第五章第三节功能高分子材料汇总.docx
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第五章第三节功能高分子材料汇总
第三节 功能高分子材料
1.知道功能高分子材料的分类，能举例说明其在生产生活、高新技术领域中的应用。
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。
3.体验化学科学的进步与材料科学发展的联系，能科学评价高分子材料的使用对人类生活质量和环境质量的影响。
知识点 功能高分子材料 复合材料[学生用书P89]
阅读教材P113～P115，思考并填空。
1．功能高分子材料
（1）含义
功能高分子材料是指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。
（2）分类
功能高分子材料
（3）特点和应用
特殊功能高分子材料是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。
（4）高吸水性树脂
2．复合材料
（1）概念
复合材料是指几种不同材料组合在一起制成的一种新型材料，其中一种材料作为增强材料，其他材料作为基体。
（2）性能
复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等特点，在综合性能上超过单一材料。
（3）应用
复合材料主要用来作建筑材料和汽车、轮船、人造卫星、宇宙飞船的外壳和构件。
1．判断正误
（1）新型高分子材料和传统高分子材料有本质的区别。
（ ）
（2）高吸水性树脂中含有亲水性原子团。
（ ）
（3）玻璃钢是由高分子树脂和玻璃纤维经过复合工艺而制成的，故属于复合材料。
（ ）
（4）将高吸水性树脂的线型结构连接成体型结构，是为了增加其吸水性。
（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）√ （4）×
2．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的导电高分子材料
解析：
选B。
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。
3．下列说法错误的是（ ）
A．玻璃钢是以玻璃纤维作为增强材料、合成树脂作基体的复合材料
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
解析：
选B。
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。
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，又具有某些特殊性能的高分子材料
两种或两种以上材料组成的新型材料，分为基体和增强材料
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
高分子化合物H可用于制造以玻璃纤维为填料的增强塑料（俗称玻璃钢）。
以下为合成该化合物的过程。
试回答下列问题：
（1）写出下列反应的反应类型：
②________________；⑤______________。
（2）写出下列物质的结构简式：
E________________；F__________________。
（3）反应③是与HCl加成，④是氧化，在③→⑤中，设计③这一步的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）写出反应⑤的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]
（1）由反应物和反应条件可知反应②为卤代烃的水解反应或取代反应，反应⑤为卤代烃的消去反应。
（2）乙烯与Br2发生加成反应生成BrCH2—CH2Br，BrCH2—CH2Br在NaOH水溶液中发生水解反应生成HO—CH2—CH2—OH。
（3）由聚合物H知其单体为HO—CH2—CH2—OH和HOOC—CH===CH—COOH，则D为NaOOC—CH===CH—COONa，由反应②知A为HO—CH2—CH===CH—CH2—OH，B为
HOCH2—CH2—CHCl—CH2OH，C为
HOOC—CH2—CHCl—COOH，由于碳碳双键容易被氧化，所以在把羟基氧化为羧基时碳碳双键也会被氧化，设计③这一步的目的是防止A分子中的碳碳双键被氧化。
（4）HOOC—CH2—CHCl—COOH在NaOH醇溶液中发生消去反应时，羧基也与NaOH发生中和反应。
[答案]
（1）水解反应（或取代反应） 消去反应
（2）BrCH2—CH2Br HO—CH2—CH2—OH
（3）防止A分子中的碳碳双键被氧化
（4）HOOC—CH2—CHCl—COOH＋3NaOH
NaOOC—CH===CH—COONa＋NaCl＋3H2O
根据你对复合材料的认识，试举出日常生活中复合材料的两个典型例子。
答案：
玻璃钢，钢筋混凝土。
功能高分子材料
1．下列材料中：
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。
其中属于功能高分子材料的是（ ）
A．只有①②⑤ B．只有②④⑤⑥
C．只有③④⑤D．①②③④⑤⑥
解析：
选D。
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。
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（ ）
解析：
选C。
