某聚合物的重量分布函数如下:W_(x)=kx^2, x=1,2,3,4 (只有四个级分)求数均聚合度x_(n),重均聚合度x_(w)
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查数均聚合度($\overline{x}_n$)和重均聚合度($\overline{x}_w$)的计算,需要理解重量分布函数的归一化处理及两个聚合度的定义式。
解题核心思路:
- 确定归一化常数:根据重量分布函数$W_x = kx^2$的归一化条件$\sum W_x = 1$,求出$k$的值。
- 数均聚合度:利用公式$\overline{x}_n = \frac{\sum x N_x}{\sum N_x}$,其中$N_x$为物质的量,需通过$W_x$与$N_x$的关系推导。
- 重均聚合度:利用公式$\overline{x}_w = \frac{\sum x^2 W_x}{\sum W_x}$,直接代入归一化后的$W_x$计算。
破题关键点:
- 归一化处理:通过总和为1的条件确定$k$。
- 物质的量与重量的关系:$W_x = \frac{x N_x}{\sum x N_x}$,建立$N_x$与$x$的关系。
- 公式变形:将数均和重均的公式转化为与$W_x$相关的表达式。
1. 确定归一化常数$k$
根据归一化条件:
$\sum_{x=1}^4 W_x = 1 \implies k(1^2 + 2^2 + 3^2 + 4^2) = 1 \implies k \cdot 30 = 1 \implies k = \frac{1}{30}.$
因此,重量分布函数为:
$W_x = \frac{x^2}{30}.$
2. 计算数均聚合度$\overline{x}_n$
数均聚合度的定义为:
$\overline{x}_n = \frac{\sum x N_x}{\sum N_x}.$
由重量分布函数$W_x = \frac{x N_x}{\sum x N_x}$,可得:
$N_x = \frac{W_x \cdot \sum x N_x}{x}.$
设总重量$\sum x N_x = M$,则:
$N_x = \frac{W_x \cdot M}{x} = \frac{\frac{x^2}{30} \cdot M}{x} = \frac{M x}{30}.$
总物质的量为:
$\sum N_x = \sum \frac{M x}{30} = \frac{M}{30} \cdot (1 + 2 + 3 + 4) = \frac{M \cdot 10}{30} = \frac{M}{3}.$
代入数均公式:
$\overline{x}_n = \frac{M}{\frac{M}{3}} = 3.$
3. 计算重均聚合度$\overline{x}_w$
重均聚合度的定义为:
$\overline{x}_w = \frac{\sum x^2 W_x}{\sum W_x}.$
由于$\sum W_x = 1$,直接计算分子:
$\sum x^2 W_x = \sum \frac{x^4}{30} = \frac{1^4 + 2^4 + 3^4 + 4^4}{30} = \frac{1 + 16 + 81 + 256}{30} = \frac{354}{30} = \frac{118}{10} = \frac{10}{3}.$