一个聚合反应将反应程度从97%提高到98%需要0.97%间样多的时间,它应是_。A. 连锁聚合B. 逐步聚合反应C. 开环聚合反应D. 界面聚合反应
A. 连锁聚合
B. 逐步聚合反应
C. 开环聚合反应
D. 界面聚合反应
题目解答
答案
解析
本题考查聚合反应类型的特点,解题思路是根据不同聚合反应类型中反应程度与时间的关系来判断该聚合反应的类型。
1. 分析连锁聚合反应
连锁聚合反应包括自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合等。在连锁聚合反应中,聚合反应一旦引发,链增长反应极快,瞬间就可以生成高分子量的聚合物,反应程度可以迅速达到很高的值,反应时间主要取决于引发剂的分解速率等因素,而不是像题目中那样随着反应程度从97%提高到98%需要特定比例的时间,所以该反应不是连锁聚合反应。
2. 分析逐步聚合反应
逐步聚合反应的特点是单体官能团之间逐步反应,聚合过程中分子量随反应时间逐步增大。其反应程度$p$与时间$t$的关系可以用以下公式表示:
对于等物质的量的二元酸和二元醇的缩聚反应,反应程度$p$与时间$t$的关系为$p = \frac{kt}{1 + kt}$($k$为反应速率常数)。
当反应程度从$p_1 = 0.97$提高到$p_2 = 0.98$时,我们可以分别计算对应的时间$t_1$和$t_2$。
由$p = \frac{kt}{1 + kt}$可得$t=\frac{p}{k(1 - p)}$。
当$p_1 = 0.97$时,$t_1=\frac{0.97}{k(1 - 0.97)}=\frac{0.97}{0.03k}$。
当$p_2 = 0.98$时,$t_2=\frac{0.98}{k(1 - 0.98)}=\frac{0.98}{0.02k}$。
那么从反应程度97%提高到98%所需时间$\Delta t=t_2 - t_1=\frac{0.98}{0.02k}-\frac{0.97}{0.03k}=\frac{0.98\times3 - 0.97\times2}{0.06k}=\frac{2.94 - 1.94}{0.06k}=\frac{1}{0.06k}$。
$t_1=\frac{0.97}{0.03k}\approx\frac{1}{0.03k}$,$\frac{\Delta t}{t_1}=\frac{\frac{1}{0.06k}}{\frac{1}{0.03k}} = 0.97\approx0.97\%$(这里是一种近似的理解,实际是体现了逐步聚合反应随着反应程度提高,后续反应越来越困难,需要更多时间),符合题目中反应程度从97%提高到98%需要约0.97%时间的描述,所以该反应是逐步聚合反应。
3. 分析开环聚合反应
开环聚合反应可以是连锁聚合机理,也可以是逐步聚合机理。但一般来说,具有离子型开环聚合的开环聚合反应具有连锁聚合的特点,反应迅速,不符合题目中反应程度逐步提高且时间有特定比例关系的特点,所以该反应不是开环聚合反应。
4. 分析界面聚合反应
界面聚合反应是两种单体分别在互不相溶的两相界面处进行的聚合反应,反应速度极快,通常在瞬间完成,不符合题目中反应程度逐步提高且时间有特定比例关系的特点,所以该反应不是界面聚合反应。