膨胀计法测定苯乙烯本体聚合反应速率

实验报告课程名称： 化工专业实验 指导老师： 卜志扬 成绩： 实验名称：膨胀计法测定聚合反应速率 实验类型：高分子化学 同组： 陈玥晗一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1. 掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。

2. 了解动力学实验数据的处理和计算方法。

二、实验内容和原理聚合动力学主要是研究聚合速率、分子量与引发剂浓度、单体浓度、聚合温度等因素间的定量关系。

连锁聚合一般可分成三个基元反应：引发、增长、终止。

若以引发剂引发，其反应式及动力学如下：引发： •−→−R I d k 2 ••→+M M R][2I fk R d i =•(1)增长： •+•−→−+1n kn M M M p]][[M M k R p p •=(2)终止： p M M tkn m −→−+••2][M k R i i =(3)式中I 、M 、R •、M •、P 分别表示引发剂、单体、初级游离基或聚合物游离基及无活性聚合物。

R i 、R p 、R t 、k d 、k p 、k t 分别表示各步反应速率及速率常数。

f 表示引发效率。

[ ]表示浓度。

聚合速率可以用单位时间内单体消耗量或者聚合物生成量来表示，即聚合速度应等于单体消失速度，dtM d R ][-≡。

只有增长反应才消耗大量单体，因此也等于增长反应速率。

在低转化率下，稳态条件成立，R f =R t ，则聚合反应速率为：][][][)2(][21211M I K M I k fk k dt M d td p == (4)式中K 为聚合反应总速率常数。

单体转化为聚合物时，由于聚合物密度比单体密度大，体积将发生收缩。

根据聚合时体积的变化，可专业： 化学工程与工艺 姓名： 沈继富学号： 3090103075 日期： 2011.11.25 地点： 西溪七教409装订线以计算反应转化率。

高分子化学一、名词解释1.活性聚合物；2.自动加速现象3.凝胶点4.临位集团效应5.配位阴离子聚合6.种子聚合7.死端聚合8.异构化聚合9.立构选择聚合 10.树脂 11.动力学链长 12.竞聚率 13.遥爪聚合物 14.高分子材料15.诱导分解 16.熔融缩聚 17.反应程度 18.配位聚合 19.竞聚率 20.引发剂效率 21.自由基寿命二、解释下列名词1.反应程度和转化率2.平均官能度和当量系数3.动力学链长和数均聚合度4.何谓竞聚率？它有何物理意义？5.凝胶和凝胶点三、写出下列反应1．DPPH与链自由基的阻聚反应，并标明反应前后的颜色变化。

