高分子化学材料结构与性能试题及答案

高分子化学材料结构与功能试题及答案姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.高分子化合物的基本结构单元是：

A.单体

B.分子

C.原子

D.链段

答案：A

解题思路：高分子化合物是由许多单体通过化学键连接而成的，因此单体是其基本结构单元。

2.聚合物链的柔顺性主要取决于：

A.分子量

B.分子链结构

C.温度

D.以上都是

答案：D

解题思路：聚合物链的柔顺性受到分子量、分子链结构和温度的综合影响。分子量越小，链越长，链结构越松散，温度越高，链的柔顺性越好。

3.聚合物结晶度提高会导致：

A.比重增加

B.链段间距减小

C.溶解度降低

D.以上都是

答案：D

解题思路：结晶度的提高，分子间的排列更为有序，比重增加，链段间距减小，同时因为结构紧密，溶解度会降低。

4.高分子材料的交联结构对其功能的影响是：

A.提高机械强度

B.降低溶解度

C.提高耐热性

D.以上都是

答案：D

解题思路：交联结构通过形成三维网络结构，使得高分子材料的机械强度、溶解度和耐热性均有所提高。

5.高分子材料的玻璃化转变温度（Tg）主要取决于：

A.分子链结构

B.分子量

C.温度

D.以上都是

答案：A

解题思路：玻璃化转变温度主要受到分子链结构的影响，分子链越长，结构越紧密，Tg通常越高。分子量和温度也会对Tg产生影响，但主要还是由分子链结构决定。二、填空题1.聚合物链的柔顺性主要取决于_________。

答案：链节的大小、链节的结构、分子量及其分布。

解题思路：聚合物链的柔顺性取决于其内部链节的大小、结构以及分子量分布，这些因素都会影响链的转动能力，从而影响整体的柔顺性。

2.高分子材料的结晶度提高会导致_________。

答案：材料的强度、刚度、熔点提高，同时耐热性增强。

解题思路：高分子材料的结晶度提高意味着分子链有序排列的程度增加，这会增强材料的内聚力，提高材料的强度、刚度和熔点，同时耐热性也会相应增强。

3.聚合物材料的交联结构对其功能的影响是_________。

答案：提高材料的弹性和抗冲击性，同时增加耐溶剂性和耐热性。

解题思路：交联结构能将聚合物分子链固定在一个三维网络中，从而增强材料的物理和化学稳定性，提高弹性和抗冲击性，并增强对溶剂和高温的抵抗力。

4.高分子材料的玻璃化转变温度（Tg）主要取决于_________。

答案：分子链的结构、分子量和交联密度。

解题思路：玻璃化转变温度是高分子材料从玻璃态转变为高弹态的温度，主要受到分子链的柔性、分子量和交联密度等因素的影响。分子链越柔顺，分子量越大，交联密度越低，玻璃化转变温度通常越高。三、判断题1.高分子化合物的基本结构单元是分子。（×）

解题思路：高分子化合物的基本结构单元是单体，而不是分子。高分子是由许多单体通过化学反应（如聚合反应）连接成的长链分子。

2.聚合物链的柔顺性越高，其熔点越低。（√）

解题思路：聚合物链的柔顺性越高，链段运动越自由，分子间作用力减弱，因此熔点通常较低。

3.聚合物结晶度越高，其溶解度越低。（√）

解题思路：结晶度高意味着聚合物内部有较多的有序结构，这会减少溶剂分子与聚合物分子之间的相互作用，从而降低溶解度。

4.高分子材料的交联结构对其功能没有影响。（×）

解题思路：交联结构会增加高分子材料的网络密度，这会影响材料的强度、硬度、弹性和耐化学性等功能。因此，交联结构对高分子材料的功能有显著影响。四、简答题1.简述高分子材料的柔顺性对其功能的影响。

