高分子化学第五版课后习题答案解析 下载本文

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CH2=CHCl CH2=CCl2 CH2=CHCN CH2=C(CN)2 CH2=CHCH3 CH2=C(CH3)2 CH2=CHC6H5 CF2=CF2 CH2=C(CN)COOR CH2=C(CH3)-CH=CH2

答:CH2=CHCl:适合自由基聚合,Cl原子的诱导效应是吸电子基团,但共轭效应却有供电性,两者相抵后,电子效应微弱。 CH2=CCl2:自由基及阴离子聚合,两个吸电子基团。

CH2=CHCN:自由基及阴离子聚合,CN为吸电子基团,将使双键稳定作用。

CH2=C(CN)2:阴离子聚合,两个吸电子基团(CN)。

CH2=CHCH3:配位聚合,甲基(CH3)供电性弱,难以进行自、阳、阴三种聚合,用自由基聚合只能得无定型蜡状物低、分子量,用阴离子聚合只能得到低分子量油状物。

CH2=C(CH3)2 :阳离子聚合,CH3 是供电子基团,与双键有超共轭。 CH2=CHC6H5:三种机理均可,共轭体系

?电子云密度降低,有利于阴离子的进攻,对自由基有共轭

?电子容易极化和流力。

CF2=CF2:自由基聚合,对称结构,但氟原子半径小,F体积小使四取缔啊仍聚合。 CH2=C(CN)COOR:阴离子聚合,取代基为两个吸电子基(CN及COOR),兼有共轭效应。 CH2=C(CH3)-CH=CH2:三种机理均可,共轭体系。 3. 下列单体能否进行自由基聚合,并说明原因。

CH2=C(C6H5)2 ClCH=CHCl CH2=C(CH3)C2H5 CH3CH=CHCH3

CH2=CHOCOCH3 CH2=C(CH3)COOCH3 CH3CH=CHCOOCH3 CF2=CFCl 答:CH2=C(C6H5)2:不能,两个苯基取代基位阻大小。 ClCH=CHCl:不能,对称结构。

CH2=C(CH3)C2H5:不能,二个推电子基,只能进行阳离子聚合。 CH3CH=CHCH3:不能,结构对称。

CH2=CHOCOCH3:醋酸乙烯酯,能,吸电子基团。 CH2=C(CH3)COOCH3:甲基丙烯酸甲酯,能。

CH3CH=CHCOOCH3 :不能,1,2双取代,位阻效应。 CF2=CFCl:能,结构不对称,F原子小。

计算题

1. 甲基丙烯酸甲酯进行聚合,试由能否正常进行。

解:由教材P64上表3-3中查得:甲基丙烯酸甲酯

?H和?S来计算77℃、127℃、177℃、227℃时的平衡单体浓度,从热力学上判断聚合

?H=-56.5kJ/mol,?S=-117.2J/mol K

1?H?(??S?) 平衡单体浓度:ln[M]e?RTT=77℃=350.15K,ln[M]eT=127℃=400.15K,ln[M]e?4.94*10-3mol/L ?0.0558mol/L

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T=177℃=450.15K,ln[M]eT=227℃=500.15K,ln[M]e?0.368mol/L ?1.664mol/L

从热力学上判断,甲基丙烯酸甲酯在77℃、127℃、177℃下可以聚合,在227℃上难以聚合。因为在227℃时平衡单体浓度较大。

2. 60℃过氧化二碳酸二环己酯在某溶剂中分解,用碘量法测定不同时间的残留引发剂浓度,数据如下,试计算分解速率常数(s-1)和半衰期(h)。 时间 /h DCPD浓度 /(mol?L-1) 0 0.0754 0.2 0.0660 0.7 0.0484 1.2 0.0334 1.7 0.0288 解:过氧化二碳酸二环己酯的分解反应为一级反应,引发剂浓度变化与反应时间的关系为:

[I]?-kdt

[I]0[I]0通过以ln对t作图,利用最小二乘法进行回归得一条直线y??0.589x,斜率为-kd。

[I]ln得到:kd=0.589h-1=1.636*10-4s-1 半衰期:t1/2?0.693?1.176h

kd3. 在甲苯中不同温度下测定偶氮二异丁腈的分解速率常数,数据如下,求分解活化能。再求40℃和80℃下的半衰期,判断在这两温度下聚合是否有效。 温度 /℃ 分解速率常数 /s-1 50 2.64?106 -60.5 1.16?105 -69.5 3.78?105 -解:分解速率常数、温度和活化能之间存在下列关系:

