版高中化学选修五导学案第五章 进入合成有机高分子化合物的时代 第三节功能高分子材料 Word版含答案.docx

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版高中化学选修五导学案第五章进入合成有机高分子化合物的时代第三节功能高分子材料Word版含答案

第三节功能高分子材料

[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。

一功能高分子材料

1．功能高分子材料

功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，也有某些特殊功能的高分子材料。

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．高吸水性树脂的结构特点及合成方法

（1）结构特点

①含有强亲水性原子团（—OH）的支链；②具有网状结构。

（2）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CH2===CH—COOH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特点，都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。

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

（1）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。

①从组成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素组成；

②从合成反应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；

③从结构看，也就是分两种结构：

线型结构、体型结构。

（2）它们的重要区别在于功能与性能上，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。

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．能导电的碘掺杂聚乙炔

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．现有一种为婴儿特制的新型尿布——“尿不湿”，这种尿布表面涂有一种既能吸水又能保水的物质，根据你的推测，这种特殊物质的结构可能是（）

答案C

解析“尿不湿”的材料应是亲水但不溶于水的物质，选项中只有

中的—OH属于亲水基而其自身属于高分子化合物，不溶于水。

二复合材料

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材料，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．复合材料的应用：

主要用来做建筑材料和汽车、轮船、人造卫星、宇宙飞船的外壳和构件。

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，分为基体和增强体

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

3．隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和黏结金属组成的非匀质的复合材料。

陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等

耐高温氧化物，黏结金属主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属。

下列关于复合材料的说法不正确的是（）

A．由两种或两种以上金属（或金属与非金属）熔合而成的物质叫复合材料

B．复合材料一般具有强度高、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

C．玻璃钢是由玻璃纤维和树脂组成的复合材料，它可做船体、汽车车身等，也可做印刷电路板

D．复合材料可以发挥每一种材料的长处，并避免其弱点

答案A

解析复合材料由基体和增强材料组合而成，A项叙述的是合金而不是复合材料；复合材料一般具有各成分的性质，又比各成分的性质优良：

强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀，故A项不正确。

4．某复合材料是以碳纤维为增强材料，以金属钛为基体复合而成的。

估计这种材料（）

①耐高温②不耐热③导电、导热④不导电、不导热

⑤可用于飞机机翼⑥可用于导弹的壳体

A．①③⑤⑥B．②③⑤⑥

C．②③④D．③④⑤

答案A

解析碳纤维为增强材料，金属钛为基体的复合材料应具有增强材料的优点和基体的优点。

碳纤维熔点高、硬度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小，因此该复合材料有：

耐高温、导电、导热、密度小的特点，可用于制造飞机和导弹。

故选A。

1．下列材料中属于功能高分子材料的是（）

①高分子膜②生物高分子材料③隐身材料④液晶高分子材料⑤光敏高分子材料⑥智能高分子材料

A．①②⑤B．②④⑤⑥

C．③④⑤D．全部

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，所以选D。

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”，下列有关“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”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；人造金属是在某些塑料中加入强氧化剂或还原剂后制得，而普通金属是用金属化合物加入还原剂等方法制得；“人造金属”虽然具有一般金属的特性，但它仍属于高分子化合物中的塑料。

3．“神舟七号”的返回舱外形看起来像大钟，大约3吨重。

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．质轻防热，可承受上千摄氏度的高温

D．质地柔软，以利于飞船的变形

答案C

解析由题给信息可知，该材料应该是质轻且防热的耐高温材料。

4．X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为

已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、（CN）2、CH3COOH和H2O四种单体通过适宜的反应形成的。

由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有（）

①加成反应②取代反应③缩聚反应④加聚反应⑤酯化反应

A．①④⑤B．①④

C．①②④D．①②③

答案B

解析由X的结构简式可判断出它是加聚反应的产物，其单体为

和CH2===CHOOCCH3，显然，前者是HC≡CH和（CN）2的加成产物，后者是HC≡CH和CH3COOH的加成产物。

5．科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿司匹林，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，缓释长效阿司匹林的结构简式如下：

试填写以下空白：

（1）高分子载体的结构简式为____________________________________________________。

（2）阿司匹林连接在高分子载体上的有机反应类型是

________________________________________________________________________。

（3）缓释长效阿司匹林在肠胃中变为阿司匹林的化学方程式是_________________________。

答案

（1）

（2）酯化反应（或取代反应）

（3）

（其他合理答案也可）

解析本题的关键信息是“通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上”，观察高聚物结构可以把缓释长效阿司匹林分为三部分：

①高分子载体；②阿司匹林；③作为桥梁作用的乙二醇。

在肠胃中变为阿司匹林的反应，属于水解反应，从而找到正确的解题思路。

40分钟课时作业

[基础过关]