解题思路：

首先定义柔顺性，然后从分子链的构象和运动能力入手，分析柔顺性对高分子材料的热功能、力学功能、加工功能等方面的影响。

答案：

高分子材料的柔顺性是指分子链在空间中的构象和运动能力。柔顺性高的高分子材料，其分子链易于折叠和伸展，从而具有以下功能影响：

热功能：柔顺性高的材料具有较低的热膨胀系数和较高的热导率。

力学功能：柔顺性好的材料通常具有较好的韧性，不易断裂。

加工功能：柔顺性材料易于塑化和成型，适合于各种加工工艺。

2.简述高分子材料结晶度对其功能的影响。

解题思路：

先解释结晶度的概念，然后分析结晶度对高分子材料的力学功能、光学功能、热功能等方面的影响。

答案：

结晶度是指高分子材料中结晶相所占的比例。结晶度对高分子材料的功能有以下影响：

力学功能：结晶度高时，材料的强度和硬度增加，但韧性降低。

光学功能：结晶度高，材料的透明度降低，折射率增加。

热功能：结晶度高，材料的熔点提高，热膨胀系数降低。

3.简述高分子材料交联结构对其功能的影响。

解题思路：

首先定义交联结构，然后分析交联对高分子材料的力学功能、耐热性、耐溶剂性等方面的影响。

答案：

交联结构是指高分子材料中通过化学键连接的分子链网络。交联对高分子材料的功能有以下影响：

力学功能：交联结构可以显著提高材料的强度和硬度，降低形变。

耐热性：交联材料具有较高的耐热性，不易软化。

耐溶剂性：交联结构使材料对溶剂的抵抗力增强。

4.简述高分子材料的玻璃化转变温度（Tg）对其功能的影响。

解题思路：

解释玻璃化转变温度的概念，然后分析Tg对高分子材料的热功能、力学功能、加工功能等方面的影响。

答案：

玻璃化转变温度（Tg）是指高分子材料从玻璃态向高弹态转变的温度。Tg对高分子材料的功能有以下影响：

热功能：Tg是材料热功能的重要指标，Tg高的材料耐热性好。

力学功能：Tg高的材料在低温下具有较高的脆性，而Tg低的材料在低温下更具韧性。

加工功能：Tg低的材料易于加工成型，而Tg高的材料加工难度较大。五、论述题1.论述高分子材料分子链结构对其功能的影响。

分子链结构是高分子材料的基本组成，其结构特征直接影响材料的功能。分子链结构包括直链、支链、环状、交联等形态，对不同分子链结构对其功能影响的论述：

a.直链结构：直链结构的高分子材料通常具有较高的熔点和较好的力学功能，如聚乙烯、聚丙烯等。但是直链结构可能导致材料易断裂。

b.支链结构：支链结构的高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等，其熔点较低，但具有良好的柔韧性和抗冲击功能。

