植物纤维化学期末考试试题

纤化试卷A

一、 名词解释（每题3分） 1、综纤维素

纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素与半纤维素之总和，故又称全纤维素。 2、复合胞间层

位于细胞壁的最外层，由两个相邻细胞所共有的一层，胞间层物质的大多数是木素，少量的果胶质。胞间层与相邻两个细胞的初生壁一起称为复合胞间层。 3、半纤维素

除纤维素和果胶以外的植物细胞壁聚糖。也可称为非纤维素的碳水化合物。由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖，大多带有短的侧链。 4、剥皮反应

在碱的影响下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，一直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应发生为止。由于消除下来的烷氧基—OR具有新的还原性末端基（也即是纤维素长链分子具有新的还原性末端基），可以继续进行上述反应，逐个不断地脱掉末端基，所以称为剥皮反应。 5、纤维素结晶度

结晶区占纤维素整体的百分率。 6、微分吸着热

一克水与大量干的或湿的纤维素结合，或者一克水自大量的干的或湿的纤维素中取出，以上两个作用所产生的热效应称为微分吸着热。

二、多项选择题（每题2分） 1、果胶酸是 C 。

A、 聚葡萄糖尾酸B、脂肪酸C、聚半乳糖尾酸D、松香酸 2、组成针叶木的主要植物细胞是 D 。 A、木纤维B、导管C、木射线细胞D、管胞

3、现在木素在 D 纳米对紫外光的特性吸收值已经被应用到木素的定量测定方法中。 A、220 B、240 C、260 D、280 4、制备磨木木素所用的抽提剂是 A 。

A、二氧六环—水B、二甲硫醚—水C、二甲亚砜—水D、二氧化氯—水

5、纤维素的多分散性U等于 B、C 。

Mn Mw Pw Pn A、—— - 1 B、 —— - 1 C、—— - 1 D、 —— - 1 Mw Mn Pn Pw 6、聚木糖多是木糖基以 C 甙键联接起来的。 A、1→2 B、1→3 C、1→4 1→6 三、填空题（每题2分）

1、草类原料的苯醇抽出物含量一般为（ 3～6 ）%。

2、根据纹孔对的构造，可以分为单纹孔对、（具缘纹孔对）和（半具缘纹孔对）三类。 3、木素中存在的基本结构基团类型是愈疮木基、（紫丁香基）和（对羟苯基）。

4、木素大分子中，大约有（2/3—3/4）的苯丙烷单元是以醚健形式联接到相邻的单元上的。

5、梅厄—米斯奇晶胞模型的不足之处是（没有考虑到以后才确立的Glu基的椅式构型）以及（ 分子内的氢键 ）。

6、半纤维素的物理结构中少部分是（ 结晶 ）结构，大部分是（ 无定形 ）结构。 7、纤维素的酸水解可以有（ 单项酸水解 ）和（ 多项酸水解 ）两种过程。

8、纤维素容易发生氧化反应的原因是（每个Glu基的C2、C3和C6上存在醇羟基）。

9、纤维素在结晶体内的排列是平行的，按照目前的观点，天然纤维素呈现出伸展链的结晶，而再生纤维素呈现出（ 折叠链 ）的片晶。

10、在纤维细胞壁中木素浓度最高的部位是（ 复合胞间层 ）；木素含量最高的是（ 次生壁 ）。

四、判断、说明题（对者打“√”，错者打“×”。无论对或错，都需要说明。判断1分，说明2分。） 1、作为造纸原料，同种木材，晚材率低的优于晚材率高的。（ √ ）

说明：因为早材是由细胞壁比较薄的细胞组成，所以早材纤维具有弹性和柔韧性，容易打浆，能够制造出抗张强度和耐破强度高的纸张；而晚材纤维壁厚，形成管状，纤维又挺又硬，不容易打浆，抄成的纸张除了撕裂度比较高以外，其他指标都不如早材纤维。

