完整版高分子化学第五版潘祖仁版课后习题答案doc.docx
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高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
第一章绪论
思考题
1.举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义，以及它们之间的相互关系和区别。
答：
合成聚合物的原料称做单体，如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯，缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中，单体往往转变成结构单元的形式，进入大分
子链，高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中，单体单元、结构单元、重复单元相同，与单体的元素组成也相同，但电子结构却有变化。
在缩聚物中，不采用单体单元术语，因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出，
结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚
成缩聚物，则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而
成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基
准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以DP
表示；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构
单元数目的平均值，以Xn表示。
2.举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义，以及它们之间的关系和区别。
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
答：
合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合
物。
聚合物（polymer）可以看作是高分子（macromolecule）的同义词，也曾使用largeorbigmolecule的术语。
从另一角度考虑，大分子可以看作1条大分子链，而聚合物
则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同，聚合物中又有低聚物和高聚物之分，但两者并无严格的界限，一般低聚物的分子量在几千以下，而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合，聚合物就代表高聚物，不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物，属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3.写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式（重复单元）。
选择其常用
分子量，计算聚合度。
聚合物
结构式（重复单元）
聚氯乙烯
-[-CH2CHCl-]-n
聚苯乙烯
-[-CH2CH（C6H5）-]n
涤纶
-[-OCH2CH2O?
OCC6H4CO-]n
尼龙66（聚酰胺-66）
-[-NH（CH2）6NH?
CO（CH2）4CO-]
n
聚丁二烯
-[-CH2CH=CHCH2-]n
天然橡胶
-[CH2CH=C（CH3）CH2-]n
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
聚合物
分子量/结构单元
DP=n
特征
万
分子量/万
塑料
800~2400
足够的聚合度，才
聚氯乙烯
5~15
62.5
960~2900
能达到一定强度，
聚苯乙烯
10~30
104
（962~2885）弱极性要求较高聚
合度。
纤维
极性，低聚合度就
涤纶
1.8~2.3
60+132=1
94~120
有足够的强度
聚酰胺-66
1.2~1.8
92
53~80
114+112=
226
橡胶
非极性，高分子量
顺-聚丁二
25~30
54
4600~5600才赋予高弹性和强
烯
（4630-5556）
度
20~40
68
2900~5900
天然橡胶
（2941-5882）
4.举例说明和区别：
缩聚、聚加成和逐步聚合，加聚、开环聚合和连锁聚合。
答：
按单体-聚合物组成结构变化，可将聚合反应分成缩聚、加聚、开环聚合三大类；而按机理，可分成逐步聚合和连锁聚合两类。