“尿不湿”的材料应是亲水但不溶于水的物质，选项中只有CCH2HOH中的—OH属于亲水基团，而其自身属于高分子化合物，不溶于水。
复合材料
3．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．复合材料是两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的
解析：
选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，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。
4．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．玻璃钢是以玻璃纤维和树脂组成的复合材料，它可作船体、汽车车身等，也可作印刷电路板
D．复合材料可以发挥每一种材料的长处，并避免其弱点
解析：
选A。
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，又比各成分的性能优良：
强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等，故A项错。
重难易错提炼
1.功能高分子材料
（1）分类
①新型骨架结构高分子材料。
②特殊功能高分子材料。
（2）高吸水性树脂
①合成——天然高分子材料的改性、均聚或共聚得到亲水性高聚物再加入交联剂。
②性能——保水能力强，耐挤压。
③应用——抗旱保水，改良土壤，改造沙漠。
2.复合材料
（1）组成——一种材料作基体，另一种材料作增强材料。
（2）性能——具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能。
课后达标检测[学生用书P141（独立成册）]
[基础巩固]
1．PVC是聚氯乙烯的英文缩写，为保证PVC塑料制品的性能，通常需要加入多种有机助剂。
下列选项中的事实均能支持“PVC保鲜膜对人体健康带来危害”假设的是（ ）
①PVC塑料属于高分子材料
②使用的有机助剂有毒
③含氯的化合物不一定有毒
④在高温下会分解出有害物质
A．①② B．③④
C．②④D．①③
解析：
选C。
聚氯乙烯是一种高分子化合物，在日常生活中应用非常广泛，但在高温或光照老化过程中会分解出HCl等有害物质，同时其所含的增塑剂（有机助剂）有毒，不宜用聚氯乙烯塑料制品盛装食品或直接接触食品。
②④符合要求。
2．下列说法中，正确的是（ ）
A．只有热塑性高分子材料才可能是塑料
B．用于包装食品的塑料通常是聚氯乙烯
C．有机玻璃是一种透明的塑料制品
D．塑料在自然环境下容易分解，不会造成白色污染
解析：
选C。
有些合成树脂具有热塑性，用它制成的塑料就是热塑性塑料，相反的，像体型的酚醛树脂，具有热固性，用它制成的塑料就是热固性塑料，这种塑料一旦加工成型，就不会受热熔化；用于包装食品的塑料通常是聚乙烯而不是聚氯乙烯，因为聚氯乙烯有毒。
3．001×7强酸阳离子交换树脂是在苯乙烯二乙烯苯共聚交联结构的高分子基体上带有磺酸基（—SO3H）的离子交换树脂，其酸性相当于硫酸、盐酸等无机酸，它在碱性、中性，甚至酸性介质中都显示离子交换功能。
有关该树脂的一些性质和应用正确的是（ ）
A．此树脂可以溶于有机溶剂，如苯和四氯化碳
B．此树脂是一种优良的热塑性材料，可反复加工，多次应用
C．此树脂可以用来软化硬水
D．由于此树脂具有强酸性，发生交换后树脂不能再生
解析：
选C。
由于该高分子是共聚交联结构，说明是体型分子，具有热固性，故不能溶于有机溶剂，也不能反复加工、多次应用。
又由于基体上带有磺酸基，为离子交换树脂，能够软化硬水，而离子交换树脂的离子交换是可逆过程，在一定条件下可再生。
4．下列高聚物经简单处理可以从线型结构变成体型结构的是（ ）
A．①②B．③④
C．①④D．②③
解析：
选D。
有机高分子材料中，若含有易反应的官能团，在一定条件下使官能团发生反应，如羟基缩合、双键交联等，其线型结构就能变成体型结构。
5．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
解析：
选A。
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。
6．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．将化学能转换成电能，将热能转换成电能
C．食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒
D．海水淡化
解析：
选B。
高分子分离膜的特点是能够有选择地让某些物质通过，而把另一些物质分离掉。
主要应用于生活污水、工业废水等废液处理和海水淡化工程等；而将化学能转换成电能是传感膜的应用；把热能转化成电能是热电膜的应用。
7．塑料经改造后能像金属一样具有导电性，要使塑料聚合物导电，其内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合（再经掺杂处理）。
目前导电聚合物已成为物理学家和化学家研究的重要领域。
由上述分析，下列聚合物经掺杂处理后可以制成“导电塑料”的是（ ）
解析：
选B。
“导电塑料”的结构要求是内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合，所以根据结构简式可知，B是聚丙炔，符合要求，答案选B。
8．为了防止宇宙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
解析：
选C。