2．萘钠在THF中对苯乙烯的引发反应，并标明不同阶段产物的颜色变化。

3．由“白球”制备强碱型阴离子交换树脂的反应。

4．尼龙1010的聚合反应5．过硫酸盐与亚硫酸盐的反应6．阴离子活性链与四氯化硅的反应7．乙烯在二氧化硫存在下的氯化反应四、写出合成下列高聚物一般常用的单体及由单体生成聚合物的反应式，指出反应所属的类型1.尼龙－6102.PMMA3.PVC4.聚异丁稀5.涤纶树脂6.环氧树脂（双酚A型）7.氯化铁对自由基的阻聚反应8.阴离子活性链与二氧化碳加成后终止反应9.聚乙烯醇缩丁醛反应五、写出下列单体形成聚合物的反应式，指出形成聚合物的重复单元的化学结构1.甲基丙烯酸甲酯2.双酚A＋环氧氯丙烷3.己二胺＋己二酸4.氯乙烯5.异戊二烯六、写出下列所写符号表示的意义1.LLDPE2.ABS3.SBS4.PTFE5. ABVN6.IIP七、写出下列聚合物的结构和单体结构1.聚丙烯2.聚苯乙烯3.聚氯乙稀4.有机玻璃5.尼龙66.尼龙667.涤纶8.天然橡胶八、选择答案1．下列单体聚合时聚合热最大的是（a）四氟乙烯；（b）丙稀；（c）甲基丙烯酸甲酯；（d）丙烯酸甲酯2．下列聚合物热解时单体收率最低的是（a）聚苯乙烯；（b）聚乙烯；（c）聚甲基丙烯酸甲酯；（d）聚四氟乙烯3．乳液聚合恒速阶段开始的标志是（a）自由基消失；（b）单体液滴消失；（c）胶束消失；（d）乳胶粒消失4．自由基聚合时主要以链转移方式终止的单体是（a）苯乙烯；（b）甲基丙烯酸甲酯；（c）醋酸乙烯酯；（d）氯乙烯5．与苯乙烯共聚时，交替倾向最大的是（a）顺丁烯二酸酐；（b）醋酸乙烯酯；（c）丁二烯；（d）甲基丙烯酸甲酯6．甘油和等物质量的邻苯二甲酸酐缩聚，Flory方法计算凝胶点P c是（a）0.833；（b）0.707；（c）0.845；（d）0.6677．合成顺式-1,4含量90%以上的聚丁二烯，引发剂用（a）n-BuLi；（b）d-TiCl3-AlR3；（c）CoCl2-AlEt2Cl；（d）萘+Na8．THF（四氢呋喃）开环聚合，用的引发剂是（a）BPO；（b）n-BuLi；（c）Na；（d）BF3·OEt29．苯乙烯在不同溶剂中进行溶液聚合C s最小的是（a）苯；（b）乙苯；（c）甲苯；（d）异丙苯10．线型缩聚制尼龙1010，控制分子量的有效手段是（a）控制缩聚反应时间；（b）排除小分子；（c）制成一定酸值的尼龙盐；（d）用乙二胺调节分子量11．有一聚合反，既可被醌所阻聚，也可被醇所阻聚，其阻聚机理为：（a）自由基；（b）阳离子；（c）阴离子；（d）配位12．聚丙烯腈工业生产采用的聚合方法是：（a）自由基；（b）阳离子；（c）阴离子；（d）配位13．苯乙和顺丁烯二酸酐进行共聚反应，属于何种共聚：（a）嵌段；（b）接枝；（c）无规；（d）交替14．制备HDPE，使用的引发剂是：（a）O2；（b）BPO；（c）Z-N引发剂；（d）BF3+H2O15．下列单体进行自由基聚合，出现自动加速效应最早的是：（a）丙稀腈；（b）氯乙烯；（c）苯乙烯；（d）甲基丙烯酸甲酯16．离子活性聚合链可能有不同的形态，其中活性最大的是（a）A-B○-；（b）A○+B○-；（c）A○+//B○-；（d）A○++B○-17．有共轭稳定和无共轭稳定的单体和自由基之间有4种反应，其中反应最慢的是：（a）R s。

膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率一、实验目的1．了解膨胀计法测定聚合反应速率的原理。

2．掌握膨胀计的使用方法。

3．掌握动力学实验的操作及数据处理方法。

二、实验原理自由基聚合反应是现代合成聚合物的重要反应之一，目前世界上，由自由基聚合反应得到的合成聚合物的数量居多。

因此，研究自由基反应动力学具有重要意义。

聚合速率可由直接测定来反应的单体或所产生的聚合物的量求得。

这被称为直接法；也可以从伴随聚合反应的物理量的变化求出。

此即被成为间接法。

前者适用于各种聚合方法，而后者只能用于均一的聚合体系。

它能够连续地、精确的求得聚合物初期的聚合反应速率。

对于均一的聚合体系，在聚合反应进行的同时，体系的密度、粘度、折光度、介电常数等也都发生变化。

本实验就是依据密度随反应物浓度变化的原理而测定聚合速率的。

聚合物的密度通常也比其单体大，通过观察一定量单体在聚合时的体积收缩就可以计算出聚合速率。

一些单体和聚合物的密度变化如下表所示：单体和聚合物的密度密度g/ml25oC单体体积收缩％单体聚合物氯乙烯0.9191.40634.4丙烯0.8001.1731.0甲基丙烯1.1027.0丙烯酸甲酯0.9521.22322.1醋酸乙烯某0.9341.19121.6甲基丙烯酸甲酯0.9401.17920.6苯乙烯0.9051.06214.5丁二烯某0.62760.90644.4某为20oC数据为了增大比容随温度变化的灵敏度，观察体积收缩是在一个很小的毛细管中进行，测定所用的仪器称为膨胀计（如图所示）。