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
1）缩聚、聚加成和逐步聚合
缩聚是官能团单体间多次缩合反应的结果，除了缩聚物为主
产物外，还有低分子副产物产生，缩聚物和单体的元素组成
并不相同。
逐步聚合是无活性中心，单体中不同官能团之间相互反应而
逐步增长，每步反应的速率和活化能大致相同。
大部分缩聚
属于逐步聚合机理，但两者不是同义词。
聚加成反应是含活泼氢功能基的亲核化合物与含亲电不饱
和功能基的亲电化合物之间的聚合。
属于非缩聚的逐步聚
合。
2）加聚、开环聚合和连锁聚合
加聚是烯类单体加成聚合的结果，无副产物产生，加聚物与
单体的元素组成相同。
连锁聚合由链转移、增长、终止等基元反应组成，其活化能
和速率常数各不相同。
多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合机理。
环状单体-键断裂后而聚合成线形聚合物的反应称作开环聚
合。
近年来，开环聚合有了较大的发展，可另列一类，与缩
聚和加聚并列。
开环聚合物与单体组成相同，无副产物产生，
类似加聚；多数开环聚合物属于杂链聚合物，类似缩聚物。
5.写出下列单体的聚合反应式，以及单体、聚合物的名称。
a.CH=CHF
b.CH2=C（CH3）2
c.HO（CH）COOH
d.CH2-CH2
2
25
||
e.NH2（CH2）6NH+HOOC（CH2）4COOH
CH2-O
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
答：
序号
单体
聚合物
a
CH2=CHF
氟乙烯
-[-CH2-CHF-]-n聚氟乙烯
b
CH2=C（CH
3）2异丁
-[-CH2-C（CH3）2-]-n聚异丁
烯
烯
c
HO（CH2）5COOH
--[-O（CH2）5CO-]-n聚己内
羟基己酸
酯
d
CH2CH2CH2O丁氧-[-CH2CH2CH2O-]-n
环
聚氧三亚甲基
└—-——──┘
e
NH2（CH2）6NH己二-[-NH（CH2）6NHCO（CH2）4
胺+
CO-]-n聚己二酰己二胺
HOOC（CH2）4COOH（聚酰胺-66，尼龙66）
己二酸
6.按分子式写出聚合物和单体名称以及聚合反应式。
属于加
聚、缩聚还是开环聚合，连锁聚合还是逐步聚合？
—
—
—
—
a.[CH2=C（CH3）2]n
b.[NH（CH2）6NHCO（CH2）4CO]n
答：
c.—[NH（CH2）5CO]—n
—
—
d.[CH2C（CH
3）=CHCH2]n
序号单体
聚合物
加聚、缩聚连锁、逐步
或开环聚合聚合
aCH2=C（CH3）2异丁聚异丁烯
加聚
连锁
烯
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bNH2（CH2）6NH2己聚已二酰己缩聚逐步
二胺、二胺，尼龙
HOOC（CH2）4COO66
H己二酸
c
NH（CH2）5CO己内尼龙6
开环
逐步（水或
酰胺
酸作催化
└————┘
剂）或连锁
（碱作催化
剂）
d
CH2=C（CH3）-CH=聚异戊二烯加聚
连锁
CH2
异戊二烯
7.写出下列聚合物的单体分子式和常用的聚合反应式：
聚丙烯腈、天然橡胶、丁苯橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷。
答：
聚丙烯腈：
丙烯腈
CH2=CHCN→
天然橡胶：
异戊二烯
CH2=C（CH3）-CH=CH2→
丁苯橡胶：
丁二烯+苯乙烯CH2=CH-CH=CH2+CH2=CH-C6H5
→
聚甲醛：
甲醛CH2O
CH3CH3
OH+O2On
聚苯醚：
2，6二甲基苯酚
CH3CH3
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聚四氟乙烯：
四氟乙烯CF2=CF2→2
CH3
CH3
Cl-Si-Cl
H2O
O-Si
n
聚二甲基硅氧烷：
二甲基硅氧烷CH3
-HCl
CH3
8.举例说明和区别线形结构和体形结构、
热塑性聚合物和热
固性聚合物、非晶态聚合物和结晶聚合物。
答：
线形和支链大分子依靠分子间力聚集成聚合物，聚合物受热时，克服了分子间力，塑化或熔融；冷却后，又凝聚成固态聚合物。
受热塑化和冷却固化可以反复可逆进行，这种热行为特称做热塑性。
但大分子间力过大（强氢键）的线形聚合物，如纤维素，在热分解温度以下，不能塑化，也就不具备热塑性。
带有潜在官能团的线形或支链大分子受热后，在塑化的同时，交联成体形聚合物，冷却后固化。
以后受热不能再塑化变形，这一热行为特称做热固性。
但已经交联的聚合物不能在称做热固性。
聚氯乙烯，生橡胶，硝化纤维：
线形，热塑性纤维素：
线形，不能塑化，热分解
酚醛塑料模制品，硬橡皮：
交联，已经固化，不再塑化
9.举例说明橡胶、纤维、塑料的结构-性能特征和主要差别。
答：
现举纤维、橡胶、塑料几例及其聚合度、热转变温度、
