高分子物理第三版课后答案

高分子物理第三版课后答案【篇一：何曼君高分子物理第三版课后习题答案】
>1 写出由取代的二烯（1，3丁二烯衍生物）
ch3chchchcooch3
经加聚反应得到的聚合物，若只考虑单体的1，4-加成，和单体头-尾相接，则理论上可有几种立体异构体？
解：该单体经1，4-加聚后，且只考虑单体的头-尾相接，可得到下面在一个结构单元中含有三个不对称点的聚合物：
chchcooch3ch3
n
即含有两种不对称碳原子和一个碳-碳双键，理论上可有8种具有三重有规立构的聚合物。

2 今有一种聚乙烯醇，若经缩醛化处理后，发现有14%左右的羟基未反应，若用hio4氧化，可得到丙酮和乙酸。

由以上实验事实，则关于此种聚乙烯醇中单体的键接方式可得到什么结论？
解：若单体是头-尾连接，经缩醛化处理后，大分子链中可形成稳定的六元环，因而只留下少量未反应的羟基：
ch2
ch2
ch2
ch2
ch2
o
ch2
ch2
choh
同时若用hio4氧化处理时，可得到乙酸和丙酮：
ch2
oh
ch2
oh
ch2
oh
ch3o
oh
+
ch3
若单体为头-头或尾-尾连接，则缩醛化时不易形成较不稳定的五元环，因之未反应的oh基数应更多（14%），而且经hio4氧化处理时，也得不到丙酮：
ch2
oh
oh
ch2
ch2
oh
o
2
o
oh
cho
ch2
ch
ch2
ch22o
oh
ch2
oh
oh
ch2ch2
oh
ch3o
oh
+
oho
可见聚乙烯醇高分子链中，单体主要为头-尾键接方式。

3 氯乙烯（
ch2
ch
cl
）和偏氯乙烯（
ch2ccl2
）的共聚物，经脱除hcl和裂解后，产物有：
clclcl
cl
，
clcl
等，其比例大致为10：1：1：10（重量），由以上
事实，则对这两种单体在共聚物的序列分布可得到什么结论？解：这两种单体在共聚物中的排列方式有四种情况（为简化起见只考虑三单元）：
ch2
cl
(v)
+
ch2
cl(d)
cl
vvdd
vvdd
vdvd
cl
cl
cl
这四种排列方式的裂解产物分别应为：，，
cl
，
clcl
而实验得到这四种裂解产物的组成是10：1：1：10，可见原共聚物中主要为：
v
v
v
、
ddd
的序列分布，而其余两种情况的无规链节很少。

4 异戊二烯聚合时，主要有1，4-加聚和3，4-加聚方式，实验证明，主要裂解产物的组成与聚合时的加成方法有线形关系。

今已证明天然橡胶的裂解产物中
3
h3c
2
(a)
h3c
ch
ch2
(b)
h3c
和
的比例为96.6：3.4，据以上事实，则从天然橡胶中异戊二烯的加成方式，可得到什么结论？解：若异戊二烯为1，4-加成，则裂解产物为：
ch3
+
ch2
ch2ch
c3
ch
2
(裂解)
2
h3c
23
若为3，4-加成，则裂解产物为：
ch
h3c
2
ch2
ch
ch
h3c
ch2
(裂解)
ch2
h3c
h3c
+
h3c
ch
ch2
现由实验事实知道，（a）：（b）=96.6：3.4，可见在天然橡胶中，异戊二烯单体主要是以1，4-加成方式连接而成。

5 若把聚乙烯看作自由旋转链，其末端距服从gauss分布函数，且
已知c-c键长为1.54?，键角为109.5o，试求：
⑴聚合度为5?10的聚乙烯的平均末端距、均方末端距和最可几末
端距；⑵末端距在+10 ?和+100 ?处出现的几率。

解：⑴
4
h3c
c
1?cos?
?4.7?105(?)2
1?cos?28nh??l?448(?)
3???
2
h2fr?nl
h??
⑵
1
?
?
2
nl?398(?)3
由?(h)dh?(
?
)3exp(??2h2)4?h2dh，得
?(?10?)?3.5?10?6(?)?1?(?100?)?3.37?10?4(?)?1
⑸当内旋转受阻时（受阻函数cos?0.438）的均方末端距；
⑹说明为什么高分子链在自然状态下总是卷曲的，并指出此种聚合
物的弹性限度。

