随碳数的增加而增加，但当碳数大于30时，Ea不再增大。
因此聚合物超过一定数值后，Ea与相对分子质量无关。