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具备受热易挥发的特点，受热分解挥发时吸收热量而使飞船表面的温度降低。
9．角膜接触镜俗称隐形眼镜，其性能要有良好的透气性和亲水性，目前大量使用的软性隐形眼镜常用材料是（ ）
A．聚乙烯
B．聚氯乙烯
解析：
选C。
隐形眼镜的材料具有透气性和亲水性，该物质中应有亲水基团，符合要求的只有C项。
10．复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因在于（ ）
A．复合材料的使用可以使导弹承受超高温的变化
B．复合材料的使用可以使导弹的质量减轻
C．复合材料的使用可以使导弹承受超高强度的改变
D．复合材料的使用可以使导弹承受温度的剧烈变化
解析：
选B。
导弹的壳体大多是以纤维为增强材料、金属为基体的复合材料，之所以提高射程是利用了其密度小、质量轻的特点。
[能力提升]
11．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
解析：
选A。
由题干中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。
12．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”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
解析：
选B。
“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，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”尽管有金属的一般特性，但它属于高分子化合物中的塑料。
13．聚甲基丙烯酸甲酯是一种重要的医用高分子材料，用于人造骨、关节等，已知烯烃可被高锰酸钾酸性溶液氧化成二元醇，如CH2===CH2
HOCH2CH2OH。
现以甲基丙烯为原料合成甲基丙烯酸甲酯，流程如下：
请写出上面方框中各有机物的结构简式：
A_____________________，B_____________________，
C_____________________，D_____________________。
解析：
根据题给信息可知A的结构简式为
发生消去反应得B，结构简式为
；酯化后得C：
；再发生加聚反应得D：
14．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：
A→
D________________________________________________________________________；
B→
C________________________________________________________________________。
（2）反应类型：
A→B____________________；
B→C____________________；
A→E____________________。
（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：
________________________________________________________________________
（任写两种）。
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D，则A的结构简式为
（2）消去反应 加聚反应 缩聚反应
（其他答案合理即可）
15．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。
据报道，每架波音767飞机使用了1吨碳纤维材料，而一种新型的波音757飞机使用了9吨以上的碳纤维。
制取碳纤维的一种方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体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）用乙炔和HCN为原料合成这种碳纤维的流程可表示如下：
CH≡CH
A
B
C
碳纤维
用化学方程式表示以下过程：
①CH≡CH与HCN反应：
________________________________________________________________________；
②A―→B：
________________________________________________________________________。
解析：
碳纤维材料是一种重要的新型复合材料，题目已给出这种碳纤维是将聚丙烯腈经高温处理而得，聚丙烯腈的结构为
，注意到题给出的碳纤维的结构，可以将聚丙烯腈结构写为
，其中—CN的结构为—C≡N。
这种变换写法是解答本题的关键一步，根据生产流程所示，聚丙烯腈经两步反应获得碳纤维，第一步高温处理，应是在上述结构的基础上将氰基—C≡N中的三键打开重新结合构成环状结构，即生成C：
，C在催化剂的作用下脱氢，在C中环状结构的—CH2—与
上各脱去一个氢原子而形成
结构，从而形成碳纤维。
显然，在—CH2—上脱去一个氢原子后，还有一个氢原子，所以可知这种碳纤维由C、H、N三种元素构成，考查其中的一个基本结构单元
，可看出C、H、N三种原子的个数比应为3∶1∶1。
答案：
（1）C、H、N 3∶1∶1
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