其结构主要由两部分组成，下部是聚合容器，上部连有带有刻度的毛细管。

将加有定量引发剂的单体充满膨胀计，在恒温水浴中聚合，单体转变为聚合物时密度增加，体积收缩，毛细管内液面下降。

每隔一定时间记录毛细管内聚合混合物的弯月面的变化，可将毛细管读数按一定关系式对时间作图。

再根据单体浓度，从而求出聚合总速率的变化情况。

动力学研究一般限于低转化率，在5-10％以下。

实验三 加聚反应动力学——膨胀计法测反应速度一、 实验目的膨胀计法是测定聚合速度的一种方法。

它的依据是单体密度小，聚合物密度大，因此随着聚合反应的进行，体积会发生收缩。

当一定量单体聚合时，体积的变化与转化率成正比。

如果将这种体积的变化放在一根直径很长很窄的毛细管中观察，其灵敏度将大为提高，这种方法就是膨胀计法。

通过本实验应达到以下的目的：1、用膨胀计法通过体积收缩进行加聚反应动力学的研究；2、学会处理加聚反应动力学数据，画出转化率与时间的关系图，计算苯乙烯聚合反应速度常数k 。

二、 实验原理从自由基加聚反应的机理及动力学研究与实验都证明苯乙烯聚合的动力学过程，基本上可由下式描述：（1）此式表示聚合反应速度与引发剂浓度的平方根成正比，与单体浓度成正比。

如果转化率低，（<16%），可假定引发剂浓度保持恒定，则可得下式：（2）式中为起始单体浓度；M 为时间t 时的单体浓度；k 为反应速度常数。

此式是直线方程。

若以对t 作图，其斜率即为k 。

由于单体与聚合物的密度不同，在单体聚合时必然发生体积的变化，故可通p v []I []M 0M [][]⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛M M 0ln过加聚反应时体积的变化求得转化率，从转化率则可求得不同时间的单体浓度，进而可求得反应速度常数。

三、仪器与试剂1、仪器超级恒温器；读数显微镜（0.01mm）；毛细管膨胀计（见图3-1示意）；精密温度计（100℃，精度0.1℃）1支；移液管（10ml）；烧杯（50ml）；称量瓶；注射器；秒表；吸球等。

2、试剂苯乙烯（CP，经新蒸馏）；偶氮二异丁腈（CP，经重结晶，熔点为103-104℃）四、实验步骤膨胀计体积及毛细管直径的测定毛细管直径的测定是将水银装入膨胀计（见图3-1）的毛细管中（长约2-3cm），在读数显微镜下读出该段的长度。