分子特性、聚集态、机械性能等主要特征列于下表。
聚合物聚合度Tg/Tm/分子聚集态机械性能
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
℃
℃
特性
纤
涤纶
90~120
69
258
极性
晶态
高强高模
维
量
尼
龙50~80
50
265
强极
晶态
高强高模
-66
性
量
橡
顺丁橡~5000
-108
-
非极高弹态
低强高弹
胶
胶
性
性
硅橡胶5000~1-123-40
非极高弹态
低强高弹
万
性
性
塑
聚乙烯1500~1-125
130
非极
晶态
中强低模
料
万
性
量
聚氯乙600~16
81
-
极性玻璃态
中强中模
烯
00
量
纤维需要有较高的拉伸强度和高模量，并希望有较高的热转
变温度，因此多选用带有极性基团（尤其是能够形成氢键）
而结构简单的高分子，使聚集成晶态，有足够高的熔点，便
于烫熨。
强极性或氢键可以造成较大的分子间力，因此，较
低的聚合度或分子量就足以产生较大的强度和模量。
橡胶的性能要求是高弹性，多选用非极性高分子，分子链柔
顺，呈非晶型高弹态，特征是分子量或聚合度很高，玻璃化
温度很低。
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
塑料性能要求介于纤维和橡胶之间，种类繁多，从接近纤维
的硬塑料（如聚氯乙烯，也可拉成纤维）到接近橡胶的软塑
料（如聚乙烯，玻璃化温度极低，类似橡胶）都有。
低密度
聚乙烯结构简单，结晶度高，才有较高的熔点（130℃）；
较高的聚合度或分子量才能保证聚乙烯的强度。
等规聚丙烯
结晶度高，熔点高（175℃），强度也高，已经进入工程塑
料的范围。
聚氯乙烯含有极性的氯原子，强度中等；但属于
非晶型的玻璃态，玻璃化温度较低。
使用范围受到限制。
10.什么叫玻璃化温度？
橡胶和塑料的玻璃化温度有何区别？
聚合物的熔点有什么特征？
答：
玻璃化温度及熔点是最重要的热转变温度。
玻璃化温度是聚合物从玻璃态到高弹态的热转变温度。
受外力作用，玻璃态时的形变较小，而高弹态时的形变较大，其转折点就是玻璃化温度，可用膨胀计或热机械曲线仪进行测定。
玻璃化温度是非晶态塑料（如聚氯乙烯、聚苯乙烯等）的使用上限温度，是橡胶（如顺丁橡胶、天然橡胶等）的使用下限温度。
引入极性基团、位阻较大的芳杂环和交联是提高玻璃化温度的三大途径。
熔点是晶态转变成熔体的热转变温度。
高分子结构复杂，一般聚合物很难结晶完全，因此往往有一熔融范围。
熔点是晶态聚合物的使用上限温度。
规整的微结构、适当极性基团的引入都有利于结晶，如低密度聚乙烯、等规聚丙烯、聚四氟
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
乙烯、聚酰胺-66等。
在聚合物合成阶段，除平均分子量和分布外，玻璃化温度和
熔点往往是需要表征的重要参数。
计算题
1.求下列混合物的数均分子量、质均分子量和分子量分布指数。
a、组分A：
质量
=10g，分子量=30000；b、组分B：
质
量=5g，分子量
=70000；
c、组分C：
质量=1g，分子量=100000
解：
数均分子量
m
niMi
mi
Mn
ni
（mi/Mi）
ni
10
5
1
38576
10/30000
5/70000
1/100000
质均分子量
miMi
wiMi
Mw
mi
10
30000
5
70000
1
100000
10
5
1
46876
分子量分布指数
Mw/Mn=46876/38576=1.22
2.等质量的聚合物
A和聚合物B共混，计算共混物的
Mn和
Mw。
聚合物A：
Mn=35,000,
Mw=90,000；
聚合物B：
Mn=15,000,
Mw=300,000
Mn
2m
21000
m
m
解：
MnA
MnB
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
m.MwA
m.MwB
195000
Mw
2m
第2章缩聚与逐步聚合
计算题
1.通过碱滴定法和红外光谱法，同时测得21.3g聚己二酰己
二胺试样中含有2.5010-3mol羧基。
根据这一数据，计算得
数均分子量为8520。
计算时需作什么假定？
如何通过实验来确定的可靠性？
如该假定不可靠，怎样由实验来测定正确的值？
解：
Mn
mi
，
mi21.3g，Mn
21.3
8520，Ni2.5*103
Ni
2.5*103
上述计算时需假设：
聚己二酰己二胺由二元胺和二元酸反应
制得，每个大分子链平均只含一个羧基，且羧基数和胺基数
相等。
可以通过测定大分子链端基的COOH和NH2摩尔数以及大分
子的摩尔数来验证假设的可靠性，如果大分子的摩尔数等于
COOH和NH2的一半时，就可假定此假设的可靠性。
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
