第五章 第二节 应用广泛的高分子材料.docx

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第五章第二节应用广泛的高分子材料

第二节　应用广泛的高分子材料

一、高分子化合物的分类

1．按来源分

2．按结构分

3．按性质分

4．按用途分

二、有机高分子化合物结构与性质的关系有哪些？

常见的有机高分子化学反应的特点有哪些？

1．高分子化学反应的特点

（1）与结构的关系

结构决定性质，高分子的化学反应主要取决于结构特点、官能团与基团之间的影响。

如碳碳双键易氧化和加成，酯基易水解、醇解，羧基易发生酯化、取代等反应。

（2）常见的有机高分子化学反应

①降解

在一定条件下，高分子材料解聚为小分子。

如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）热解为甲基丙烯酸甲酯；聚苯乙烯用氧化钡处理，能分解为苯乙烯；生物降解塑料；化学降解塑料；光降解塑料等。

②橡胶硫化

天然橡胶（

），经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键（—S—）或双硫键（—S—S—），线型变为体型结构。

③催化裂化

塑料催化裂化得柴油、煤油、汽油及可燃气体等。

2．高分子化合物的结构与性质

线型高分子

体型（网状）高分子

结构

分子中的原子以共价键相互连结，构成一条很长的卷曲状态的“链”

分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来，形成三维空间的网状结构

溶解性

能缓慢溶解于适当溶剂

很难溶解，但往往有一定程度的胀大

性能

具有热塑性，无固定熔点

具有热固性，受热不熔化

特性

强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好

强度大、绝缘性好，有可塑性

常见物质

聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶

酚醛树脂、硫化橡胶

特别提醒　高分子化学反应，同其他反应一样，运用物质的结构决定性质的规律，首先分析其具有的官能团，并考虑官能团与基团的影响，分析比较结构变化及位置等，并加以应

用。

类型1白色污染与环境保护

例1

　科技文献中经常出现下列词汇，其中与相关物质的颜色并无联系的是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．赤色海潮B．绿色食品C．白色污染D．棕色烟气

答案　B

解析　赤色海潮是海潮中存在着大量的藻类物质，形成暗红色的色带；绿色食品是指在生产食品所用的原料生产过程中不使用农药、化肥及在环境污染程度小的地域生产的食品；白色污染是指废弃塑料制品的污染，常见的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，产品通常呈白色或无色；棕色烟气是指炼钢厂的废气，其中含有Fe2O3和CO，因Fe2O3是红色而呈现棕色。

高分子材料形成的环境污染越来越受到社会的关注，由于这些物品难以分解，在土壤里经久不烂，若焚烧会严重污染环境，因此要加强研究易分解的新型塑料，目前治理“白色污染”主要应从减少使用和加强回收开始。

类型2有机高分子的结构与性质

例2

　橡胶树是热带植物，在我国海南已有大面积种植。

从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的成分是聚异戊二烯，其结构为

。

试回答下列问题：

（1）天然橡胶能溶于汽油的根本原因是

________________________________________________________________________，

天然橡胶加入适当硫进行硫化后，其结构由__________变成____________，因而硫化橡胶________（填“能”或“不能”）溶于汽油。

（2）天然橡胶的单体是一种无色液体，将该无色液体加入溴水中，________（填“能”或“不能”）使溴水褪色。

答案　

（1）天然橡胶是线型结构　线型结构　网状结构　不能　

（2）能

解析　

（1）从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型结构的高分子，能溶解于适当的溶剂。

天然橡胶硫化后，引入的硫原子间可形成共价键，从而使高分子链发生交联，形成网状结构，故硫化橡胶不能溶解于汽油。

（2）天然橡胶的单体中含有两个碳碳双键能加成Br2，使溴水褪色。

类型3有机高分子材料的合成

例3

　卤代烃是有机物合成的魔术师，卤代烃中卤素原子很易与活泼金属阳离子结合，发生取代反应，如

R—X＋NaCN

R—CN＋NaX；

R—X＋2Na＋X—R′

R—R′＋2NaX。

G是能导电的聚合物。

根据下列各物质的转化关系回答：

（1）A的分子式为__________，E的结构简式为

________________________________________________________________________。

（2）写出B―→D的化学方程式：

_____________________________________________。

（3）写出C2H3Cl―→C的化学方程式：

_________________________________________。

（4）写出A―→G的化学方程式：

______________________________________________。

答案　

（1）C2H2　

（2）nCH2===CH—CN―→

（3）2CH2===CHCl＋2Na―→CH2===CH—CH===CH2＋2NaCl

（4）

解析　本题要从题给信息入手，通过有机反应的特点，反应物和生成物在分子组成上的差异来推测未知物的结构。

分析本题，首先对题中所给条件进行分析，本题突破口是C2H3Cl能发生加聚反应，结构中一定含有碳碳双键，结构简式为CH2===CHCl，则A为乙炔，G为乙炔的加聚产物：

