2022年高中化学 第五章 第三节 功能高分子材料

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1、2022年高中化学 第五章 第三节 功能高分子材料学习目标定位1.知道功能高分子材料的分类，能举例说明其在生产、生活中的应用。2.知道复合材料的组成特点，能举例说明常见复合材料的应用。1耐纶是一种重要的合成纤维，用它可制取具有光泽、耐拉和耐化学腐蚀的人造丝和人造毛，下面是高聚物耐纶分子中的重要结构单元片段请据此回答：(1)合成耐纶的单体有2种；(2)具有碱性的单体的结构简式为H2N(CH2)6NH2；(3)合成耐纶的反应称为缩聚反应。2三大合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶，下列物质分属哪类材料，写出其单体结构简式。探究点一功能高分子材料1功能高分子材料及分类功能高分子材料：指既有传统高分子

2、材料的机械性能，也有某些特殊功能的高分子材料。部分功能高分子的品种和分类如下：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结构的高分子材料，还包括在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能。3高吸水性树脂的合成方法(1)对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力。例如，将淀粉与丙烯酸钠在引发剂作用下共聚，生成以淀粉为主链的接枝共聚物，同时与交联剂反应，生成具有网状结构的淀粉聚丙烯酸钠接枝共聚物高吸水性树脂。(2)以带有强亲水性原子团的化合物，如丙烯酸CH

3、2=CHCOOH等为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水性高聚物。例如，丙烯酸单体用NaOH中和得到丙烯酸钠，加入少量交联剂，再在引发剂作用下发生聚合，得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。这两种方法有一个共同点，要在反应中加入少量含两个双键的二烯化合物作为交联剂，让线型结构变为网状结构。归纳总结新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的区别与联系新型有机高分子材料与传统的三大合成材料在本质上并没有区别，它们只是相对而言。从组成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素组成；从合成反应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，也就是分两种结构：线型结构、体型结构。它们的重要区别在于功能与性能上，

4、与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。 活学活用1高分子材料发展的主要趋势是高性能化、功能化、复合化、精细化和智能化，下列材料不属于功能高分子材料的是()A用于生产光盘等产品的光敏高分子材料B用于制造CPU芯片的良好半导体材料单晶硅C能用于生产“尿不湿”的高吸水性树脂D能导电的掺杂聚乙炔答案B解析B项中半导体材料单晶硅，属于传统的无机非金属材料。A项中光敏高分子材料、C项中高吸水性树脂、D项中导电高分子材料均属于功能高分子材料。2功能高分子是一类以基本合成材料为原料、在其中添加一些特殊的物质或经过特殊的处理后具有特殊功能的高分子材

5、料。下列物质中不属于功能高分子的是()A高分子分离膜 B隐形眼镜C人造丝 D人造骨骼答案C解析人造丝为合成高分子化合物，属于传统合成材料。高分子分离膜、隐形眼镜以及人造骨骼均为功能高分子材料。探究点二复合材料及有机高分子材料的发展趋势1复合材料：是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种材料作为基体，如酚醛树脂、环氧树脂等。另外一种材料作为增强体，如玻璃纤维、碳纤维等。2复合材料的性能：具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料。如复合材料玻璃钢产品。3有机高分子材料的发展趋势(1)对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用

6、范围不断扩大。如新型导电和电磁屏蔽材料。(2)与人类自身密切相关、具有特殊功能材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展。如仿生高分子材料、高分子智能材料等。归纳总结功能高分子材料与复合材料的区别材料名称功能高分子材料复合材料概念既具有传统高分子材料的机械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料两种或两种以上材料组成的新型材料，分为基体和增强剂性能不同的功能高分子材料，具有不同的特征性质一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能应用用于制作高分子分离膜、人体器官等用于汽车工业、机械工业、体育用品、航空航天、人类健康等活学活用3下列说法中错误的是()A玻璃钢是以玻璃纤维为增强材料、合成树脂为

