2019-2020年高中化學 第五章 第三節(jié) 功能高分子材料.doc

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2019-2020年高中化學 第五章 第三節(jié) 功能高分子材料 [學習目標定位]　1.知道功能高分子材料的分類，能舉例說明其在生產、生活中的應用。2.知道復合材料的組成特點，能舉例說明常見復合材料的應用。 1．耐綸是一種重要的合成纖維，用它可制取具有光澤、耐拉和耐化學腐蝕的人造絲和人造毛，下面是高聚物耐綸分子中的重要結構單元片段 請據(jù)此回答： (1)合成耐綸的單體有2種； (2)具有堿性的單體的結構簡式為H2N(CH2)6NH2； (3)合成耐綸的反應稱為縮聚反應。 2．三大合成材料是指塑料、合成纖維、合成橡膠，下列物質分屬哪類材料，寫出其單體結構簡式。 探究點一　功能高分子材料 1．功能高分子材料及分類 功能高分子材料：指既有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能，也有某些特殊功能的高分子材料。 部分功能高分子的品種和分類如下： 2．新型功能高分子材料 新型功能高分子材料包括具有新型骨架結構的高分子材料，還包括在合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能原子團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學、生物、醫(yī)學等方面的特殊功能。 3．高吸水性樹脂的合成方法 (1)對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，在它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。例如，將淀粉與丙烯酸鈉在引發(fā)劑作用下共聚，生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物，同時與交聯(lián)劑反應，生成具有網(wǎng)狀結構的淀粉——聚丙烯酸鈉接枝共聚物高吸水性樹脂。 (2)以帶有強親水性原子團的化合物，如丙烯酸CH2===CH—COOH等為單體，均聚或兩種單體共聚得到親水性高聚物。例如，丙烯酸單體用NaOH中和得到丙烯酸鈉，加入少量交聯(lián)劑，再在引發(fā)劑作用下發(fā)生聚合，得到具有網(wǎng)狀結構的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。 這兩種方法有一個共同點，要在反應中加入少量含兩個雙鍵的二烯化合物作為交聯(lián)劑，讓線型結構變?yōu)榫W(wǎng)狀結構。 [歸納總結] 新型有機高分子材料與傳統(tǒng)的三大合成材料的區(qū)別與聯(lián)系 新型有機高分子材料與傳統(tǒng)的三大合成材料在本質上并沒有區(qū)別，它們只是相對而言。從組成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素組成；從合成反應看，都是由單體經加聚或縮聚反應形成；從結構看，也就是分兩種結構：線型結構、體型結構。它們的重要區(qū)別在于功能與性能上，與傳統(tǒng)材料相比，新型有機高分子材料的性能更優(yōu)異，往往具備傳統(tǒng)材料所沒有的特殊性能，可用于許多特殊領域。 [活學活用] 1．高分子材料發(fā)展的主要趨勢是高性能化、功能化、復合化、精細化和智能化，下列材料不屬于功能高分子材料的是(　　) A．用于生產光盤等產品的光敏高分子材料 B．用于制造CPU芯片的良好半導體材料單晶硅 C．能用于生產“尿不濕”的高吸水性樹脂 D．能導電的摻雜聚乙炔 答案　B 解析　B項中半導體材料單晶硅，屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。A項中光敏高分子材料、C項中高吸水性樹脂、D項中導電高分子材料均屬于功能高分子材料。 2．功能高分子是一類以基本合成材料為原料、在其中添加一些特殊的物質或經過特殊的處理后具有特殊功能的高分子材料。下列物質中不屬于功能高分子的是(　　) A．高分子分離膜 B．隱形眼鏡 C．人造絲 D．