2、水分子可以进入纤维素的无定型区而不能进入结晶区。（ √ ）

说明：根据纤维素超分子结构的研究，纤维素Ⅰ和纤维素Ⅱ结晶区内所有的羟基都已经形成氢键。由此推论，在纤维素纤维中，结晶区内的羟基都已经形成氢键，但在无定形区，则有少量的羟基没有形成氢键，而是游离的羟基。所以水分子可以进入无定形区而不能进入结晶区。 3、碘价、铜价越大，则纤维素的还原性越强。（ √ ）

说明：还原性末端基数量增加，纤维素的碘介和铜价升高。所以碘价、铜价越大，则纤维素的平均DP越小，还原性末端基个数越多，还原性越强。

4、由于剥皮反应，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，一直到产生纤维素末端基转化为异变糖酸基的稳定反应发生为止。（ × ）

说明：一直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应发生为止。 5、结合水能使纤维素发生润胀，但无热效应。（ × ）

说明：水有一定的极性，所以能进到无定形区，发生结晶区之间的润胀。纤维素的吸着水只能进入无定形区而不能进入结晶区，并且与无定形区中的羟基形成氢键结合。吸着水量随无定形区百分率的增加而增加。

所以，纤维素的吸着水又叫做结合水。纤维素吸着水时有热效应产生，由此放出的热称为吸着热，又称润湿热，以绝干时为最大，随着吸附水量的增加而减少，直到纤维饱和点变为零。 五、 问答题（每题5分）

1、如何用数量平均分子量和重量平均分子量来表示纤维素的多分散性？

2、 对木材纤维，如何用壁腔比的大小来判断原料的优劣？

壁腔比就是细胞壁厚度的二倍与细胞腔直径的比值。纤维细胞壁的绝对厚度与纸张性能无关。影响纸张性能的是纤维细胞壁厚度与细胞腔直径的比值（壁腔比）。一般认为细胞壁薄而细胞腔大的纤维抄成的纸张强度比较大。这是由于壁薄腔大的纤维有柔软性，彼此容易结合得好。而壁厚腔小的纤维比较僵硬，彼此结合差，制成的纸张强度比较低，纸页比较疏松，而吸水性好。对木材纤维原料，壁腔比小于1是好原料；等于1是中等原料；大于1是劣等原料。

非木材纤维的壁腔比一般都比木材大，但是木材纤维以壁腔比小于或者大于1来判断优劣的结论，并不适用于非木材纤维原料。草类原料结构比较复杂，纤维长度差别比较大，非纤维细胞含量相差较大，单纯由壁腔比不可能得出原料优劣的结论。

3、 在碱法纸浆中，哪种聚糖含量比较多？为什么？

在碱性条件下，—OCH3（甲氧基）很快脱除，生成CH3OH（甲醇）；乙酰基很快完全脱去，生成醋酸；而聚木糖损失比较少，保留量多（这一点相当突出）。原因：聚木糖主链的C2上接有4—O—Me—GA枝链，它的存在可以使剥皮反应暂停，有缓冲作用。一旦4—O—Me—GA脱落，剥皮反应就可以再继续进行，但聚阿拉伯糖—木糖对碱比较稳定。所以碱法浆中保留比较多的聚木糖。

聚葡萄糖—甘露糖和聚半乳糖—葡萄糖—甘露糖比聚木糖容易被碱降解。如：在蒸煮液中检测到，当甘露糖除去70%时，木糖除去25%。但聚葡萄糖—甘露糖对碱仍然有一定的稳定性。所以在碱法纸浆中保留一定量，虽然比较少，但并不完全除去。

总之，碱法纸浆中含有较多的聚木糖；而酸法纸浆中含有较多的聚葡萄糖—甘露糖。

所以，碱法草浆得率高（因为草类原料中木糖多，主要是聚阿拉伯糖—4—O—甲基—GA—Xp），酸法草浆得率低。

4、为什么大多数树木的树皮不适宜作为制浆造纸的原料？

树皮的化学组成与树木的材部的化学组成大不相同。在树皮中，灰分多，热水抽出物含量高，而纤维素与半纤维素的含量较少。在许多树种的树皮内含有大量的鞣质（单宁）和脂肪性物质；而在材部中，除了几种特殊树种以外，几乎不含有脂肪性物质。此外，树皮中的果胶质含量也比较高，比在木材中要多得多。因此，根据树皮的组成来看，显然不适宜作为制浆造纸的原料。它的主要用途是提炼制造鞣质、制造绝缘材料，以及用作燃料等。但是有几种树皮例外，它们是优质的造纸原料。 5、为什么从纤维形态的角度看，针叶木要优于阔叶木？