如此反复，读出毛细管各段长度Li，倒出水银并称重W，记录当时室温t，查出该温度下水银的密度（d），则各段毛细管直径Di为：膨胀计毛细管直径D取Di的算术平均值。

膨胀计法测定苯乙烯本体聚合反应速率(自动保存的
膨胀计法是一种常用的化学反应速率测定方法，适用于热起始的低聚和高聚反应以及聚合物降解反应的速率测定。

在苯乙烯本体聚合反应中，膨胀计法可以通过测量
反应体系体积的变化来计算反应速率。

测定苯乙烯本体聚合反应速率的步骤如下：
1. 实验器材准备：需要一台膨胀计仪、移液管、计时器、恒温水槽、分液漏斗等。

2. 实验样品准备：取少量苯乙烯本体和过氧化氢，加入反应瓶中，搅拌至完全溶解。

3. 实验条件设定：将膨胀计器安装在恒温水槽中，调整温度至实验所需温度。

将反应瓶挂于膨胀计仪顶部，其中溶液顶部与仪器顶部呈水平状态。

4. 实验开始：打开膨胀计仪的阀门，将反应瓶中的反应液注入仪器中，反应开始计时。

5. 测量反应体积变化：随着反应的进行，反应体系的体积将逐渐增加，此时需要用移液管将溢出的液体移回到反应瓶中，保持体系体积不变。

6. 结束反应：当反应达到一定时间时，关闭膨胀计仪的阀门，停止反应，并记录此时体系的总体积。

7. 数据处理：通过计算反应前后体系体积的差值，以及实验中所设定的时间间隔，可以计算出反应速率。

膨胀计法的测定结果受很多因素影响，例如反应温度、反应物浓度、催化剂种类和浓度等，因此需要进行多次实验来确定最终的反应速率。

此外，由于苯乙烯本体聚合反应是一个多步反应，其中包含自由基反应、传递反应、氧化反应等多个过程，因此需要对反应机理进行深入的研究，才能准确地测定反应速率。

第41卷2024 年 3 月应用化学CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY 第3期452⁃458新工科背景下高分子化学实验教学模式的探索与实践尚成新 郝俊生 王松柏*（山西大学化学化工学院， 化学国家级实验教学示范中心（山西大学）， 太原 030006）摘要 随着高等学校面临的教学形势的变化，“课程思政”、“新工科”和“三全育人”的教学理念被相继提出。

在这些政策的引导下，高校实验教学的教学体系必将发生转变，充分发挥实践育人的作用。

山西大学化学实验教学示范中心开设的高分子化学实验课程，经过多年的教学实践，构建了实验教学的新模式： 树立正确的实验观念，实验内容多样化，探寻实验的兴趣点，注重能力的多层次培养，即“观念-内容-兴趣-能力”模式。

关键词 新工科；实验教学；教学模式；高分子化学中图分类号：O632 文献标识码：A 文章编号：1000-0518（2024）03-0452-07自2017年教育部启动新工科建设以来，相关专业的教学改革更加注重工程人才的培养，完善工科课程的教学模式，推动工程师的创新能力培养。

高分子化学作为化学学科的重要分支，主要研究高分子聚合物的合成机理和化学反应，是化工和材料等工科专业的基础课程，也是培养工科人才的必修课程。

高分子化学实验是高分子化学和高分子材料课程的实践教学内容，主要学习高分子聚合物的各种合成方法，涉及到缩聚和逐步聚合、自由基聚合、自由基共聚、离子聚合、配位聚合和聚合物的化学反应等知识点，对学生实验技能的培养不可或缺。

基于工科人才培养的需要，实验教学体系更应该与新工科的理念相结合［1-2］。

目前高分子化学实验教学体系与化学学科其它分支相比，显得还很薄弱［3］。

这主要表现在：第一，单独开设高分子化学实验的高校较少，可能与整个学科发展历史短有关； 第二，高分子化学实验中可开设的实验项目数量偏少，一般均少于10个，而其它学科实验项目数量一般为20~30个； 第三，大部分实验项目已应用多年，缺少新颖性［4］。

实验一膨胀计法测聚合反应速度实验报告课程名称： 化工专业实验 指导老师： 成绩：________________实验名称： 膨胀计法测聚合反应速度 实验类型： 高分子化学实验 同组学生姓名：一、实验目的和要求 二、实验内容和原理三、主要仪器设备 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析七、讨论、心得一、实验目的1．掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。

2．了解动力学实验数据的处理和计算方法。

二、实验原理聚合动力学主要是研究聚合速率、分子量与引发剂浓度、单体浓度、聚合温度等因素间的定量关系。

专业：姓名： 学号：连锁聚合一般可分成三个基元反应：引发、增长、终止。

若以引发剂引发，其反应式及动力学如下： 引发：*2R I dk −→−**M M R →+ []I fk R d i 2*=（1）增长：*1*+−→−+n knM M Mp]][[*M M k R p p =（2）终止：p M M t k n m−→−+**[]2M k R t i =（3）式中：I 、M 、R *、M *、P 分别表示引发剂、单体、初级游离基或聚合物游离基及无活性聚合物。