用气相渗透压法可较准确地测定数均分子量，得到大分子的
摩尔数。
碱滴定法测得羧基基团数、红外光谱法测得羟基基团数
2.羟基酸HO-（CH2）4-COOH进行线形缩聚，测得产物的质均分子量为18,400g/mol-1，试计算：
a.羧基已经醌化的百分
比b
.数均聚合度
c.结构单元数Xn
解：
已知Mw
18400,M0100
根据Xw
Mw
和Xw
1
p
得：
p=0.989
，故已酯化羧基百分数为
M0
1
p
98.9%。
Mw
1
P,Mn
9251
Mn
Xn
Mn
9251
M0
100
92.51
3.等摩尔己二胺和己二酸进行缩聚，反应程度
p为0.500、
0.800、0.900、0.950、0.980、0.990、0.995，试求数均聚合度
Xn、DP和数均分子量Mn，并作Xn－p关系图。
解：
p
Xn
1
0.50
0.80
0.900
0.950
0.970
0.980
0.990
0.995
0
0
2
5
10
20
33.3
50
100
200
1p
DP=Xn/2
1
2.5
5
10
16.65
25
50100
Mn=113
；244
583
1148
2278
3781
5668
1131822618
Xn=18
8.等摩尔的乙二醇和对苯二甲酸在280℃下封管内进行缩聚，平衡常数K=4，求最终Xn。
另在排除副产物水的条件下缩聚，欲得Xn100，问体系中残留水分有多少？
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
解：
Xn
1
13
K
1
p
1
K
K
Xn
pnw
100
1p
nw
nw4*104mol/L
9.等摩尔二元醇和二元酸缩聚，另加醋酸
1.5%，p=0.995或
0.999时聚酯的聚合度多少？
解：
假设二元醇与二元酸的摩尔数各为1mol，则醋酸的摩尔
数为0.015mol。
Na=2mol，Nb=2mol，Nb'
0.015mol
r
Na
2
0.985
Nb
2Nb
22*0.015
当p=0.995时，
1
r
1
0.985
Xn
2rp
10.985
79.88
1r
2*0.985*0.995
当p=0.999时，
1
r
1
0.985
Xn
2rp
10.985
116.98
1r
2*0.985*0.999
10.尼龙1010是根据1010盐中过量的癸二酸来控制分子量，如果要求分子量为20000，问1010盐的酸值应该是多少？
（以
mgKOH/g计）
解：
尼龙1010重复单元的分子量为338，则其结构单元的平
均分子量M=169
Xn
20000
118.34
169
假设反应程度p=1，
Xn
1
r
1
r,r0.983
1
r
2rp
1
r
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
尼龙1010盐的结构为：
NH3+（CH2）NH3OOC（CH2）8COO-，
分子量为374。
由于癸二酸过量，假设Na（癸二胺）=1，Nb（癸二酸）
=1.0/0.983=1.0173，则
酸值
（NbNa）
M（KOH）2
（1.01731）
56
2
Na
M1010
374
5.18（mgKOH/g1010盐）
11.己内酰胺在封管内进行开环聚合。
按
1mol己内酰胺计，
加有水0.0205mol、醋酸0.0205mol，测得产物的端羧基为19.8
mmol，端氨基2.3mmol。
从端基数据，计算数均分子量。
解：
NH（CH2）5CO+H2O————HO-CO（CH2）5NH-H
└-------
┘
0.0205-0.0023
0.0023
NH（CH
2）5CO
+CH3COOH————
HO-CO（CH2）
5NH-COCH3
└-------
┘
0.0205-0.0175
0.0198-0.0023
M=113
m
1
113
17
0.0198
1
0.0023
43
0.0175
Mn
0.0198
5762.2
ni
13.邻苯二甲酸酐与甘油或季戊四醇缩聚，两种基团数相等，试求：
高分子化学（第五版）潘祖仁版课后习题答案
a.平均官能度b.按Carothers法求凝胶点c.按统计法
求凝胶点
解：
a、平均官能度：
1）甘油：
3
2
2
3
2.4
f
3
2
2）季戊四醇：
f
2
2
4
1
2
1
2.67
b、Carothers法：
2
2
0.833
1）甘油：
pc
2.4
f
2）季戊四醇：
pc
2
2
f
0.749
2.67
c、Flory统计法：
1）甘油：
pc
1
0.703,r1,
1
r（f
2）
1/2
[r
2）季戊四醇：
pc
1
[r
r（f2）1/20.577,r
1,1
16.AA、BB、A3混合体系进行缩聚，
NA0=NB0=3.0，A3中A
基团数占混合物中
A总数（
）的10
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