3 第三节 功能高分子材料.docx

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3第三节功能高分子材料

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。

　功能高分子材料[学生用书P75]

1．概念

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

（1）

（2）性能：

可吸收几百倍甚至上千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压。

（3）应用：

干旱地区用于农业、林业，植树造林时抗旱保水，改良土壤，改造沙漠。

　在橡胶工业中，制造橡胶要经过硫化工艺，将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构；在制备高吸水性树脂时也要加入交联剂，以得到具有网状结构的树脂。

橡胶工业中将线型结构连接为网状结构是为了增加橡胶的强度；制备高吸水性树脂时将线型结构连接为网状结构是使它既吸水又不溶于水；因此二者做成网状结构的目的并不同。

1．新型有机高分子材料与传统的三大合成材料之间有何联系和区别？

答案：

（1）二者在本质上并没有区别，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，也都是分两种结构：

线型结构、网状（体型）结构。

（2）二者在功能与性能上有重要区别。

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。

2．硅橡胶是一种医用高分子材料，用于制造人造心脏、人造肌肉、人造皮肤等。

它具有良好的生物相容性和稳定性，有足够的机械强度，而且易于加工、消毒。

硅橡胶是一种耐高温橡胶，它是由二甲基二氯硅烷经过两步反应制得：

其合成过程中涉及的反应类型分别是（　　）

①水解反应　②加成反应　③加聚反应　④缩聚反应

A．①③　　　　　　　　B．①②

C．②④D．①④

解析：

选D。

从制备过程可知，第一步反应为水解反应，第二步反应为缩聚反应，D正确。

1．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

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。

2．（2019·北京西城区高二期中）一次性使用的聚苯乙烯材料带来的“白色污染”是一种较为严重的污染现象。

最近研制的一种新型材料

能代替聚苯乙烯，它是由乳酸聚合而成的，这种材料可以在乳酸菌作用下完全降解。

下列关于聚乳酸的说法正确的是（　　）

A．聚乳酸是一种纯净物

B．聚乳酸的聚合方式与聚苯乙烯相似

C．聚乳酸的单体为CH3CH（OH）COOH

D．聚乳酸是通过加聚反应形成的

解析：

选C。

从聚乳酸的结构来看，它应是乳酸在一定条件下发生缩聚反应的产物，化学方程式为

＋（n－1）H2O。

聚乳酸是一种高分子化合物，属于混合物；聚乳酸的形成过程是缩聚反应，而聚苯乙烯的形成过程是加聚反应，聚合方式不同；乳酸是形成聚乳酸的小分子，即聚乳酸的单体。

3．（2019·北大附中高二质检）感光高分子也称为“光敏高分子”，是一种在激光制板及集成电路制造中应用较广的新型高分子材料，某光敏高分子A的结构简式如图所示。

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，试写出这两种单体的结构简式：

______________、________________________________________________________________________。

（2）写出由

（1）中两种单体生成A的化学方程式：

_______________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）下列对高聚物A的性质的说法不正确的是________。

A．在酸性条件下可以发生水解反应

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．此高聚物可与液溴发生取代反应

解析：

（3）由所给高聚物A的结构简式可知，其链节中含酯的结构，且是由碳碳双键加聚形成的聚合物。

因此，它在酸性条件下可以发生水解反应，可使溴水和高锰酸钾酸性溶液褪色；链节中含有苯环，在催化剂的作用下，可与液溴发生取代反应。

答案：

（1）CH2===CHOH

（3）B

　复合材料[学生用书P76]

1．概念

指将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

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

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。

1．功能高分子材料与复合材料在概念、性能和应用上有哪些区别？

试列表比较一下。

答案：

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

将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

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

2.复合材料中往往有一种材料作为基体，另一种材料作为（　　）

A．增塑剂　　　　　　B．防老化剂

C．发泡剂D．增强材料

解析：

选D。

塑料中一般添加增塑剂和防老化剂，故A、B错误；发泡剂就是使对象物质成孔的物质，它可分为化学发泡剂、物理发泡剂和表面活性剂三大类，故C错误；复合材料是将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，故D正确。