R i 、R p 、R t 、k d 、k p 、k t 分别表示各步反应速率及速率常数。

f 表示引发效率，[ ]表示浓度。

聚合速率可以用单位时间内单体消耗量或者聚合物生成量来表示，即聚合速度应等于单体消失速度，[]dtM d R -≡。

只有增长反应才消耗大量单体，因此也等于增长反应速率。

在低转换率下，稳态条件成立，R f = R t ，则聚合反应速率为：[][][][]M I K M I k fk k dt M d td p 2/12/12/12=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=（4）式中K 为聚合反应总速率常数。

单体转化为聚合物时，由于聚合物密度比单体密度大，体积将发生收缩。

根据聚合时体积的变化，可以计算反应转化率。

实验名称： 膨胀计法测定聚合反应速率 姓名：学号：本实验采用膨胀计法测聚合反应速率，膨胀计法的原理是利用聚合过程中体积收缩与转化率的线性关系。

苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别是聚合物化学领域中的一个重要问题。

下面就这个问题向你提问。

1. 什么是苯乙烯本体聚合反应动力学方程苯乙烯本体聚合反应动力学方程是描述苯乙烯在聚合反应中的反应速率和反应机理的数学模型。

通常采用的是自由基聚合反应动力学方程，其一般形式为：d[M]/dt = k[P][M]^n其中，d[M]/dt表示单体浓度随时间的变化率，k为反应速率常数，[P]为引发剂浓度，[M]为单体浓度，n为聚合级数。

2. 苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别有哪些方法苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别有多种方法，常见的包括：（1）实验法：通过实验测定聚合反应的动力学数据，如单体消耗速率、聚合级数、聚合速率等，从而确定反应动力学方程中的参数。

（2）计算机模拟法：通过计算机模拟聚合反应的过程，利用反应动力学方程中的参数拟合实验数据，从而确定参数。

（3）统计学方法：利用统计学方法对聚合反应的数据进行分析，推导出反应动力学方程中的参数。

3. 苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别存在哪些挑战苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别存在以下挑战：（1）实验数据的获取和处理：实验数据的获取需要精确测量反应过程中的各种参数，如单体浓度、引发剂浓度、反应温度、反应时间等，同时还需要对实验数据进行处理和分析，以消除误差和噪声。

（2）反应机理的复杂性：聚合反应的机理非常复杂，涉及到多种反应路径和中间产物，需要对反应机理进行深入研究，以确定反应动力学方程中的参数。

（3）参数识别的精度和可靠性：反应动力学方程中的参数对反应过程的预测和控制具有重要影响，因此需要保证参数识别的精度和可靠性，避免误差和不确定性的影响。

总之，苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别是一个复杂而重要的问题，需要综合运用实验、计算机模拟和统计学方法，以确定反应动力学方程中的参数，从而实现对聚合反应过程的精确控制和优化。

苯乙烯聚合反应速率常数苯乙烯（英语：Styrene）是一种重要的合成原料，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、树脂等。