7、基体的复合材料B飞机机身的复合材料大多是以金属为增强材料、纤维为基体的复合材料C制造网球拍用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维作增强体D航天飞机机身使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的答案B解析飞机机身的复合材料大多是以纤维为增强材料，金属为基体的复合材料，B项中将基体与增强体颠倒了。4神舟八号的返回舱外形看起来像一口大钟，大约3吨多重，是世界上现有的最大的返回舱。为了防止飞船与大气层摩擦产生高温而燃烧，应该选择某种特殊材料覆盖在飞船表面，这种材料应该具有的性质是()A良好的导电性B密度较大，以增大飞船的惯性C轻质防热，可承受上千摄氏度的高温D质地柔软，以利于飞船的变形答

8、案C解析为了防止飞船在升空和着陆时因摩擦产生高温而燃烧，覆盖在飞船表面的物质应该具有隔热的特点，能耐高温，另外还应质轻，以减小飞船升空时的能量损耗。1某教科书插图中描绘的是一只小猫若无其事地站在烈火烘烤的高分子材料上面，则推测该高分子材料一定具有良好的()A绝热性 B导电性C绝缘性 D导热性答案A2下列材料中高分子膜生物高分子材料隐身材料液晶高分子材料光敏高分子材料智能高分子材料。属于功能高分子材料的是()A只有 B只有C只有 D答案D解析既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料属于功能高分子材料，所以本题应该选D。3下列说法中，不正确的是()A探求某种新型高分子材料，需要研

9、究分子结构与功能之间的关系B新科技革命的三大支柱产业为能源、信息工程和材料C带有强亲水性原子团的化合物共聚可以得到强亲水性高聚物D具有网状结构的高聚物具有强吸水性答案D解析具有强亲水性的原子团作支链，同时与交联剂反应，生成具有网状结构的聚合物才具有强吸水性。4高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，下列应用不属于高分子分离膜的应用范围的是()A分离工业废水，回收废液中的有用成分B食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒C将化学能转换成电能，将热能转换成电能D海水淡化答案C解析高分子分离膜的特点是能够让某些物质有选择地通过，而把另外的物质分离掉。应用范围：生活污水、工业废水等废水处

10、理及回收废液中的有用成分；海水和苦咸水的淡化；浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等。5下列材料属于新型有机高分子材料的是()A合成橡胶 B高分子分离膜C黏合剂 D涂料答案B解析合成橡胶、黏合剂、涂料是传统高分子材料。6碳纤维强化塑料是一种新型的高强度复合材料，其强度比钢铁材料大，而密度比铝小。制取碳纤维材料的一种方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体氛围中进行高温处理而获得，这种碳纤维的结构可表示如下：(1)构成这种碳纤维的元素是_，其原子个数比为_。(2)这种碳纤维能否导电？请说明理由：_。答案(1)C、H、N311(2)能导电，因为碳纤维中的氮原子还有未成键的电子，在外加电压作用下，可定向移动而导电解

11、析基础过关一、功能高分子材料的性能1下列有关功能高分子材料用途的叙述中，不正确的是()A高吸水性树脂可用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠B离子交换树脂主要用于分离和提纯物质C医用高分子材料可用于制造医用器械和人造器官D聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水淡化答案D解析聚乙炔膜属于导电高分子材料，主要用于制造电子元件。2在某些塑料(如聚乙炔等)中加入强氧化剂或还原剂后，它们的导电性能大大提高，因为这些塑料具有金属的一般特性，所以人们称之为“人造金属”，下列对“人造金属”的说法正确的是()A“人造金属”和普通金属的制取方法不同，但原料相同B强氧化剂或还原剂是制取“人造金属”的重要材料C“人造金属

12、”能够导电传热，所以有金属光泽D“人造金属”具有金属的一般特性，所以它们属于金属答案B解析“人造金属”与普通金属的制取方法和原料均不相同。此外，“人造金属”尽管有金属的一般特性，但它属于高分子化合物中的塑料。二、功能高分子材料的结构3婴儿用的一次性纸尿片中有一层能吸水、保水的物质。下列高分子有可能被采用的是()答案B解析纸尿片应该具有吸水性和保水性，因此，必须含有强亲水性原子团，B中分子中的COONa原子团符合要求。4诺贝尔奖获得者美国物理学家A.J.Heeger和化学家A.G.MacDiarmid和日本化学家Shirakawa的研究方向是高分子导电聚合物，典型的代表物是聚乙炔，在聚乙炔中由于

