人教版高中化学选修五 第5章 进入合成有机高分子化合物的时代第3节课时训练.docx

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人教版高中化学选修五第5章进入合成有机高分子化合物的时代第3节课时训练

第三节　功能高分子材料

课程目标

核心素养建构

1.了解新型高分子材料的性能、结构和主要应用。

2．认识新型功能高分子材料在日常生活、工农业生产、科学研究等方面的重要作用。

[知识梳理]

一、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

（1）新型骨架结构的高分子材料。

（2）特殊功能高分子材料，即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

（1）结构特点

①含强亲水性原子团（如—OH、—COOH等）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。

②以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物。

（3）性能

可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压作用。

（4）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。

【自主思考】

1．新型高分子材料和传统的三大合成材料有何区别？

提示　两者在本质上并没区别。

从组成元素上看，都是由C、H、O、N、S等元素组成的；从合成反应上看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成的；从结构上看，都有线型、体型结构。

它们的重要区别在功能和性能上，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。

2．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。

为什么要做成网状结构？

目的是否相同？

提示　橡胶工业中将线型结构连接为体型结构是为增加橡胶的功能，防止老化；高吸水性树脂将线型结构连接为体型结构可使它既吸水又保水。

二、复合材料

[效果自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）玻璃钢是复合材料。

（√）

解析　复合材料是两种或两种以上的材料合成的新型材料，在综合性能上超过了单一材料。

在玻璃钢中，合成树脂作基体，玻璃纤维作增强体，玻璃钢是玻璃纤维增强塑料。

（2）金属是电和热的良导体，塑料都是良好的绝缘体。

（×）

解析　普通塑料不导电，而一些特殊塑料能够导电，如聚乙炔塑料。

（3）合金是由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的，属于复合高分子材料。

（×）

解析　复合高分子材料通常是以高分子材料为基体，其他材料作增强体而形成的，合金不属于复合材料，也不属于高分子材料。

（4）复合材料的使用使导弹的射程有了很大提高，其原因是复合材料的使用使导弹质量减轻。

（√）

解析　复合材料的优良性能之一是质量轻，而质量的大小对导弹的射程影响很大，质量越轻，射程越远。

2．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。

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　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，所以本题答案选D。

答案　D

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．塑料在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

解析　塑料是利用聚合反应人工生产的高分子化合物，不能直接从自然界中得到。

飞船材料应具有耐高温、强度大等优良性能。

答案　B

4．复合材料是指由两种或两种以上材料组合成的一种新材料。

其中一种材料作为基体，另外一种材料作为增强体，这样可发挥每一种材料的长处，并避免其弱点。

下列物质中不属于复合材料的是（　　）

A．聚苯乙烯树脂B．铝塑管

C．涤棉织品D．玻璃钢

解析　复合材料是指两种或两种以上材料组成的一种新型材料，所以复合材料应具有两种或两种以上成分。

铝塑管、涤棉织品、玻璃钢是复合材料；聚苯乙烯树脂是由苯乙烯单一成分加聚产生的，故不是复合材料。

答案　A

探究、功能高分子材料与复合材料的比较

【合作交流】

1．由基体和增强体两部分组成的材料属于什么材料？

提示　复合材料。

2．功能高分子材料和复合材料都有优异的性能，二者的性能是否相同？

提示　不同。

不同的功能高分子材料具有不同的特殊性能；而复合材料克服了传统的无机非金属材料、金属材料、有机高分子材料的缺点，不具有特殊性能。

【点拨提升】

1．常见功能高分子材料

常见功能高

分子材料

主要功能

主要应用

高分

子膜

高分子

分离膜

选择性地允许某些物质通过

①废水处理

②海水淡化

③浓缩果汁、乳制品加工、酿酒等

高分子

传感膜

把化学能转换成电能

①发电

②开发新型电池

高分子

热电膜

把热能转换成电能

①发电

②开发新型电池

医用高分

子材料

①具有优异的生物相容性

②具有某些特殊功能

人工器官

2.功能高分子材料和复合材料的比较

功能高分子材料

复合材料

概念

既有传统高分子材料的机械性能，又有一些特殊性能的高分子材料

两种或两种以上材料组合成的一种新型的材料。

含有基体和增强体两种材料

性能

高分子分离膜能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。

医用高分子材料具有优异的生物相容性、很高的机械性能

强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀

用途

高分子分离膜用于生活污水、工业废液的处理、海水淡化、食品工业。

医用高分子材料可制成人造器官

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

发展

趋势

对重要的通用的有机高分子材料，不断提高其使用性能，扩大应用范围。

与人类自身密切相关，具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并取得了一定的进展

【典题例证】　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

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兼容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻要求。