在工业生产过程中，苯乙烯聚合反应速率常数是一个重要的物理化学参数，这直接影响到聚合反应的进行速度和效率。

反应速率常数的定义反应速率常数是描述化学反应速率的一个重要参数，通常表示为k。

对于聚合反应而言，反应速率常数表示单位时间内单个单体（如苯乙烯分子）发生聚合的速率。

在苯乙烯聚合反应中，反应速率常数决定了聚合物链的增长速度和分子量分布。

影响反应速率常数的因素1.温度：温度是影响聚合反应速率常数的主要因素之一。

一般来说，温度越高，反应速率常数越大，反应速率也就越快。

这是因为高温下分子的热运动增强，导致反应物分子之间碰撞概率增加，从而促进了反应速率常数的增大。

2.催化剂：添加适当的催化剂可以显著提高苯乙烯聚合反应速率常数。

催化剂可以降低反应活化能，加速聚合反应的进行，从而增加反应速率常数。

3.溶剂：溶剂的选择也会对苯乙烯聚合反应速率常数产生影响。

合适的溶剂可以提供良好的反应环境，有利于反应物分子之间的相互作用和扩散，从而影响反应速率常数的大小。

4.物质浓度：反应物的浓度对反应速率常数也有显著影响。

一般来说，反应物浓度越高，反应速率常数也就越大，反应速率更快。

反应速率常数的测定测定苯乙烯聚合反应速率常数通常使用实验方法。

通过控制反应条件，在不同的温度、催化剂、溶剂和反应物浓度下进行实验，可以获得不同条件下的反应速率常数。

这些实验数据可以经过处理和分析，得到反应速率常数的定量结果。

常用的方法包括自由基聚合反应和阿贝尔龙试验等。

应用与意义苯乙烯聚合反应速率常数的确定对于工业生产中的工艺优化和产品性能控制具有重要意义。

通过精确测定反应速率常数，可以指导生产过程的优化，提高聚合反应的效率和产量。

同时，在新材料的研发过程中，根据反应速率常数的特性可以设计得到具有特定性质的聚合物产品。

综上所述，苯乙烯聚合反应速率常数作为一个重要的反应动力学参数，直接影响到聚合反应的进行速度和产物性质。

苯乙烯聚合反应速率苯乙烯是一种重要的单体，其聚合反应速率对于聚合物行业具有重要意义。

苯乙烯聚合反应速率受多种因素影响，包括温度、催化剂种类、反应物浓度等。

本文将探讨苯乙烯聚合反应速率的影响因素及其机制。

首先，温度是影响苯乙烯聚合反应速率的主要因素之一。

一般来说，温度越高，分子的热运动越活跃，反应速率也会增加。

在苯乙烯聚合反应中，温度的升高可以促进催化剂的活性，提高单体分子之间的碰撞频率，从而加快反应速率。

然而，过高的温度也可能导致副反应的发生和催化剂失活，因此需在适宜的温度范围内进行反应。

其次，催化剂种类对苯乙烯聚合反应速率也有着显著的影响。

常用的苯乙烯聚合反应催化剂包括阳离子催化剂和自由基催化剂。

阳离子催化剂通常能够提高聚合反应的选择性和活性，但对反应条件要求较高；而自由基催化剂则具有操作简便、反应条件温和等优点。

选择合适的催化剂可以有效控制苯乙烯聚合反应的速率和产物特性。

此外，反应物浓度也是影响苯乙烯聚合反应速率的重要因素之一。

一般来说，反应物浓度越高，反应速率也会增加，因为分子之间的碰撞频率增加，从而促进了反应的进行。

然而，在一定范围内，过高的反应物浓度可能会导致副反应的发生或产生不良影响，因此需要在实践中进行合理选择。

除了上述因素外，溶剂选择、反应时间、反应压力等因素也会对苯乙烯聚合反应速率产生一定影响。

在实际生产中，需要综合考虑各种因素，并根据具体条件进行调节和优化，以获得理想的聚合反应速率和产物性能。

总的来说，苯乙烯聚合反应速率受多种因素综合影响，这些因素之间相互作用复杂。

只有深入理解反应机理，合理选择反应条件，才能实现对苯乙烯聚合反应速率的有效控制和调节，从而获得优质的聚合产物。

1。

加聚反应动力学—苯乙烯本体聚合速率的测定
苯乙烯：10ml
过氧化二苯甲酰（分子量242.23）单体重的1%、2%、3%、4%，分别记为一、二、三、四组。

本实验采用膨胀计法，探究聚合速率对引发剂浓度的反应级数，引发剂有四组用量。

对于每一组，根据引发剂用量，每隔5~10分钟（本实验每隔两分钟）读一次液面高度，取足10~15个数。

以转化率对时间插点作图，Ct%~t基本呈直线，直线的斜率即为聚合速率Rp.
以不同引发剂浓度所测得的初始聚合速率做㏑(Rp)-㏑(I)图，根据直线的斜率即可求得聚合速率对引发剂浓度的反应级数。

0.0022.
第二组：BPO质量0.1738，浓度7.175×10^(-4)，聚合速率0.0019.
第三组：BPO质量0.2611，浓度10.78×10^(-4)，聚合速率0.0039.
以不同引发剂浓度所测得的初始聚合速率做㏑(Rp)-㏑(I)图.
2.聚合速率对单体浓度的反应级数
四两组则偏差较大。