人造骨骼 答案　C 解析　人造絲為合成高分子化合物，屬于傳統(tǒng)合成材料。高分子分離膜、隱形眼鏡以及人造骨骼均為功能高分子材料。 探究點二　復合材料及有機高分子材料的發(fā)展趨勢 1．復合材料：是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料。其中一種材料作為基體，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外一種材料作為增強體，如玻璃纖維、碳纖維等。 2．復合材料的性能：具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合性能上超過了單一材料。 如復合材料——玻璃鋼產品。 3．有機高分子材料的發(fā)展趨勢 (1)對重要的通用有機高分子材料繼續(xù)進行改進和推廣，使它們的性能不斷提高，應用范圍不斷擴大。如新型導電和電磁屏蔽材料。 (2)與人類自身密切相關、具有特殊功能材料的研究也在不斷加強，并且取得了一定的進展。如仿生高分子材料、高分子智能材料等。 [歸納總結] 功能高分子材料與復合材料的區(qū)別 材料名稱 功能高分子材料 復合材料 概念 既具有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料 兩種或兩種以上材料組成的新型材料，分為基體和增強劑 性能 不同的功能高分子材料，具有不同的特征性質 一般具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能 應用 用于制作高分子分離膜、人體器官等 用于汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品、航空航天、人類健康等 [活學活用] 3．下列說法中錯誤的是(　　) A．玻璃鋼是以玻璃纖維為增強材料、合成樹脂為基體的復合材料 B．飛機機身的復合材料大多是以金屬為增強材料、纖維為基體的復合材料 C．制造網(wǎng)球拍用的復合材料是在合成樹脂的基體中加入了碳纖維作增強體 D．航天飛機機身使用的隔熱陶瓷瓦是由纖維和陶瓷復合而成的材料制成的 答案　B 解析　飛機機身的復合材料大多是以纖維為增強材料，金屬為基體的復合材料，B項中將基體與增強體顛倒了。 4．神舟八號的返回艙外形看起來像一口大鐘，大約3噸多重，是世界上現(xiàn)有的最大的返回艙。為了防止飛船與大氣層摩擦產生高溫而燃燒，應該選擇某種特殊材料覆蓋在飛船表面，這種材料應該具有的性質是(　　) A．良好的導電性 B．密度較大，以增大飛船的慣性 C．輕質防熱，可承受上千攝氏度的高溫 D．質地柔軟，以利于飛船的變形 答案　C 解析　為了防止飛船在升空和著陸時因摩擦產生高溫而燃燒，覆蓋在飛船表面的物質應該具有隔熱的特點，能耐高溫，另外還應質輕，以減小飛船升空時的能量損耗。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．某教科書插圖中描繪的是一只小貓若無其事地站在烈火烘烤的高分子材料上面，則推測該高分子材料一定具有良好的(　　) A．絕熱性 B．導電性 C．絕緣性 D．導熱性 答案　A 2．下列材料中①高分子膜　②生物高分子材料?、垭[身材料?、芤壕Ц叻肿硬牧稀、莨饷舾叻肿硬牧稀、拗悄芨叻肿硬牧?。屬于功能高分子材料的是(　　) A．只有①②⑤ B．只有②④⑤⑥ C．只有③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 答案　D 解析　既有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能，又有某些特殊功能的高分子材料屬于功能高分子材料，所以本題應該選D。 3．下列說法中，不正確的是(　　) A．探求某種新型高分子材料，需要研究分子結構與功能之間的關系 B．新科技革命的三大支柱產業(yè)為能源、信息工程和材料 C．帶有強親水性原子團的化合物共聚可以得到強親水性高聚物 D．具有網(wǎng)狀結構的高聚物具有強吸水性 答案　D 解析　具有強親水性的原子團作支鏈，同時與交聯(lián)劑反應，生成具有網(wǎng)狀結構的聚合物才具有強吸水性。 4．高分子分離膜可以讓某些物質有選擇地通過而將物質分離，下列應用不屬于高分子分離膜的應用范圍的是(　　) A．