1．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制成复合材料

B．合金就是复合材料

C．复合材料中的各部分作用相同

D．复合材料是由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

解析复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的，并不是简单的混合，不同于混合物和合金。

复合材料的两部分作用是不同的，基体起黏结作用，增强材料起骨架作用。

2．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材料

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项中将基体与增强材料颠倒了。

3．航天科学家正在考虑用塑料飞船代替铝制飞船进行太空探索。

其依据是（）

A．塑料是一种高分子化合物，可以通过取代反应大量生产

B．塑料生产中加入添加剂可得到性能比铝优良的新型材料

C．塑料用途广泛，可从自然界中直接得到

D．塑料是有机物，不会和强酸强碱作用

答案B

解析飞船速度大，所以其材料要求质轻、耐高温、耐摩擦。

4．用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。

合成这种塑料骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸作用下形成环酯。

则合成这种塑料骨钉的原料是（）

A．CH2===CH—CH2Cl

B．CH2===CH—COOH

C．CH3—CH（OH）—COOH

D．H2N—CH2—COOH

答案C

解析能与强碱反应则应含有—COOH，能形成环酯，表明还含有—OH，故该有机物分子中同时含有—COOH和—OH。

5．科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯（

）与水的混合物，使其与沙粒结合，既能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水。

下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是（）

①聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH2===CHCOOR

②聚丙烯酸酯没有固定的熔沸点

③聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应

④其聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同

⑤聚丙烯酸酯具有很强的吸水性

A．③④B．①②C．①②③D．①②③④

答案B

解析聚丙烯酸酯是由单体丙烯酸酯发生加聚反应得到的高分子化合物；由于聚丙烯酸酯属于混合物，因此没有固定的熔沸点；聚丙烯酸酯中无碳碳双键，含有酯基，故其能发生水解反应，不能发生加成反应，其分子中不含亲水基，故无吸水性。

6．聚合物

（部分结构）可被人体吸收，常作为外科缝合手术的材料，该物质是由下列哪种物质聚合而成的

（）

A．CH3CH（OH）COOH

B．HCOOCH2OH

C．HOCH2CH2COOH

D．HOCH（CH3）COOCH（CH3）CH2OH

答案A

解析由题干给出的高聚物的部分结构可知，该高聚物中含有酯基，是某单体通过缩聚反应制得的，若题干中给出的高聚物的部分结构中的酯基水解，会得到CH3CH（OH）COOH。

7．在下列关于新型有机高分子材料的说法中，不正确的是（）

A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等

B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强体

C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料

D．合成高分子材料制成的人工器官一般都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度

答案D

解析功能高分子材料应是既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能。

有的新型高分子材料具有优异的生物相容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻要求。

答案为D。

8．在制备顺丁橡胶和高吸水性树脂时，都要加入交联剂。

下列说法错误的是（）

A．加入交联剂都可使线型结构变为网状结构

B．橡胶工业中将线型结构连接为体型结构是为了增强橡胶的强度

C．制备高吸水性树脂时将线型结构连接为体型结构是为了使它既吸水又不溶于水

D．顺丁橡胶和高吸水性树脂都可溶于水

答案D

解析顺丁橡胶和高吸水性树脂都是体型结构，都不溶于水，故D错误。

9．光刻胶是大规模集成电路印刷电路板技术中的关键材料，某一光刻胶的主要成分如图所示，下列有关说法正确的是（）

A．合成此高聚物的单体的化学式为C11H10O2

B．1mol该物质可消耗4molH2

C．该物质可稳定存在于碱性溶液中

D．该物质可经过缩聚反应制得

答案A

解析由光刻胶的主要成分的结构简式知，它的单体为

化学式为C11H10O2，A正确；1mol光刻胶含有nmol碳碳双键和nmol苯环，可消耗4nmolH2，B错误；该物质含有酯基，在碱性溶液中可发生水解，C错误；该物质是经过加聚反应制得的，D错误。

10．波音787客机具有省油、舒适的特点，它还是首款使用碳纤维复合材料超过50%的客机，开创了在航空领域复合材料大范围代替传统金属的新时代。

下面所示的某聚酰胺树脂是波音飞机材料中的一种，具有较好的耐热性、耐水性。

则下列说法正确的是（）

A．碳纤维复合材料中，碳纤维是增强材料，该树脂是基体材料

B．复合材料是未来材料发展的趋势，因此应该停止对金属材料的研究

C．该树脂中所有原子共平面

D．该树脂可以由单体

和

通过加聚反应得到

答案A

解析B项，复合材料不是唯一的发展方向，不应停止对金属材料的研究；C项，该物质结构中有饱和氮原子，与其相连的其他三个原子形成的是空间三角锥形，所有原子不可能共平面；D项，该树脂是缩聚产物，反应中有小分子水生成。

[能力提升]