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．复合材料是将几种不同材料组合在一起制成的一种新型材料

解析：

选D。

复合材料是将几种不同材料组合在一起制成的一种新型材料，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。

2．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、而腐蚀等优异性能，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

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，又比各成分性质优良：

强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等，故A项不正确。

学习小结

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——一种材料做基体，另一种材料做增强材料。

（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P130（单独成册）]

一、选择题

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．①②⑤　　　　　　　B．②④⑤⑥

C．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，所以选D。

2．“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

解析：

选C。

由题给信息可知，该材料应该是质轻且防热的耐高温材料。

3．下列对有机高分子的叙述，正确的是（　　）

A．原子与原子、链节跟链节均以共价键结合

B．原子跟原子以共价键结合，链节跟链节以分子间作用力结合

C．原子跟原子、链节跟链节均以非极性共价键结合

D．原子跟原子以非极性共价键结合，链节跟链节以极性共价键结合

解析：

选B。

有机高分子中，原子之间只能以共价键结合，可能为极性键也可能为非极性键；链节之间以分子间作用力结合。

4．古丝绸之路贸易中的下列商品，主要成分属于无机物的是（　　）

A.瓷器

B.丝绸

C.茶叶

D.中草药

解析：

选A。

瓷器的主要成分为硅酸盐，属于无机物，A项正确；丝绸的主要成分为蛋白质，属于有机物，B项错误；茶叶的主要成分为茶多酚（属于酚类）、生物碱、氨基酸、有机酸等，属于有机物，C项错误；中草药成分复杂，通常含有糖类、氨基酸、蛋白质、油脂、维生素、有机酸、生物碱等，其主要成分属于有机物，D项错误。

5．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

解析：

选B。

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。

6．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做增强材料

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。

7．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，也能在浓硫酸条件下形成环酯。

则合成这种塑料骨钉的原料是（　　）

解析：

选C。

能与强碱反应则分子中应含有羧基或酚羟基；能形成环状酯，则分子中同时含有—OH和—COOH，故选C。

8．下列关于功能高分子材料的说法不正确的是（　　）

A．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

B．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

C．以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到链状的树脂

D．功能高分子材料的优异性能在通信、交通、航空航天、医疗、医药等许多领域发挥了重要作用

解析：

选C。

A.功能高分子是一类以基本合成材料为原料，在合成高分子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，A正确；B.淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力，B正确；C.以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到网状结构的树脂，具有较高的强度、韧性及化学稳定性，C错误；D.功能高分子材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在通信、交通、航空航天、医疗、医药等许多领域发挥了重要作用，D正确。

9．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．①②

C．①②③D．①②③④

解析：

选B。

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。

10．北京航空航天大学教授偶然中发现米虫吃塑料，受此启发进行了系列实验，证实黄粉虫的肠道微生物可降解聚苯乙烯（PS），蜡虫可降解聚乙烯（PE）。

聚苯乙烯在黄粉虫的肠道内降解的示意图如下，下列说法正确的是（　　）

A．在黄粉虫的肠道内微生物作用下，聚苯乙烯断裂碳碳双键

B．在黄粉虫的肠道内微生物作用下，聚苯乙烯直接降解为CO2分子

C．在黄粉虫的肠道内微生物作用下，聚苯乙烯发生降解，分子量降低

D．聚乙烯与聚苯乙烯是同系物，具有烯烃的性质

解析：

选C。

聚苯乙烯结构中不存在碳碳双键，无法断裂碳碳双键，A错误；根据题图可知，聚苯乙烯先降解为低分子中间产物，最后降解为CO2分子，B错误；聚苯乙烯是高分子，发生降解后，变为小分子的物质，分子量变小，C正确；聚乙烯与聚苯乙烯结构不相似，不是同系物，且二者中均没有碳碳双键，不具备烯烃的性质，D错误。