分離工業(yè)廢水，回收廢液中的有用成分 B．食品工業(yè)中，濃縮天然果汁、乳制品加工和釀酒 C．將化學能轉換成電能，將熱能轉換成電能 D．海水淡化 答案　C 解析　高分子分離膜的特點是能夠讓某些物質有選擇地通過，而把另外的物質分離掉。應用范圍：①生活污水、工業(yè)廢水等廢水處理及回收廢液中的有用成分；②海水和苦咸水的淡化；③濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒等。 5．下列材料屬于新型有機高分子材料的是(　　) A．合成橡膠 B．高分子分離膜 C．黏合劑 D．涂料 答案　B 解析　合成橡膠、黏合劑、涂料是傳統(tǒng)高分子材料。 6．碳纖維強化塑料是一種新型的高強度復合材料，其強度比鋼鐵材料大，而密度比鋁小。制取碳纖維材料的一種方法是將聚丙烯腈纖維在稀有氣體氛圍中進行高溫處理而獲得，這種碳纖維的結構可表示如下： (1)構成這種碳纖維的元素是____________，其原子個數(shù)比為__________。 (2)這種碳纖維能否導電？請說明理由：____________________________________。 答案　(1)C、H、N　3∶1∶1 (2)能導電，因為碳纖維中的氮原子還有未成鍵的電子，在外加電壓作用下，可定向移動而導電 解析　 [基礎過關] 一、功能高分子材料的性能 1．下列有關功能高分子材料用途的敘述中，不正確的是(　　) A．高吸水性樹脂可用于干旱地區(qū)抗旱保水、改良土壤、改造沙漠 B．離子交換樹脂主要用于分離和提純物質 C．醫(yī)用高分子材料可用于制造醫(yī)用器械和人造器官 D．聚乙炔膜可用于分離工業(yè)廢水和海水淡化 答案　D 解析　聚乙炔膜屬于導電高分子材料，主要用于制造電子元件。 2．在某些塑料(如聚乙炔等)中加入強氧化劑或還原劑后，它們的導電性能大大提高，因為這些塑料具有金屬的一般特性，所以人們稱之為“人造金屬”，下列對“人造金屬”的說法正確的是(　　) A．“人造金屬”和普通金屬的制取方法不同，但原料相同 B．強氧化劑或還原劑是制取“人造金屬”的重要材料 C．“人造金屬”能夠導電傳熱，所以有金屬光澤 D．“人造金屬”具有金屬的一般特性，所以它們屬于金屬 答案　B 解析　“人造金屬”與普通金屬的制取方法和原料均不相同。此外，“人造金屬”盡管有金屬的一般特性，但它屬于高分子化合物中的塑料。 二、功能高分子材料的結構 3．嬰兒用的一次性紙尿片中有一層能吸水、保水的物質。 下列高分子有可能被采用的是(　　) 答案　B 解析　紙尿片應該具有吸水性和保水性，因此，必須含有強親水性原子團，B中分子中的—COONa原子團符合要求。 4．諾貝爾獎獲得者美國物理學家A.J.Heeger和化學家A.G.MacDiarmid和日本化學家Shirakawa的研究方向是高分子導電聚合物，典型的代表物是聚乙炔，在聚乙炔中由于具有碳碳雙鍵和碳碳單鍵交替出現(xiàn)的特殊結構，使電子的流動性很大。 (1)寫出生成聚乙炔的化學方程式：______________。 (2)當向聚乙炔中加入某種單質時，在聚乙炔材料中會出現(xiàn)“空穴”，并會像半導體一樣在電場作用下導電，所加物質應是__________(填字母序號)。 A．Cu B．Na C．I2 D．SiO2 答案　(1) (2)C 解析　(1)聚乙炔中具有和交替出現(xiàn)的結構，乙炔在加聚時應斷裂中的1個鍵。(2)題中因加入單質出現(xiàn)“空穴”，像半導體一樣在電場作用下能夠導電，暗示加入物質可與發(fā)生加成反應造成雙鍵的空穴。Cu、Na為金屬，SiO2為化合物均不會與其發(fā)生加成反應。 三、復合材料 5．下列關于復合材料的說法正確的是(　　) A．將不同性質的材料經簡單混合便得到復合材料 B．合金就是復合材料 C．復合材料中的各部分作用相同 D．復合材料是兩種或兩種以上不同性質的材料經特殊加工而制成的 答案　D 解析　復合材料是兩種或兩種以上不同性質的材料經特殊加工而制成的，不同于一般混合物和合金，它不是簡單的混合。復合材料各部分作用是不同的，基體起連接作用，增強材料起骨架作用。 6．新型有機高分子材料在日常生活、工農業(yè)生產和尖端科技領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。下列有關高分子材料的敘述中不正確的是(　　) A．