，能导电；C2H3Cl发生加聚反应：

；利用所给信息C2H3Cl生成B，转化为D，D是一种合成纤维，B为

CH2===CHCN，即CH2===CHCl＋NaCN

CH2===CH—CN＋NaCl，nCH2===CH—CN―→

；C2H3Cl生成C，又转化为F，F为一种合成橡胶：

2CH2===CHCl＋2Na―→CH2===CH—CH===CH2＋2NaCl，

nCH2===CH—CH===CH2―→

。

　为什么用碱催化生成的酚醛树脂能形成网状结构？

你能画出酚醛树脂的部分网状结构吗？

点拨　在碱性条件下，甲醛过量时，苯酚与甲醛的反应不仅可以发生在邻位，而且还可以发生在对位，得到网状结构的酚醛树脂（米黄色）。

　尿素

是蛋白质的代谢产物，随人尿排出体外。

尿素氮原子上的氢原子可以像苯环上的氢原子那样与甲醛发生加成反应，并可缩聚成线型和网状结构的脲醛树脂。

脲醛树脂可做木材等的黏合剂、制作食品器具（俗称电玉）。

你能写出脲甲醛树脂的线型和网状结构式吗？

点拨　脲醛树脂的线型结构：

脲醛树脂的网状结构：

1．8×102～2.4×103；9.6×102～2.9×103；4.7×102～7.5×102；1.0×103～1.5×103；4.6×103～5.6×103；2.9×103～5.9×103。

根据这些数据可看出橡胶的聚合度相对较大，其次为合成纤维，塑料的最小。

点拨　加聚产物的聚合度n求算，是用聚合物相对分子除以单体或链节的相对质量。

2．C；因为聚乙烯醇纤维含有亲水性羟基基团。

3．a　d

点拨　凡链节中只有碳原子并存在

的高聚物，其规律是“见双键，四个碳；无双键，两个碳”划线断开，然后将半键闭合，即将单双键互换。

4．B　点拨　这是一道典型的联系生活的考题。

根据日常生活经验，可以判断出皮鞋胶底的强度最大，弹性最差。

5．

点拨　信息给予题是高考有机化学常见题型，解此类题一定要先学习信息，然后再解题。

1．焚烧下列物质，严重污染大气的是（　　）

A．聚氯乙烯B．聚乙烯C．聚丙烯D．有机玻璃

答案　A

解析　物质的燃烧产物，取决于构成该物质的元素成分，只有正确分析出构成物质的元素，才能正确作答。

聚乙烯、聚丙烯只含有碳、氢两种元素，有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）含有碳、氢、氧三种元素，它们完全燃烧时只产生CO2和H2O，而聚氯乙烯却含有氯、碳、氢三种元素，完全燃烧时除产生CO2和H2O外，还有含氯的有毒物质。

2．在下列塑料制品中，可选择作为食品包装的是（　　）

A．聚氯乙烯B．聚乙烯、聚丙烯C．聚苯乙烯D．聚四氟乙烯

答案　B

3．下列几种橡胶中，最不稳定、长期见光与空气作用就会逐渐被氧化而变硬变脆的是（　　）

A．天然橡胶（

）　　　　　　　　　　　　　　　　

B．硅橡胶（

）

C．聚硫橡胶（

）

D．硫化橡胶（天然橡胶中加硫磺，使

断裂，使其由线型结构变成体型结构）

答案　A

4．下列有机物中属于天然高分子材料的是（　　）

A．棉花B．塑料C．尼龙D．羊毛

答案　AD

5．酚醛树脂可用苯酚和甲醛反应制得。

实验室制备酚醛树脂时，在酸性条件下，苯酚过量制得的酚醛树脂若不易取出时，则可趁热时加入一些乙醇来取出树脂；在碱性条件下，苯酚过量时，若酚醛树脂不易取出，用加热或加溶剂的方法都很难将树脂取出。