11．“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。

如图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。

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

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，不应该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。

二、非选择题

12．光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。

某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B。

（1）请写出A中含有的官能团：

____________（填两种）。

（2）A经光照固化转变为B，发生了______（填反应类型）。

（3）写出A与NaOH溶液反应的化学方程式：

_________________________________

________________________________________________________________________。

（4）写出B在酸性条件下水解得到的芳香族化合物的分子式：

________。

解析：

（1）由A的结构简式可知，它的分子中含有酯基、碳碳双键。

（2）A经光照固化转变为B，分子中碳碳双键断裂，发生了加成反应。

（3）酯在碱性条件下发生水解反应，羧基生成相应的盐，化学方程式为

（4）有机物B为

，在酸性条件下水解得到的芳香族化合物为

其分子式为C18H16O4。

答案：

（1）酯基、碳碳双键　

（2）加成反应

（4）C18H16O4

13．聚酯增塑剂广泛应用于耐油电缆、煤气管、防水卷材、电气胶带、耐油耐汽油的特殊制品等。

聚酯增塑剂G及某医药中间体H的一种合成路线如下（部分反应条件略去）：

已知：

（1）B的名称（系统命名）为_____________________________________________。

（2）若反应①的反应条件为光照，最先得到的氯代有机物的结构简式是________________________________________________________________________。

（3）写出下列反应的反应类型：

反应②是________，反应④是________。

（4）写出B与D反应生成G的化学方程式：

_________________________________

________________________________________________________________________。

（5）甲苯的二氯代物有________种。

（6）利用以上合成路线的信息，以甲苯和乙醇为有机物原料合成

（无机试剂任选）。

解析：

丙烯与氯气加成生成A（CH3CHClCH2Cl），A发生水解反应生成B（CH3CHOHCH2OH）；苯与氢气加成，结合C的分子式可知，C是环己烷；根据G是聚酯增塑剂可知，B、D发生缩聚反应生成G；根据已知信息可知，F是酯类物质，则F为CH3CH2OOC（CH2）4COOCH2CH3，E为CH3CH2OH。

（1）根据系统命名法，B的名称为1，2丙二醇。

（2）若反应①的反应条件为光照，丙烯与氯气发生取代反应，最先得到的氯代有机物的结构简式是CH2ClCH===CH2。

（3）根据流程图可知，反应②是水解反应（取代反应），反应④是氧化反应。

（5）甲苯的二氯代物有10种，分别是2个氯原子都在甲基上（1种）；1个氯原子在甲基上，1个在苯环上（邻、间、对3种情况）；2个氯原子都在苯环上（2，3二氯甲苯、2，4二氯甲苯、2，5二氯甲苯、2，6二氯甲苯、3，4二氯甲苯、3，5二氯甲苯，共6种）。

答案：

（1）1，2丙二醇

（2）CH2ClCH===CH2

（3）水解（或取代）反应　氧化反应

（4）nHOOC（CH2）4COOH＋nHOCH（CH3）CH2OH

（2n－1）H2O

（5）10

（6）

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：

（1）A的核磁共振氢谱有两组峰，则A的名称是________。

（2）A与

合成B的化学方程式为___________________________

________________________________________________________________________。

（3）C为反式结构，由B还原得到，则C的结构简式为________________________。

（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__________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）由A的分子式（C2H4O）及其核磁共振氢谱有两组峰可知，A为乙醛。

（2）由题图可知，A→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，得出反应为

＋CH3CHO

＋H2O。

（3）B还原得到C，且C为反式结构，说明B中的—CHO与H2发生还原反应，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，则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CH3CH===CHCHO，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CH3COOCH===CH2。

（6）碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是

＋nNaOH

＋nCH3COONa。

答案：

（1）乙醛

（4）a.稀NaOH，加热　b．加成（或还原）反应

c．2CH3（CH2）3OH＋O2

2CH3（CH2）2CHO＋2H2O

（5）CH3COOCH===CH2

＋nCH3COONa