kd?Ae?E/RT

lnkd?lnA?Ed/RT,以lnkd对1/T作图,斜率为?Ed/R,截距为lnA。

采用最小二乘分法进行回归,得:lnkd?33.936?15116/T

?Ed/R??15116

Ed=8.314*15116=125674.4=125.7kJ/mol 当t=40℃=313.15K时

kd?exp(?15116/313.15?33.936)?5.95?10?7

t1/2?ln2?323.6h

5.95?10?7当t=80℃=353.15K时

kd?exp(?15116/353.15?33.936)?1.41?10?4

t1/2?ln2?1.36h ?41.41?10以此可见,在40℃下聚合时引发剂的半衰期太长,聚合无效,而在80℃下聚合是有效的。

6. 苯乙烯溶液浓度0.20 mol?L-1, 过氧类引发剂浓度为4.0?10-3mol?L-1, 在60℃下聚合,如引发剂半衰期44h, 引发剂效率f=0.80,kp=145 L?(mol?s)-1,kt=7.0?107 L?(mol?s)-1, 欲达到50%转化率,需多长时间?

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解:kd?0.693t1/2?4.375?10?6s?1?0.01575h?1

a. 当引发剂浓度随时间不变时:

lnfk1?kp(d)1/2[I]1/2t1?Ckt10.8?4.375?10?61/2ln?145?()(4.0?10?3)1/2t71?0.507.0?100.693t??94hr145?2.236?10?7?0.0632b.t1/2?44h,[I]随转化率而变d?M??M?d?M?fkd1?kt/21/2??M????kp(kt)2[I]0(1?e)dtdfkd1?kdt/22??kp()2[I]1/)dt0(1?ekt

e?2.19?10?6t?0.2602t?170.7h7. 过氧化二苯甲酰引发某单体聚合的动力学方程为:Rp=kP[M](fkd/kt)1/2[I]1/2,假定各基元反应的速率常数和f都与转化率无关,[M]0=2 mol?L-1,[I]=0.01 mol?L-1,极限转化率为10%。若保持聚合时间不变,欲将最终转化率从10%提高到20%,试求: (1)[M]0增加或降低多少倍?(2)[I]0增加或降低多少倍?[I]0改变后,聚合速率和聚合度有何变化? (3)如果热引发或光引发聚合,应该增加或降低聚合温度? Ed、Ep、Et分别为124、32 和8 kJ?mol-1。 解:(题意有修改) 低转化率下聚合动力学方程:

?fkd?Rp?kp[M]??k???t?1/2[I]1/2

1/2?fkd?[M]0?ln?kp???[M]?kt?令k[I]1/2t

?fkd??kp??k???t?1/2

ln[M]01?[I]?1/2?ln?[I]?1/2?kt

[M](1?C)(1)当聚合时间固定时,C与单体初始浓度无关,故当聚合时间一定时,改变[M]0不改变转化率。 (2)当其它条件一定时,改变[I]0,则有:

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ln11/21/2/ln?[I]101/[I]02

1?C11?C2[I]20%?4.51,即引发剂浓度增加到4.51倍时,聚合转化率可以从10%增加到20%。

[I]10%由于聚合速率

/2Rp?[I]10,故[I]0增加到4.51倍时,Rp增加2.12倍。

聚合度

?1/2,故[I]0增加到4.51倍时,Xn下降到原来0.471。即聚合度下降到原来的1/2.12。 Xn?[I]0(3)引发剂引发时,体系的总活化能为:

Et?Ed?E??Ep????90kJ/mol

2?2?热引发聚合的活化能与引发剂引发的活化能相比,相当或稍大,温度对聚合速率的影响与引发剂引发相当,要使聚合速率增大,需增加聚合温度。

光引发聚合时,反应的活化能如下:

E??E??Ep?t??28kJ/mol

2??上式中无

Ed项,聚合活化能很低,温度对聚合速率的影响很小,甚至在较低的温度下也能聚合,所以无需增加聚合温度。

8. 以过氧化二苯甲酰做引发剂,苯乙烯聚合各基元反应的活化能为

Ed?123KJ/mol,Ep?32.6KJ/mol,Et?10KJ/mol,是比较从50℃增至60℃以及从80℃增至90℃

聚合速率和聚合度的变化。光引发的情况又如何?

E?E??Ep?t2?k?Ae?E/RTk50?Ae??Ed??2?90.1kJ/mol ?901008.314?323.15?2.725?10?15Ak60?2.748k50

k60?7.462?10?15A,所以同理k90?2.236k80E?E'??Ep?t2?'?Ed??2??34.9kJ/mol ?'X60k60?'?'?E'/RT?0.677 X50k50Ae?50?优质.参考.资料

'?E/RTAe?60?