在上述两种情况下，下列有关叙述正确的是（　　）

A．酸性条件制得的是线型酚醛树脂，碱性条件制得的是网状结构酚醛树脂

B．酸性条件制得的是体型酚醛树脂，碱性条件制得的是线型酚醛树脂

C．两种条件下制得的都是线型酚醛树脂

D．两种条件下制得的都是网状结构酚醛树脂

答案　A

解析　线型结构的有机高分子能溶解在适当溶剂里，在酸性条件下，制得的酚醛树脂能溶在酒精里，说明是线型的；体型结构的有机高分子不易溶解，只是有一定程度的胀大，故碱性条件下，得到的是体型的。

6．关于天然橡胶

的下列叙述中，不正确的是（　　）

A．天然橡胶是天然高分子化合物

B．天然橡胶受空气、日光作用，会被还原而老化

C．天然橡胶能溶于汽油、苯等有机溶剂

D．天然橡胶含有双键，能发生加成反应

答案　B

7．背景材料：

①2004年夏季，特氟隆不粘锅事件引起公众关注

②2004年冬季，诺贝尔化学奖授予研究蛋白质的科学家

③2005年初春，广东大部分地区进行了人工降雨

④2005年春末，某高速公路发生液氯运输车翻倒泄漏事故。

下列相应说法正确的是（　　）

A．特氟隆（聚四氟乙烯）的单体是氟利昂

B．蛋白质是由氨基酸形成的不可降解的高分子化合物，其水溶液有丁达尔现象

C．AgI和干冰都可用于人工降雨

D．附近人员应迅速远离液氯泄漏地点，并逆风往安全区域疏散

答案　CD

解析　本题通过“不粘锅事件”等社会热点问题综合考查了单体与高聚物的关系，蛋白质的性质，AgI、干冰降雨，液氯泄漏后的逃生方法等知识，意在考查考生对社会热点问题的关心及重视程度，注重考查考生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。

氟利昂是饱和氟化烃，不可能是特氟隆的单体，A错；蛋白质能水解，可降解，B错；AgI和干冰可用于人工降雨；液氯有毒。

故选CD。

8．

（1）有机玻璃是线型高分子，具有________（填“热塑”或“热固”）性，按系统命名法，其名称是聚甲基丙烯酸甲酯，它的结构简式为__________，链节是__________，它是__________（填“缩聚”或“加聚”）产物。

（2）下面分别是三种高分子材料：

①聚乙烯，②有机玻璃，③硫化橡胶。

它们的微观结构示意图为：

则A是__________，B是__________，C是______________________________。

答案　

（1）热塑　

　加聚

（2）有机玻璃　聚乙烯　硫化橡胶

9．聚丙烯腈纤维是合成纤维中的主要品种之一，其产量仅次于聚酰胺纤维和聚酯纤维。

它的商品名叫腈纶，由于它的性质极像羊毛，故又称它为“人造羊毛”。

聚丙烯腈的单体是丙烯腈（CH2===CHCN），其合成方法很多，如以乙炔为原料，其合成过程的化学方程式如下：

阅读以上材料，回答问题：

（1）制备丙烯腈的反应类型是__________。

（2）聚丙烯腈中氮的质量分数为__________。

（3）如何检验某品牌的羊毛衫是羊毛还是“人造羊毛”？

（4）根据以上材料分析，聚丙烯腈是线型结构还是体型结构？

答案　

（1）加成反应　

（2）26.4%

（3）取样灼烧，闻其气味，若有特殊的烧焦羽毛的气味，则为羊毛，否则可能为“人造羊毛”。

（4）线型结构

10．有机玻璃是一种重要的塑料，有机玻璃的单体A（C5H8O2）不溶于水，并可以发生以下变化：

请回答：

（1）B分子中含有的官能团是____________、_________________________________。

（2）由B转化为C的反应属于________（选填序号）。

①氧化反应　②还原反应　③加成反应　④取代反应

（3）C的一氯代物D有两种，C的结构简式是

________________________________________________________________________。

（4）由A生成B的化学方程式是___________________________________________。

（5）有机玻璃的结构简式是____________。

答案　

（1）碳碳双键　羧基（或

）

（2）②③

解析　该题的突破口为①A能发生加聚反应，说明含有碳碳双键即

官能团，A又能在稀硫酸作用下发生水解，生成CH3OH，说明是酯类物质；②B能与NaOH溶液反应说明含有—COOH，能在Ni催化条件下与H2加成，说明含有碳碳双键；③C的一氯代物D有两种，用来确定B、C、D及A的结构。