针叶木的生物结构比较简单，主要由管胞组成。管胞占木质部细胞总容积的90～95%。而管胞属于优良的造纸纤维。而阔叶木是由导管、木纤维、木射线薄壁细胞与木薄壁细胞等组成的。主要是木纤维与导管，也有木射线与薄壁组织。阔叶木中对造纸有用的纤维状细胞（木纤维）的数量（占木材体积的50%以上）显然比针叶木中的管胞少得多，而非纤维状细胞却比针叶木多。所以从纤维形态的角度看，针叶木优于阔叶木。

纤化试卷B

信息来源：湖北工业大学植物纤维化学

试卷B答案

一、 名词解释（每题3分） 1、α—纤维素

用17.5%NaOH（或24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或者漂白化学浆45分钟，非纤维素的碳水化合物大部分被溶出，留下的纤维素与抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α—纤维素或者化学浆的α—纤维素。 2、木素

由苯基丙烷结构单元通过碳—碳键和醚键连接而成的具有三度空间结构的高分子聚合物。 3、水化纤维素

用1）以浓碱液（11—15%NaOH）作用于纤维素而生成碱纤维素，再用水将其分解为纤维素。这样生成的纤维素Ⅱ，一般称为丝光化纤维素。2）将纤维素溶解后再从溶液中沉淀出来。3）将纤维素酯化后，再皂化成纤维素。4）将纤维素磨碎后并以热水处理。用上述方法将纤维素Ⅰ转化为纤维素Ⅱ，因它的吸湿性较前者为高，所以称为水化纤维素。干燥的水化纤维素与天然纤维素，结晶结构虽然不同，但却有同样的化学组成，并不含水。 4、氢键

实质上是一种缔合作用。它是当氢原子以它的主价链与一个负电性很强的原子相结合以后，再以副价链与另一个负电性很强的原子相联接所形成的键。其键能随着形成氢键的原子之间的距离而异。并且距离越远，键能越大。但不能超过3?。氢键的力量超过范德华力2—3倍。 5、润胀度

纤维在润胀时，直径增大的百分率。 6、积分吸着热

一克干纤维完全润湿时所放出的热量。

二、选择题（每题2分）

1、造纸植物原料中的木素含量，在大多数情况下是 B 。

A、阔叶木 ＞ 针叶木B、针叶木 ＞ 阔叶木C、禾本科植物 ＞ 针叶木D、三者相当 2、草类原料中灰分的主要成分是 C 。 A、CaO B、K2O C、SiO2 D、Na2O 3、磨木木素制备所采用的磨料介质是 B 。 A、甲醇B、甲苯C、乙醚D、苯甲醚

4、在酸性亚硫酸盐制浆条件下，主要的单糖在废液中一般首先出现的是 A 。 A、阿拉伯糖B、木糖C、半乳糖D、甘露糖

5、 D 是木素大分子结构中的主要醚键形式。

A、 α—烷基醚键B、α—芳基醚键C、二烷基醚键D、β—芳基醚键 6、用碱处理而得到的再生纤维素的结晶形态为 B 的结晶结构。 A、纤维素Ⅰ B、纤维素Ⅱ C、纤维素Ⅲ D、纤维素Ⅳ 三、填空题（每题2分）

1、纤维素的碱性降解是指（ 碱性水解 ）和（ 剥皮反应 ）。 2、水分子可以进入到纤维素的（ 无定形区 ）。 3、酸法草浆得率（ 低 ），而碱法草浆得率（ 高 ）。

4、纤维素在水溶液中表面带负电的原因是（纤维素本身含糖醛酸基、极性羟基等基团）。 5、研究半纤维素结构的高碘酸盐氧化法的特性反应是可以裂开（ α、β乙二醇基 ）。 6、作为特征性的结构区别，针叶木有（ 树脂道 ），而阔叶木有（ 导管 ）。