13、具有碳碳双键和碳碳单键交替出现的特殊结构，使电子的流动性很大。(1)写出生成聚乙炔的化学方程式：_。(2)当向聚乙炔中加入某种单质时，在聚乙炔材料中会出现“空穴”，并会像半导体一样在电场作用下导电，所加物质应是_(填字母序号)。ACu BNa CI2 DSiO2答案(1) (2)C解析(1)聚乙炔中具有和交替出现的结构，乙炔在加聚时应断裂中的1个键。(2)题中因加入单质出现“空穴”，像半导体一样在电场作用下能够导电，暗示加入物质可与发生加成反应造成双键的空穴。Cu、Na为金属，SiO2为化合物均不会与其发生加成反应。三、复合材料5下列关于复合材料的说法正确的是()A将不同性质的材料经简单混合便

14、得到复合材料B合金就是复合材料C复合材料中的各部分作用相同D复合材料是两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的答案D解析复合材料是两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的，不同于一般混合物和合金，它不是简单的混合。复合材料各部分作用是不同的，基体起连接作用，增强材料起骨架作用。6新型有机高分子材料在日常生活、工农业生产和尖端科技领域中发挥着越来越重要的作用。下列有关高分子材料的叙述中不正确的是()A在通用高分子材料基础上改进的导电塑料属于新型高分子材料B利用高分子分离膜可以进行海水淡化或污水净化C导弹技术中利用复合材料的耐腐蚀性能提高导弹的射程D医用高分子材料的发展可以使人类能够制

15、造各种人工器官答案C解析根据物理学知识，导弹的射程与其本身的质量有关，因此提高导弹的射程是利用复合材料质量轻的性质。7聚乙炔导电聚合物的合成使高分子材料进入“合成金属”和塑料电子学时代，当聚乙炔分子带上药物、氨基酸、糖基等分子片后，就具有一定的生物活性。以下是我国化学家近年来合成的一些聚乙炔衍生物分子的结构简式：(Me指甲基)下列关于上述高分子的说法不正确的是()AA和B均能在一定条件下水解，且水解形成相同的高分子BA中药物小分子羧酸的分子式为C16H18O4CB中氨基酸是一种氨基酸DA和B各1 mol与热碱液反应，均最多消耗2n mol NaOH答案B解析高分子A中含有酯基官能团，高分子B中

16、含有肽键和羧基，在酸性条件下水解后生成相同的高分子，在碱性条件下水解生成其对应的盐，同时选项D也正确。对于选项B，高分子A水解后得三种产物，分别是有机高分子、乙二醇和一种芳香羧酸，其分子式应为C14H14O3；C中氨基酸的结构简式表示为，属于氨基酸。8有一种广泛用于汽车、家电产品上的高分子涂料，是按下列流程图生产的。图中M(C3H4O)和A都可以发生银镜反应。N和M的分子中碳原子数目相等，A的烃基上一氯取代位置有三种。试写出：(1)物质的结构简式：A_，M_。物质A的同类别的同分异构体为_。(2)反应类型：X_，Y_。(3)写出下列反应的化学方程式：NBD：_；D高分子涂料：_。答案(1)CH

17、3CH2CH2CHOCH2=CHCHO(2)加成反应加聚反应(3)CH2=CHCOOHCH3CH2CH2CH2OHCH2=CHCOOCH2CH2CH2CH3H2OnCH2=CHCOOCH2CH2CH2CH3能力提升9食品安全关系国计民生，影响食品安全的因素很多。下面是以食品为主题的相关问题，请根据要求回答。聚偏二氯乙烯()具有超强阻隔性能，可作为保鲜食品的包装材料。它是由_(写结构简式)单体发生加聚反应生成的。若以乙炔为原料，通过加成反应生成1,1,2三氯乙烷，再和氢氧化钠醇溶液反应可合成这种单体，则在上述加成反应中宜选择的加成试剂是_(填字母)。AHCl BCl2CHClO DNaCl答案C