解：设此高分子链为：
ch2
?1000m0
⑴lmax?nl?2()?1.54?3080??308nm
m0
⑵l反?nlsin
20
2
?
2
?2000?1.54?sin
?
2
109.5
?251.5nm 2
2
⑶h?nl?4735(?)?47.35(nm)
?1?cos?
?9486(?)2?94.86(nm)2 ⑷h?nl
1?cos?
2fr
2
?1?cos?1?cos⑸h?nl??24272(?)2?242.72(nm)2
1?cos?1?cos?2
2
1
或（h?15.6nm
2
⑹因为lmaxl反(h2)，所以大分子链处于自然状态下是卷曲的，它的理论弹性限度是
1
l反/(h)?25倍
7 某高分子链的内旋转势能与旋转角之间的关系如下图所示：
2
?i?0,?60,?120,?180(度)
ui?0,012,0002,0025(kj?mol)
?1
设n(?)=旋转次数，t=413k，r=8.31j/(k?mol) 由boltzmann统计理论：ni?
exp(?ui/rt)
分别计算得n(0)?exp(
2?
)?1 rt
?12?1000
n(?60)?exp()?0.0303
8.31?413?2?1000
n(?120)?exp()?0.5584
8.31?413?25?1000
n(?180)?exp()?6.862?10?4
8.31?413
?cos?
ii
n(?)cos?d?
2?0i
?
i
n(?)d?
?
?
2?
u(?)
)cos?d?2?u(?)exp(?)d??0
rt exp(?
?ncos?
?
n
i
(i?1~4)?0.4521
1?cos?1?cos)
1?cos?1?cos?h2
?k?2?
nlnl2
1?0.37461?0.4521?()()?5.831?0.37461?0.4521
nl2(
2
8 假定聚丙烯于30℃的甲苯溶液中，测得无扰尺寸h0/m
1
2
?835?10?4nm，而刚性因子
??h/h
20
122fr?1.76，试求：
(1)此聚丙烯的等效自由取向链的链段长； (2)当聚合度为1000时的链段数。

解：
ch23
的全反式构象如下图所示：
?
已知m0?42,l?1.54?,??109.5?.
2?4
解法一 h0?835?10nmm
??
2
l反?nlsin
?
2
?2
m?
lsin?5.99?10?3(nm)m m02
【篇二：高分子物理课后习题答案(详解)金日光、华幼
卿第三版】
氯丁二烯的各种可能构
型。

等。

2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中
原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原
子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须
断裂化学键。

（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙
烯是不同的构型。

3. 为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31
螺旋构象，而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？
答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（?ttt?）构象极不稳定，必须通
过c-c键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最
低原则。

（2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离
比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4. 哪些
参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答：（1）空间位阻参
数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差；（2）特征比cn，cn
值越小，链的柔顺性越好；（3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。

5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。

该聚合
物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：这是由于聚乙烯分子对称
性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。

6. 从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：（1）聚丙烯睛与碳纤维；（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；（3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。

（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。

7. 比较下列四
组高分子链的柔顺性并简要加以解释。

解：
化时所需要的能量，单位：晶系：根据晶体的特征对称元素所进行
的分类。

结晶度：试
）或者体积分数（体积结晶度）。

取向：聚样中的结晶部分所占的
质量分数（质量结晶度
合物的取向是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外
力作用方向的择优排列。

高分子合金的相容性：两种或两种以上高
分子，通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所
具有的亲和性。

2.什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚合物的内聚能密度？答：（1）内聚能密度：ced定
义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：
（2）内聚能密度在
300以下的聚合物，分子间作用力主要是色散力；内聚能密度在
400
以上的聚合物，分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键；
内聚能密度在
300-400之间的聚合物，分子间相互作用居中。

3.聚合物在不同条
件下结晶时，可能得到哪几种主要的结晶形态？各种结晶形态的特
征是什么？答：（1）可能得到的结晶形态：单晶、树枝晶、球晶、
纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体；（2）形态特征：单晶：分子
链垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右；树枝晶：
许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状；球晶：呈
圆球状，在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光，有些出现同
心环；纤维状晶：晶体呈纤维状，长度大大超过高分子链的长度；
串晶：在电子显微镜下，串晶形如串珠；柱晶：中心贯穿有伸直链
晶体的扁球晶，呈柱状；伸直链晶体：高分子链伸展排列晶片厚度
与分子链长度相当。

4.测定聚合物的结晶度的方法有哪几种？简述
其基本原理。

不同方法测得的结晶度是否相同？为什么？答：（1）密度法，x射线衍射法，量热法；（2）密度法的依据：分子链在晶
区规整堆砌，故晶区密度大于非晶区密度；x射线衍射法的依据：总
的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和；量热法的依据：根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。