在通用高分子材料基礎上改進的導電塑料屬于新型高分子材料 B．利用高分子分離膜可以進行海水淡化或污水凈化 C．導彈技術中利用復合材料的耐腐蝕性能提高導彈的射程 D．醫(yī)用高分子材料的發(fā)展可以使人類能夠制造各種人工器官 答案　C 解析　根據(jù)物理學知識，導彈的射程與其本身的質量有關，因此提高導彈的射程是利用復合材料質量輕的性質。 7．聚乙炔導電聚合物的合成使高分子材料進入“合成金屬”和塑料電子學時代，當聚乙炔分子帶上藥物、氨基酸、糖基等分子片后，就具有一定的生物活性。以下是我國化學家近年來合成的一些聚乙炔衍生物分子的結構簡式：(Me指甲基) 　 下列關于上述高分子的說法不正確的是(　　) A．A和B均能在一定條件下水解，且水解形成相同的高分子 B．A中藥物小分子羧酸的分子式為C16H18O4 C．B中氨基酸是一種α氨基酸 D．A和B各1 mol與熱堿液反應，均最多消耗2n mol NaOH 答案　B 解析　高分子A中含有酯基官能團，高分子B中含有肽鍵和羧基，在酸性條件下水解后生成相同的高分子，在堿性條件下水解生成其對應的鹽，同時選項D也正確。對于選項B，高分子A水解后得三種產物，分別是有機高分子、乙二醇和一種芳香羧酸，其分子式應為C14H14O3；C中氨基酸的結構簡式表示為，屬于α氨基酸。 8．有一種廣泛用于汽車、家電產品上的高分子涂料，是按下列流程圖生產的。圖中M(C3H4O)和A都可以發(fā)生銀鏡反應。N和M的分子中碳原子數(shù)目相等，A的烴基上一氯取代位置有三種。 試寫出： (1)物質的結構簡式：A________，M________。物質A的同類別的同分異構體為____________。 (2)反應類型：X______________，Y______________。 (3)寫出下列反應的化學方程式： ①N＋B―→D：______________________________________________________； ②D―→高分子涂料：______________________________________________。 答案　(1)CH3CH2CH2CHO　CH2===CHCHO (2)加成反應　加聚反應 (3)①CH2===CH—COOH＋CH3CH2CH2CH2OH CH2===CH—COOCH2CH2CH2CH3＋H2O ②nCH2===CH—COOCH2CH2CH2CH3 [能力提升] 9．食品安全關系國計民生，影響食品安全的因素很多。下面是以食品為主題的相關問題，請根據(jù)要求回答。 聚偏二氯乙烯()具有超強阻隔性能，可作為保鮮食品的包裝材料。它是由__________________(寫結構簡式)單體發(fā)生加聚反應生成的。若以乙炔為原料，通過加成反應生成1,1,2三氯乙烷，再和氫氧化鈉醇溶液反應可合成這種單體，則在上述加成反應中宜選擇的加成試劑是________(填字母)。 A．HCl B．Cl2 C．HClO D．NaCl 答案　CCl2===CH2　AB 10．聚甲基丙烯酸羥乙酯的結構簡式為 它是制作軟質隱形眼鏡的材料。 (1)寫出下列有關反應的化學方程式： ①由甲基丙烯酸羥乙酯制備聚甲基丙烯酸羥乙酯___________________； ②由甲基丙烯酸制備甲基丙烯酸羥乙酯__________________________________； ③由乙烯制備乙二醇______________________________________________。 (2)請從它的結構上分析其作為隱形眼鏡的材料的原因：___________________。 答案　(1)①nCH2===C(CH3)COOCH2CH2OH ②CH2===C(CH3)COOH＋HOCH2CH2OH CH2===C(CH3)COOCH2CH2OH＋H2O ③CH2===CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br、 CH2Br—CH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr (2)由于高分子聚合物中支鏈大，高分子之間間距就大，所以有良好的透氣性，而且分子中有許多羥基，具有良好的親水性 11．