18、Cl2=CH2AB10聚甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式为它是制作软质隐形眼镜的材料。(1)写出下列有关反应的化学方程式：由甲基丙烯酸羟乙酯制备聚甲基丙烯酸羟乙酯_；由甲基丙烯酸制备甲基丙烯酸羟乙酯_；由乙烯制备乙二醇_。(2)请从它的结构上分析其作为隐形眼镜的材料的原因：_。答案(1)nCH2=C(CH3)COOCH2CH2OHCH2=C(CH3)COOHHOCH2CH2OHCH2=C(CH3)COOCH2CH2OHH2OCH2=CH2Br2CH2BrCH2Br、CH2BrCH2Br2NaOHHOCH2CH2OH2NaBr(2)由于高分子聚合物中支链大，高分子之间间距就大，所以有良好的透气性，而且

19、分子中有许多羟基，具有良好的亲水性11感光性高分子也称为“光敏性高分子”，是一种在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子材料，其结构简式为试回答下列问题：(1)已知它是由两种单体经酯化后聚合而成的，试推断这两种单体的结构简式_、_；(2)写出在(1)中由两种单体生成高聚物的化学反应方程式：_；(3)对此高聚物的性质判断不正确的是_。A在酸性条件下可以发生水解B此高聚物不能使溴水褪色C此高聚物可以使高锰酸钾酸性溶液褪色D此高聚物可与溴水发生取代反应E此高聚物水解后可得到另一种高聚物答案(1)CH2CHOH(3)BD12化合物C和E都是医用功能高分子材料，且有相同的元素百分组成，均可

20、由化合物A(C4H8O3)制得，如图所示，B和D互为同分异构体。(1)试写出化学方程式：AD：_；BC：_。(2)反应类型：AB_；BC_；AE_。(3)E的结构简式：_。(4)A的同分异构体(同类别且有支链)的结构简式：_及_。解析由题目给定条件“A分子式为C4H8O3，具有酸性”知A分子中应有一个COOH，且除“”外再无双键。又A可以发生消去反应生成B，也可以脱去一分子H2O形成五元环状化合物，则A的结构简式为拓展探究13近年来，乳酸成为人们的研究热点之一。乳酸可以用化学方法合成，也可以由淀粉通过生物发酵法制备。利用乳酸聚合而成的高分子材料具有生物相容性，而且在哺乳动物体内或自然环境中，都

21、可以最终降解成为二氧化碳和水。乳酸还有其他用途。(1)乳酸可以与精制铁粉制备一种药物，反应方程式为2CH3CH(OH)COOHFeCH3CH(OH)COO2FeH2在该反应中，氧化剂是_，还原剂是_，产物乳酸亚铁可以治疗的疾病是_。(2)用乳酸聚合的纤维材料非常适合于做手术缝合线，尤其是在做人体内部器官的手术时使用。试分析其中的原因_。(3)利用乳酸合成高分子材料，对于环境有什么重要的意义？试从生物学物质循环的角度解释：_。答案(1)乳酸或CH3CH(OH)COOH铁(或Fe)缺铁性贫血(2)聚乳酸本身对人体无毒，在体内可以水解成乳酸，最后降解成二氧化碳和水，通过人体的呼吸和排泄系统而被自动排出体外，故不需要二次开刀拆线，使其作为人体内部器官的手术缝合线具有独一无二的优越性(3)淀粉通过植物的光合作用由二氧化碳和水合成，再经微生物发酵生成乳酸。因乳酸的生成来自天然，用乳酸合成的高分子材料又可以最终降解成为二氧化碳和水，回归自然，故利用乳酸合成高分子材料，利于环保解析本题是化学与生物的综合，要充分利用题给信息，结合学过的知识进行思考，问题会迎刃而解。