11．医药化学杂志报道，用聚乙交酯纤维材料C制作的缝合线比天然高分子材料的肠衣线的性能好。

它的合成过程如下：

（1）写出A的结构简式：

______________________________________________________。

（2）写出A制取B的化学方程式：

__________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）可以由A直接制备C，则由A直接制备C的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

其反应类型为_____________________________________________________。

答案

（1）CH2HOCOOH

（2）

＋2H2O

（3）

缩聚反应

解析本题可采用逆推法，具体推导如下：

由结构

可推知单体为

先由单体

进行分子间脱水形成环酯，即中间有机物

再由中间有机物开环成链状进一步形成高分子化合物

12．乳酸的分子式为C3H6O3，在一定的条件下可发生许多化学反应，下图是采用化学方法对乳酸进行加工处理的过程。

其中A、H、G为链状高分子化合物。

请回答相关问题：

（1）C的结构简式为_____________________________________________________________；

反应②的反应类型是________。

（2）E中所含的官能团有___________________________________________________________。

（3）反应①的化学方程式为________________________________________________________。

（4）作为隐形眼镜的制作材料，对其性能的要求除应具有良好的光学性能外，还应具有良好的透气性和亲水性。

一般采用E的聚合物G而不是D的聚合物H来制作隐形眼镜，其主要理由是______________________。

答案

（1）CH2===CHCOOCH3消去反应

（2）碳碳双键、羟基、酯基

（3）

（4）高聚物G中含有的—OH，使该物质具有亲水性，而H则不具有

解析分析反应②③的过程，对比乳酸及C的分子组成，可以确定B是丙烯酸（CH2===CH—COOH）。

分析反应④⑥的过程，确定F＋2B―→D，对比B、D的分子组成，可以确定F是乙二醇（HO—CH2—CH2—OH）。

根据反应过程确定E是

CH2===CH—COO—CH2—CH2—OH，对比D、E的结构确定它们的聚合物H、G结构上的不同点是G的结构中还含有大量的—OH，所以它们用途不同。

13．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。

请回答下列问题：

（1）写出物质的结构简式：

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：

①N＋B―→D：

_____________________________________________________________；

②D―→高分子涂料：

__________________________________________________________。

答案

（1）CH3CH2CH2CHOCH2===CHCHO

（2）加成反应加聚反应

（3）①CH2===CH—COOH＋CH3CH2CH2CH2OH

CH2===CH—COOCH2CH2CH2CH3＋H2O

②nCH2===CH—COOCH2CH2CH2CH3

14．常用作风信子等香精的定香剂D以及可用作安全玻璃夹层的高分子化合物PVB的合成路线如下：

已知：

Ⅰ.RCHO＋R′CH2CHO

＋H2O（R、R′表示烃基或氢）

Ⅱ.醛与二元醇（如：

乙二醇）可生成环状化合物：

（1）A的核磁共振氢谱有两种峰。

A的名称是________。

（2）A与

合成B的化学方程式是_________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）C为反式结构，由B还原得到。

C的结构简式是_______________________________

________________________________________________________________________。

（4）E能使Br2的CCl4溶液褪色。

N由A经反应①～③合成。

a．①的反应试剂和条件是________。

b．②的反应类型是________。

c．③的化学方程式是______________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）PVAc由一种单体经加聚反应得到，该单体的结构简式是________。

（6）碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是_________________________________

________________________________________________________________________。

答案

（1）乙醛

（2）

（3）

（4）a.稀NaOH，加热

b．加成（或还原）反应

c．2CH3（CH2）3OH＋O2

2CH3（CH2）2CHO＋2H2O

（5）CH3COOCHCH2

（6）

解析

（1）由A的分子式C2H4O及其核磁共振氢谱有两种峰可知，A为乙醛。

（2）结合信息可知A到B需要的条件为稀氢氧化钠溶液、加热，与已知信息Ⅰ中的条件一致，得出反应：

（3）B还原得到C，且C为反式结构，说明B中只有—CHO与H2发生加成反应，则C的结构简式为

（4）由PVB的结构可知其是N与PVA发生已知信息Ⅱ中的反应生成的，逆向分析可知N为

CH3CH2CH2CHO，PVA为

故A到E增长了碳链。

同时E还可使溴的四氯化碳溶液褪色，可知E中存在碳碳双键，则两分子CH3CHO发生已知信息Ⅰ中的反应，生成的E为CH3CHCHCHO，F为CH3CH2CH2CH2OH，N为CH3CH2CH2CHO，所以①的反应试剂和条件是稀NaOH、加热，②的反应类型是加成（或还原）反应，③的化学方程式是2CH3（CH2）3OH＋O2

2CH3（CH2）2CHO＋2H2O。

（5）C为醇，C＋M

D（C11H12O2）＋H2O，此反应为酯化反应，则M为酸且为CH3COOH，结合PVA的结构可以推出PVAc的单体是CH3COOCHCH2。

（6）碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是