7、针叶木含非纤维细胞最少，只有（ 1.5% ），阔叶木次之，竹子类接近（ 20～30% ），其他草类原料一般在（ 40～60%之间 ）。

8、纸张是由植物纤维交织而成的，因此纸张的强度决定于（ 纤维本身的强度 ）和（ 纤维之间的结合强度 ）。

9、当聚合物的分子分散性大时，其聚合度分布曲线的波峰（ 较低、较宽 ）。 10、木素愈疮木基的化学结构是式（ ）；对羟苯基的化学结构式是（ ）。

四、判断、说明题（对者打“√”，错者打“×”。无论对或错，都需要说明。判断1分，说明2分。） 1、半纤维素的溶解度比纤维素低。（ × ） 说明：

半纤维素是由多种复合聚糖构成，大多数具有枝链，这就决定了：相当一部分半纤维素是水溶性的；大部分半纤维素是碱溶性的（难溶于水）；只有少部分半纤维素既难溶于水也难溶于碱。而纤维素分子具有大量羟基，会形成牢固的分子间的氢键，因而使纤维素溶解困难，不容易找到能够很好分散和溶解纤维素的良好溶剂。所以，纤维素在普通溶剂中并不溶解。

2、纤维素的吸着水量随无定形区百分率的增加而减少。（ × ） 说明：

水有一定的极性，所以能进到无定形区，发生结晶区之间的润胀。纤维素的吸着水只能进入无定形区而不能进入结晶区，并且与无定形区中的羟基形成氢键结合。吸着水量随无定形区百分率的增加而增加。 3、在无限润胀过程中，纤维素原来的X—射线图逐渐消失但并不出现新的X—射线图。（ √ ） 说明：

无限润胀时润胀剂可以进入到纤维素的无定形区和结晶区发生润胀，但并不形成新的润胀化合物。因此，对于进入无定形区和结晶区的润胀剂的量并无限制。所以，在润胀过程中，纤维素原来的X—射线图逐渐消失但并不出现新的X—射线图。

4、在同一相对湿度下，纤维素吸附时的吸着水量低于解吸时的吸着水量。 （ √ ） 说明：

干燥的纤维素的吸附是发生在无定形区氢键被破坏的过程中，但遭到内部应力的抵抗，虽然打开了一部分氢键，但是也仍然保持了一部分氢键，因而新游离出来的羟基（也就是吸着中心）相对较少。

而解吸是已经润湿了的纤维素脱水发生收缩。在解吸脱水过程中，无定形区的羟基部分地重新形成氢键，但遭到纤维素凝胶结构的内部阻力的抵抗，被吸着的水不容易挥发。所以氢键不是可逆地关闭到原来的状态。故重新生成的氢键也比较少。也即是吸着中心比较多。因此，吸着水量相应较多，就产生了滞后现象。 5、终止反应不能完全抑制剥皮反应。（ √ ） 说明：

因为V剥>>V稳。 五、 问答题（每题7分）

1、纤维素、半纤维素和木素在细胞壁中的物理形态是怎样的？

纤维素以微细纤维的形态存在于细胞壁中，有较高的结晶度，使植物具有较高的强度，称为骨架物质；半纤维素是无定形物质，分布在微细纤维之间或者结晶不完善的微细纤维之中，称为填充物质；木素一般认为是无定形物质，包围在微细纤维、毫微细纤维等之间，是在纤维与纤维之间形成胞间层的主要物质，称为结壳物质。

2、无论是针叶木还是阔叶木，对制浆造纸而言，为什么树枝不如树干好？

树木的树干与树枝的化学组成差异很大。无论是针叶木还是阔叶木，树枝与树干相比，它的纤维素含量都比较少，木素比较多，聚戊糖比较多，聚甘露糖比较少，热水抽出物比较多。所以不是优良的造纸用材。 3、如果采用棉秆皮做造纸原料，为什么要先经过脱胶？