（3）不同，因为结晶度的概念缺乏明确的物理意义，晶区和非晶区的界限
很不明确，无法准确测定结晶部分的量，所以其数值随测定方法不
同而不同。

5.高分子液晶的分子结构有何特点？根据分子排列有序
性的不同，液晶可以分为哪几种晶型？如何表征？答：（1）高分子
液晶分子结构特点：分子主干部分是棒状（筷形），平面状（碟形）或曲面片状（碗形）的刚性结构，以细长棒状最为常见；b.分子中含有对位苯撑，强极性基团，可高度极化或可形成氢键的基团，因而
在液态下具有维持分子作某种有序排列所需要的凝聚力；c.分子上可
能含有一定的柔性结构。

（2）液晶晶型：a.完全没有平移有序—向列相即n相，用单位矢量表示；b.一维平移有序（层状液晶）—近
晶a（）和近晶c()；c.手征性液晶，包括胆甾相（ch）和手征性近
晶相；d.盘状液晶相。

（3）液晶态的表征一般为：a.偏光显微镜下
用平行光系统观察；b.热分析法；c.x射线衍射；d.电子衍射；e.核
磁共振；f.电子自旋共振；g.流变学；h.流变光学。

6.简述液晶高分
子的研究现状，举例说明其应用价值。

答：液晶高分子被用于制造
防弹衣，缆绳及航空航天器大型结构部件，可用于新型的分子及原
子复合材料，适用于光导纤维的被覆，微波炉件，显示器件信息传
递变电检测 7.取向度的测定方法有哪几种？举例说明聚合物取向的
实际意义。

（1）用光学显微镜测定双折射来计算;(2)用声速法测定；（3）广角x射线衍射法；（4）红外二向色性；（5）偏正荧光法。

8.某结晶聚合物的注射制品中，靠近模具的皮层具有双折射现象，而
制品内部用偏光显微镜观察发现有maltese黑十字，并且越靠近制
品芯部，maltese黑十字越大。

试解释产生上述现象的原因。

如果降低模具的温度，皮层厚度将如何变化？答：（1）由于形成球晶，球
晶具有双折射现象，自然光经过偏振片变为偏振光，通过球晶发生
双折射，分成两束振动方向垂直的偏振光，两束偏振光在与检偏镜
平行方向上存在分量，分量速度不同，产生相位差而干涉，使呈现
黑十字消光图像，制品外部与模具接触，冷却速度快，球晶来不及
生长而成多层片晶或小球晶，而制品芯部温度高，结晶时间充分，
生长为大球晶，因此消光图像更大。

（2）降低温度会增加过冷度，
缩短结晶时间，因而皮层厚度增加。

9.采用“共聚”和“共混”方法进
行聚合物改性有何异同点？解：略。

10.简述提高高分子合金相容
性的手段答：提高高分子合金的相容性一般用加入第三组分增溶剂的
）依据是：要使0，
越小越好，又因为，因为溶解过程?，所以
（3）99e12个小分子a与1e12个小分子b相混合（假定为理想溶液）。

答：（1
）
；（2）;（3）.结果说明，
绝大多数高分子溶液，即使在浓度小时，性质也不服从理想溶液的规律，混合熵比小分子要大十几倍到数十倍，一个高分子在溶液中可以起到许多个小分子的作用，高分子溶液性质与理想溶液性质偏差的原因在于分子量大，分子链具有柔顺性，但一个高分子中每个链段是相互连接的，起不到x（连段数）个小分子的作用，混合熵比xn个小分子来得小。

8.在20℃将10-5mol
答：
;
; 9.假定共混体系中，两组分聚合物（非
【篇三：第三版_高分子物理课后习题答案(详解)[1]1】>1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型，举例说明高分子的构造。

等。

举例说明高分子链的构造：
环形聚合物：环形聚苯乙烯，聚芳醚类环形低聚物
梯形聚合物：聚丙烯腈纤维受热，发生环化形成梯形结构
支化高分子：低密度聚乙烯
交联高分子：酚醛、环氧、不饱和聚酯，硫化橡胶，交联聚乙烯。

2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？
答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。

（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈螺旋构象，而间规立
构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？
答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（?ttt?）构象极不稳定，必须通
过c-c键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最
低原则。

（2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？
答：（1）空间位阻参数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差；（2）特征比cn，cn值越小，链的柔顺性越好；
（3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。