根据定组成规则和反应原理可知各物质分子式关系为：

C5H8O2（A）＋H2O―→CH3OH（甲醇）＋C4H6O2（B），

C4H6O2（B）＋NaOH―→C4H5O2Na（E）＋H2O，

C4H6O2（B）＋H2―→C4H8O2（C），

C4H8O2（C）＋Cl2―→C4H7O2Cl（D）＋HCl。

由“C的一氯代物D有两种”知C的结构简式为：

CH3—CH（CH3）—COOH，D的两种结构简式分别为：

Cl—CH2—CH（CH3）—COOH、CH3—CCl（CH3）—COOH；

逆推得B的结构简式为CH2C（CH3）COOH，A的结构简式为CH2C（CH3）COOCH3。

第二节　应用广泛的高分子材料

1．下列各种高聚物中，具有热固性的是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．有机玻璃B．聚氯乙烯C．聚丙烯D．酚醛塑料

答案　D

解析　线型高分子具有热塑性，体型高分子具有热固性。

酚醛塑料属于体型结构，具有热固性，故选D。

2．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　飞船速度很大，所以其材料要求质轻、耐高温、耐磨擦，因此所用塑料代替品要加入合适的添加剂制成优良的新型材料。

3．橡胶属于重要的工业原料。

它是一种有机高分子化合物，具有良好的弹性，但强度较差。

为了增加某些橡胶制品的强度，加工时往往需要进行硫化处理（即将橡胶原料与硫磺在一定条件下反应）；橡胶制品硫化程度越高，强度越大，弹性越差。

下列橡胶制品中，加工时硫化程度较高的是（　　）

A．橡皮筋B．汽车外胎C．普通气球D．医用乳胶手套

答案　B

解析　本题考查结构与性质的关系。

根据题目信息可知，硫化程度较高的橡胶强度大，

弹性差，选项中汽车外胎强度最大，弹性最差，故选B。

1．下列说法不正确的是（　　）

A．从实验中测得的某种高分子的相对分子质量只能是平均值

B．聚乙烯是高分子化合物，加热至某一温度，即可全部熔化

C．线型结构的高分子也可以带支链

D．同质量的乙烯和聚乙烯燃烧后生成的CO2的质量相等

答案　B

2．目前用于制造环保餐具的一种生物塑料是PHB，它的最大特点是废弃物易于处理，其结构式为

，下列关于PHB的叙述中不正确的是（　　）

A．它能发生水解反应

B．它在微生物作用下可降解成CO2和水

C．它可能是由一种含羟基的羧酸经缩聚反应而得

D．制备它的单体为HCOOH和CH3CH2CH2OH

答案　D

3．以农副产品为原料可制得高分子材料

，它能在一定条件下迅速降解，有希望用于制造一次性饭盒，有关该高分子的判断正确的是（　　）

A．相对分子质量一定是偶数

B．相对分子质量一定是奇数

C．由单体通过加聚反应制得

D．其单体为

答案　D

解析　根据高分子的结构可推出是缩聚反应的产物，其单体为

，高分子化合物n不确定，是混合物，所以相对分子质量无法确定是奇数还是偶数。

4．向下列高分子材料中加硫，能形成交联的是（　　）

答案　C

5．下列说法正确的是（　　）

A．利用石油作原料制得的纤维是人造纤维

B．天然纤维是不能再被加工处理的

C．合成纤维、人造纤维和天然纤维统称为化学纤维

D．煤和农副产品也可经过处理制得合成纤维

答案　D

解析　纤维可分为天然纤维和化学纤维，化学纤维可再分为人造纤维和合成纤维。

人造纤维是以纤维素为原料，而合成纤维以石油、煤的化工产品为原料。

6．下列说法中正确的是（　　）

A．合成纤维和人造纤维可统称为化学纤维

B．酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料

C．锦纶丝接近火焰时先蜷缩，燃烧时有烧焦毛发的气味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末

D．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，其综合性能超过了单一材料

答案　AD

7．奥运吉祥物福娃外材料为纯羊毛线，内充物为无毒的聚酯纤维（），下列说法正确的是（

）

A．羊毛与聚酯纤维的化学成分相同

B．聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能水解

C．纯羊毛为纯净物

D．羊毛与聚酯纤维不能用燃烧的方法区别

答案　B

解析　羊毛的化学成分是蛋白质，而聚酯纤维的化学成分是酯类，则A项不正确；羊毛和聚酯纤维在一定的条件下都能水解，蛋白质最终水解成氨基酸，聚酯纤维水解成对苯二甲酸和乙二醇；高分子化合物都属混合物，则C项也不正确；羊毛成分为蛋白质，灼烧时有烧焦羽毛的气味，可以区分，则D不正确。