c.环状结构：环状结构的高分子材料如聚四氟乙烯，具有较高的热稳定性和耐化学腐蚀性。

d.交联结构：交联结构的高分子材料如橡胶、硅胶等，具有较好的弹性和耐久性。

2.论述高分子材料分子量对其功能的影响。

分子量是高分子材料的一个重要参数，对材料功能有显著影响。对分子量对高分子材料功能影响的论述：

a.分子量越大，高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能越好。

b.分子量越小，高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能越差。

c.分子量过大或过小，都会影响高分子材料的加工功能。

3.论述高分子材料结晶度对其功能的影响。

结晶度是高分子材料的一个重要指标，对其功能有显著影响。对结晶度对高分子材料功能影响的论述：

a.结晶度越高，高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能越好。

b.结晶度越低，高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能越差。

c.结晶度过高或过低，都会影响高分子材料的加工功能。

4.论述高分子材料交联结构对其功能的影响。

交联结构是高分子材料的一个重要特征，对其功能有显著影响。对交联结构对高分子材料功能影响的论述：

a.交联结构使高分子材料具有较好的弹性和耐久性。

b.交联结构可以显著提高高分子材料的耐热性、耐化学腐蚀性。

c.交联结构可能导致高分子材料的加工功能变差。

答案及解题思路：

答案：

1.分子链结构影响高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能。

2.分子量影响高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能。

3.结晶度影响高分子材料的熔点、硬度、韧性等力学功能。

4.交联结构影响高分子材料的弹性和耐久性。

解题思路：

1.根据高分子材料分子链结构的种类，分析其对熔点、硬度、韧性等力学功能的影响。

2.根据高分子材料分子量的变化，分析其对熔点、硬度、韧性等力学功能的影响。

3.根据高分子材料结晶度的变化，分析其对熔点、硬度、韧性等力学功能的影响。

4.根据高分子材料交联结构的变化，分析其对弹性和耐久性的影响。六、计算题1.已知某高分子材料的分子量为10000，试计算其分子链长度（假设分子链结构为球形）。

解题步骤：

根据题目描述，假设分子链结构为球形，可以采用球体积的公式计算分子链长度。

球体积公式：V=(4/3)πr³，其中V为体积，r为半径。

分子量与体积的关系：分子量=密度×体积。

需要已知密度信息，假设密度为ρ，则分子链长度计算公式为：L=(分子量/(4/3)πρ)^(1/3)。

2.已知某高分子材料的密度为1.2g/cm³，试计算其比容。

解题步骤：

比容是指单位质量物质所占的体积。

比容计算公式：比容=1/密度。

将已知密度代入公式：比容=1/1.2g/cm³。

3.已知某高分子材料的玻璃化转变温度（Tg）为80℃，试计算其在室温下的热膨胀系数。

解题步骤：

玻璃化转变温度Tg与热膨胀系数α的关系可以通过以下公式表示：

α=A(TTg)B，

其中A和B为常数，T为温度。

根据题目描述，已知Tg为80℃，需要通过实验数据或查询资料获得常数A和B。

将已知温度和常数代入公式计算热膨胀系数α。

4.已知某高分子材料的拉伸强度为50MPa，弹性模量为2GPa，试计算其在断裂时的形变。

解题步骤：

弹性模量E、拉伸强度σ与形变ε之间的关系可以通过以下公式表示：

σ=Eε，

其中σ为拉伸强度，E为弹性模量，ε为形变。

需要已知拉伸强度和弹性模量，通过公式计算形变ε。

答案及解题思路：

1.分子链长度（L）=(10000/(4/3)π×ρ)^(1/3)=(10000/(4/3)π×1.2)^(1/3)=18.4Å。

解题思路：通过假设分子链结构为球形，结合分子量、密度和球体积公式，计算出分子链长度。

2.比容=1/1.2g/cm³=0.833cm³/g。

解题思路：根据比容定义，通过已知密度计算比容。

3.热膨胀系数α=A(TTg)B。

解题思路：通过实验数据或查询资料获取常数A和B，将温度代入公式计算热膨胀系数。

4.形变ε=σ/E=50MPa/2GPa=0.025。

解题思路：根据弹性模量和拉伸强度公式，计算出形变。七、应用题1.根据高分子材料的功能，分析其在不同领域的应用。

a.分析高分子材料在航空航天领域的应用及其功能优势。

b.探讨高分子材料在医疗领域的应用及其对人体生物相容性要求。

c.讨论高分子材料在电子电器领域的应用及其电绝缘功能。

2.根据高分子材料的功能，提出提高其功能的方法。

a.针对高分子材料的耐磨性，提出相应的改进措施。

b.针对高分子材料的耐热性，提出提高其热稳定性的方法。

c.针对高分子材料的抗紫外线功能，提出增强其耐候性的策略。

3.根据高分子材料的功能，设计一种新型高分子材料。

a.设计一种具有优异生物降解功能的高分子材料，并说明其在环境友好方面的潜在应用。

b.设计一种具备自修复功能的高分子材料，分析其在实际应用中的优势。

c.设计一种兼具高导电性和高柔韧性的高分子材料，探讨其在电子器件领域的应用前景。

答案及解题思路：

1.根据高分子材料的功能，分析其在不同领域的应用。

a.答案：航空航天领域应用高分子材料的主要优势包括轻质、高强度、耐高温等。解题思路：结合航空航天对材料功能的需求，分析高分子材料的优势。

b.答案：医疗领域对高分子材料的要求主要是生物相容性和稳定性。解题思路：分析医疗环境下高分子材料需具备的功能。

c.答案：电子电器领域应用高分子材料的关键功能为电绝缘性和稳定性。解题思路：根据电子电器对材料功能的要求，分析高分子材料的适用性。

2.根据高分子材料的功能，提出提高其功能的方法。

a.答案：提高高分子材料耐磨性的措施包括：引入耐磨填料、提高分子量、增加交联密度等。解题思路：分析影响高分子材料耐磨性的因素，提出相应的改进方案。

b.答案：提高高分子材料耐热性的方法有：选择耐高温的聚合物、提高交联密度、添加耐热改性剂等。解题思路：根据高分子材料耐热功能的影响因素，提出提高耐热性的策略。

c.答案：增强高分子材料抗紫外线功能的策略包括：添加抗紫外线添加剂、提高交联密度、设计特殊分子结构等。解题思路：分析高分子材料耐紫外线功能的影响因素，提出增强耐候性的方法。

3.根据