因为棉秆皮中的果胶质含量比较高。如果采用棉秆皮作造纸原料，就要先经过脱胶，否则在制浆的时候不仅要消耗大量化学药品，增加成本，而且由于果胶质多而产生大量泡沫，会使浆料的洗涤困难。 4、对同一种木材，晚材率的大小对制浆造纸有何影响？

晚材率是指树木年轮中晚材的宽度与年轮总宽度之比的百分率。晚材率的大小对制浆造纸有相当大的影响。因为早材是由细胞壁比较薄的细胞组成，所以早材纤维具有弹性和柔韧性，容易打浆，能够制造出抗张强度和耐破强度高的纸张；而晚材纤维壁厚，形成管状，纤维又挺又硬，不容易打浆，抄成的纸除了撕裂度比较高以外，其他指标都不如早材纤维。因此，就同一种木材而言，晚材率低的要优于晚材率高的。 5、Klason木素如何制备？

用72%浓度的硫酸在20℃处理抽提过的木粉2小时，再稀释成3%浓度，煮沸4小时，把聚糖水解成单糖后移出，剩下的余渣测定它的重量并计算为绝干木材的百分数，即得到该原料的Klason木素含量。 目前国际上普遍仍然以测定“克拉森木素”作为木素定量分析的标准方法。我国目前分析植物纤维原料以及未漂浆木素含量的国家标准方法也采用这种方法。

而解吸是已经润湿了的纤维素脱水发生收缩。在解吸脱水过程中，无定形区的羟基部分地重新形成氢键，但遭到纤维素凝胶结构的内部阻力的抵抗，被吸着的水不容易挥发。所以氢键不是可逆地关闭到原来的状态。故重新生成的氢键也比较少。也即是吸着中心比较多。因此，吸着水量相应较多，就产生了滞后现象。 5、终止反应不能完全抑制剥皮反应。（ √ ） 说明：

因为V剥>>V稳。 五、 问答题（每题7分）

1、纤维素、半纤维素和木素在细胞壁中的物理形态是怎样的？

纤维素以微细纤维的形态存在于细胞壁中，有较高的结晶度，使植物具有较高的强度，称为骨架物质；半纤维素是无定形物质，分布在微细纤维之间或者结晶不完善的微细纤维之中，称为填充物质；木素一般认为是无定形物质，包围在微细纤维、毫微细纤维等之间，是在纤维与纤维之间形成胞间层的主要物质，称为结壳物质。

2、无论是针叶木还是阔叶木，对制浆造纸而言，为什么树枝不如树干好？

树木的树干与树枝的化学组成差异很大。无论是针叶木还是阔叶木，树枝与树干相比，它的纤维素含量都比较少，木素比较多，聚戊糖比较多，聚甘露糖比较少，热水抽出物比较多。所以不是优良的造纸用材。 3、如果采用棉秆皮做造纸原料，为什么要先经过脱胶？

因为棉秆皮中的果胶质含量比较高。如果采用棉秆皮作造纸原料，就要先经过脱胶，否则在制浆的时候不仅要消耗大量化学药品，增加成本，而且由于果胶质多而产生大量泡沫，会使浆料的洗涤困难。 4、对同一种木材，晚材率的大小对制浆造纸有何影响？

晚材率是指树木年轮中晚材的宽度与年轮总宽度之比的百分率。晚材率的大小对制浆造纸有相当大的影响。因为早材是由细胞壁比较薄的细胞组成，所以早材纤维具有弹性和柔韧性，容易打浆，能够制造出抗张强度和耐破强度高的纸张；而晚材纤维壁厚，形成管状，纤维又挺又硬，不容易打浆，抄成的纸除了撕裂度比较高以外，其他指标都不如早材纤维。因此，就同一种木材而言，晚材率低的要优于晚材率高的。 5、Klason木素如何制备？

用72%浓度的硫酸在20℃处理抽提过的木粉2小时，再稀释成3%浓度，煮沸4小时，把聚糖水解成单糖后移出，剩下的余渣测定它的重量并计算为绝干木材的百分数，即得到该原料的Klason木素含量。 目前国际上普遍仍然以测定“克拉森木素”作为木素定量分析的标准方法。我国目前分析植物纤维原料以及未漂浆木素含量的国家标准方法也采用这种方法。

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