8．中央电视台《科技博览》报道，2004年3月中科院首创用CO2合成可降解塑料——聚二氧化碳。

下列相关说法合理的是（　　）

A．聚二氧化碳塑料是通过加聚反应得到的

B．聚二氧化碳塑料与干冰互为同素异形体

C．聚二氧化碳塑料与干冰都是纯净物

D．使用聚二氧化碳塑料会产生白色污染

答案　A

解析　本题从二氧化碳的聚合物出发，考查学生对同素异形体、纯净物、混合物等高考要求的内容的了解，同时使学生在了解化学知识的同时，又能开阔视野。

预计这种结合新物质进行物质分类考查的选择题出现的几率较高。

解此类题目要理清物质的组成、结构、性质之间的关系，对照概念进行判断，特别要注意相似或相近概念的混淆，更不要被原来熟悉的物质所影响。

塑料是高分子化合物，由小分子形成高分子必须通过聚合反应，A项正确；同素异形体是对同一元素的不同单质而言，而聚二氧化碳塑料与干冰都是化合物，B项错误；高分子化合物有一定的聚合度，聚二氧化碳的聚合度有一定范围，所以干冰是纯净物，聚二氧化碳塑料是混合物，C项错误；题干中已说明聚二氧化碳塑料可降解，故该塑料不会造成白色污染，D项错误。

9．合成材料的应用与发展，极大地方便了我们的生活。

但合成材料废弃物的急剧增加却引发了“白色污染”问题，下列有利于“白色污染”减轻的是（　　）

①填埋　②焚烧　③倾倒入江河湖海之中　④加强环保宣传，提高公民意识　⑤多回收再利用　⑥改进配方及生产工艺，研制易降解的新型塑料　⑦不允许生产和使用塑料制品　⑧加入特殊物质处理还原为小分子

A．①②③B．④⑤⑥⑧C．⑦D．②④⑤

答案　B

解析　塑料制品因其优异性能给人们生产、生活带来了方便，不用是行不通的，故C不正确；塑料填埋，不易腐烂，会破坏土壤结构；焚烧塑料会产生二

英等剧毒物；倾入水中会危及水生生物生存等。

10．新型合成材料的单体的结构简式如下：

它被涂在手术伤口的表面，在数秒钟内发生固化（加聚）并起黏结作用，以代替通常伤口的缝合，是一种化学性能优良的功能高分子材料，写出该化合物固化时的化学方程式_____________________________________________________________。

答案　

解析　由于

中没有发生缩聚反应的官能团，那么它形成功能高分子材料发生的必然是加聚反应。

11．合成纤维中目前产量占第一位的是聚酯纤维——涤纶，下面是合成涤纶的流程图：

回答下列问题：

（1）写出中间产物的结构简式：

A___________________，B____________________，C_______________________。

（2）写出下列反应所需的试剂：

②__________，③________，⑤________，⑦__________。

（3）反应过程中的7步反应中，属于取代反应的有

________________________________________________________________________，

属于氧化反应的有__________，属于加成反应的有

________________________________________________________________________。

（1）写出合成“涤纶”最后一步反应的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）NaOH的水溶液　O2和Cu或Ag　溴水或溴的四氯化碳溶液　催化剂、浓硫酸

（3）①②⑥⑦　③④　⑤

解析　此题牵涉到有机反应的条件及条件与产物的关系（如“光照”与芳烃甲基上氢原子的取代有关；“NaOH的水溶液并加热”与卤代烃的水解有关）和有机反应的分类（通常分：

取代反应、加成反应、氧化反应、还原反应、消去反应、加聚反应、缩聚反应等类型）。

12．近年来，由于石油价格不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。

下图是以煤为原料生产聚氯乙烯（PVC）和人造羊毛的合成路线。

请回答下列问题：

（1）写出反应类型：

反应①__________，反应②________________________________。

（2）写出结构简式：

PVC___________________________________，C__________________。

（3）写出A―→D的化学反应方程式

________________________________________________________________________。

（4）与D互为同分异构体且可发生碱性水解的物质有____种（不包括环状化合物），写出其中一种的结构简式____________________________________________________________。

答案　

（1）加成反应　加聚反应

解析　本题可用逆推法确定A、B、C、D的结构。

聚氯乙烯（PVC）的结构简式是

，由“A

B―→PVC”的转化可知B为CH2===CHCl，A为CHCH；由人造羊毛的结构简式可知C为CH2C