5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。

该聚合
物为什么室温下为塑料而不是橡胶？
答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因
而在室温下为塑料而不是橡胶。

6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：
（1）聚丙烯睛与碳纤维；
（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；
（3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。

（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。

7.比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。

解：
8.某单烯类聚合物的聚合度为104，试估算分子链完全伸展时的长度
是其均方根末端距的多少倍？（假定该分子链为自由旋转链。

）
答：81.6倍
解：
b=1.17nm
10.某聚苯乙烯试样的分子量为416000，试估算其无扰链的均方末
端距（已知特征比cn=12）。

答：均方末端距为2276.8nm2。

2章聚合物的凝聚态结构
1.名词解释
凝聚态，内聚能密度，晶系，结晶度，取向，高分子合金的相容性。

凝聚态：为物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性
能上的表现来区分的，通常包括固体、液体和气体。

内聚能密度：ced定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：晶系：根据晶体的特征对称元素所进行的分类。

单晶：单晶，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性
地排列
球晶：当聚合物从浓溶液中析出或从熔体中冷却结晶时，并且在不
存在应力或流动的情况下，会形成外观几何形状为球体的结晶形态。

液晶：兼有部分晶体和液体性质的过渡状态。

结晶度：试样中的结晶部分所占的质量分数（质量结晶度
积结晶度）。

取向及取向度：聚合物的取向是指在某种外力作用下，分子链或其
他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。

相容性：两种或两种以上高分子，通过共混形成微观结构均一程度
不等的共混物所具有的亲和性。

多组分聚合物：又称高分子合金，由两种或两种以上高分子材料构
成的复合体系，是由两种或两种以上不同种类的树脂,或者树脂与少
量橡胶,或者树脂与少量热塑性弹性体,在熔融状态下,经过共混,由于
机械剪切力作用,使部分高聚物断链,再接枝或嵌段,亦或基团与链段交换，从而形成聚合物与聚合物之间的复合新材料。

自组装：是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。

2.什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚
合物的内聚能密度？
答：（1）内聚能密度：ced
定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：
（2）内聚能密度在300以下的聚合物，分子间作用力主要是色散力；内聚）或者体积分数（体
能密度在400 以上的聚合物，分子链上有强的极性基团或者分子间
能形成
之间的聚合物，分子间相互作用居中。

氢键；内聚能密度在300-
400
晶形态的特征是什么？ 3.聚合物在不同条件下结晶时，可能得到哪
几种主要的结晶形态？各种结
答：单晶：形成条件：0.01%~0.1%pe溶液中极缓慢冷却结晶或较高压力下100mp）熔体结晶而成。

结构特点：棱片状，其链长数百纳米，厚度为10nm，晶片厚度与分子量无关，分子链总是垂直于截面。

树枝晶：形成条件：浓度较高、或温度较低、或聚合物分子量太大时，高分子不再形成单晶片，而是倾向于生成树枝晶；
结构特点：单晶的聚集体，多晶结构。

球晶：形成条件：＞1%的浓溶液熔体冷却结晶
结构特点：球晶分子链总是垂直于径向，单晶片的变形聚集体；有黑十字消光现象，双折射现象
伸展链晶：形成条件：高温高压熔体附近缓慢结晶高拉伸取向结构特点：分子链完全伸展，平行排列单向强度大
串晶：形成条件：应力（溶液结晶时边缓慢搅拌边结晶）；拉伸挤出时有（双向）应力场作用。

结构特点：折叠链与伸直链不可分离双向强度高
柱晶：形成条件：应力作用下冷却结晶。

结构特点：沿应力方向成行地形成晶核，再向四周生长成折叠链晶片单向强度大。

纤维晶：形成条件：溶液流动，搅拌下结晶；熔体拉伸、剪切。

结构特点：交错连接的微晶和韧性分子链相连构成。

4.测定聚合物的结晶度的方法有哪几种？简述其基本原理。

不同方法测得的结晶度是否相同？为什么？
答：（1）密度法，x射线衍射法，量热法；（2）密度法的依据：分子链在晶区规整堆砌，故晶区密度大于非晶区密度；x射线衍射法的依据：总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和；量热法的依据：根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。

（3）不同，因为结晶度的概念缺乏明确的物理意义，晶区和非晶区的界限很不明确，无法准确测定结晶部分的量，所以其数值随测定方法不同而不同。

5.高分子液晶的分子结构有何特点？分类方法有哪几种？液晶态如何表征？答：（1）高分子液晶分子结构特点：液晶高分子与液晶小分子化合物相比，具。