感光性高分子也稱為“光敏性高分子”，是一種在彩電熒光屏及大規(guī)模集成電路制造中應用較廣的新型高分子材料，其結構簡式為 試回答下列問題： (1)已知它是由兩種單體經酯化后聚合而成的，試推斷這兩種單體的結構簡式________________、________________； (2)寫出在(1)中由兩種單體生成高聚物的化學反應方程式：________________； (3)對此高聚物的性質判斷不正確的是_________________________________。 A．在酸性條件下可以發(fā)生水解 B．此高聚物不能使溴水褪色 C．此高聚物可以使高錳酸鉀酸性溶液褪色 D．此高聚物可與溴水發(fā)生取代反應 E．此高聚物水解后可得到另一種高聚物 答案　(1)CH2CHOH　 (3)BD 12．化合物C和E都是醫(yī)用功能高分子材料，且有相同的元素百分組成，均可由化合物A(C4H8O3)制得，如圖所示，B和D互為同分異構體。 (1)試寫出化學方程式： A→D：________________________________________________________________________； B→C：________________________________________________________________________。 (2)反應類型：A→B________________________________________________； B→C________________________________________________________________________； A→E________________________________________________________________________。 (3)E的結構簡式：_______________________________________________________。 (4)A的同分異構體(同類別且有支鏈)的結構簡式： ________________________及___________________________________。 解析　由題目給定條件“A分子式為C4H8O3，具有酸性”知A分子中應有一個—COOH，且除“”外再無雙鍵。又A可以發(fā)生消去反應生成B，也可以脫去一分子H2O形成五元環(huán)狀化合物，則A的結構簡式為 [拓展探究] 13．近年來，乳酸成為人們的研究熱點之一。乳酸可以用化學方法合成，也可以由淀粉通過生物發(fā)酵法制備。利用乳酸聚合而成的高分子材料具有生物相容性，而且在哺乳動物體內或自然環(huán)境中，都可以最終降解成為二氧化碳和水。乳酸還有其他用途。 (1)乳酸可以與精制鐵粉制備一種藥物，反應方程式為 2CH3CH(OH)COOH＋Fe―→[CH3CH(OH)COO]2Fe＋ H2↑ 在該反應中，氧化劑是__________，還原劑是________，產物乳酸亞鐵可以治療的疾病是________。 (2)用乳酸聚合的纖維材料非常適合于做手術縫合線，尤其是在做人體內部器官的手術時使用。試分析其中的原因________________________________________。 (3)利用乳酸合成高分子材料，對于環(huán)境有什么重要的意義？試從生物學物質循環(huán)的角度解釋：____________________________________________________________ __________________________________________________________________。 答案　(1)乳酸[或CH3CH(OH)COOH]　鐵(或Fe)　缺鐵性貧血　(2)聚乳酸本身對人體無毒，在體內可以水解成乳酸，最后降解成二氧化碳和水，通過人體的呼吸和排泄系統(tǒng)而被自動排出體外，故不需要二次開刀拆線，使其作為人體內部器官的手術縫合線具有獨一無二的優(yōu)越性 (3)淀粉通過植物的光合作用由二氧化碳和水合成，再經微生物發(fā)酵生成乳酸。因乳酸的生成來自天然，用乳酸合成的高分子材料又可以最終降解成為二氧化碳和水，回歸自然，故利用乳酸合成高分子材料，利于環(huán)保 解析　本題是化學與生物的綜合，要充分利用題給信息，結合學過的知識進行思考，問題會迎刃而解。