答案　D

【变式训练】　下列各选项中，对相应高分子材料的分类、功能的说法正确的是（　　）

选项

高分子材料

类型

功能

A

黏合剂

功能高分子材料

黏合作用

B

涂料

功能高分子材料

保护作用

C

离子交换树脂

功能高分子材料

分离和提纯

D

聚乙烯醇

功能高分子材料

制人工心脏

解析　黏合剂属于传统的高分子材料，A错误；涂料是一种涂于物体表面后能形成坚韧保护膜的物质，属于传统高分子材料，常用于家具、汽车、船舶等表面，可以起到保护、美化的作用，B错误；离子交换树脂属于功能高分子材料，主要用于硬水软化、海水淡化以及其他方面的分离提纯，C正确；聚乙烯醇属于功能高分子材料，具有良好的吸水功能，可以用于制作“尿不湿”等，用于制作人工心脏的材料主要有硅橡胶、聚氨酯橡胶等，D错误。

答案　C

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　A

2．随着有机高分子材料研究的不断加强和深入，一些重要的功能高分子材料的应用范围不断扩大。

下列应用范围是功能高分子材料的最新研究成果的是（　　）

A．新型导电材料B．仿生高分子材料

C．高分子智能材料D．高吸水性材料

答案　A

3．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

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：

①生活污水、工业废水等废水处理及回收废液中的有用成分；②海水和苦咸水的淡化；③浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等。

答案　C

4．在高科技工业上，有的高分子材料能用在能量的转换上。

如传感膜能把化学能转化为电能，热电膜能把热能转化为电能等，这种高分子材料是（　　）

A．高分子膜B．医用高分子材料

C．生物高分子材料D．液晶高分子材料

解析　医用高分子材料可用于制造人体器官及医疗器械；从材料的一般用途和性能上分析只有选项A符合题意。

答案　A

5．PMAA是一种“智能型”大分子，可用于生物制药中大分子与小分子的分离，而有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）可作飞机、汽车等的窗玻璃、防弹玻璃。

下列是以物质A为起始反应物合成PMAA和有机玻璃的路线：

完成下列填空：

（1）写出结构简式：

A________，B________，PMAA________。

（2）写出反应类型：

反应①________；反应③________；反应⑥________。

（3）写出反应条件：

反应②________，反应⑤________。

（4）反应③和⑤的目的是______________________________。

（5）写出反应⑦的化学方程式__________________________。

解析　由

逆推A应为

。

在A分子中引入一个羟基所采取的方法是先和卤素发生取代，再水解。

如果不对碳碳双键进行保护，酸性KMnO4溶液就会将其氧化而使其断裂。

（2）取代反应　加成反应　酯化反应（或取代反应）

（3）NaOH/H2O，加热　NaOH/C2H5OH，加热

（4）保护碳碳双键

课时作业

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

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。

答案　D

2．下列塑料的合成中，所发生的化学反应类型与另外三种不同的是（　　）

A．聚乙烯塑料B．聚氯乙烯塑料

C．酚醛塑料D．聚苯乙烯塑料

解析　A、B、D项的三种有机高分子材料是由加聚反应生成的，而C项是由苯酚与甲醛发生缩聚反应得到的。

答案　C

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（　　）

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。

答案　B

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，也能在浓硫酸条件下形成环酯。

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

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

答案　C

5．下列说法不正确的是（　　）

A．探求某种新型高分子材料，需要研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

解析　只具有网状结构不一定具有强吸水性。

具有强亲水性原子团作支链，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。

答案　D

6．石墨烯是目前得到世界广泛关注的纳米材料，它的熔点超过2000℃，它具有优良的导电性、导热性、高强度和超轻薄等属性。

可以预见，石墨烯未来的应用将相当广阔。

根据石墨烯的属性，你认为石墨烯不能用来制成（　　）

A．电脑的输电线

B．手机的散热片

C．隧道掘进机的钻头

D．高级保暖内衣上的保暖层

解析　由于石墨烯具有优良的导热性，所以，不能用来制作高级保暖内衣上的保暖层。

答案　D

7．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）写出下列反应类型：

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）CH3CH2CH2CHO　CH2===CHCHO

（2）加成反应　加聚反应

8．使用有机材料制成的塑料薄膜，会给环境造成“白色污染”，后果十分严重。

我国最近研制成功的一类可降解塑料的结构如下，该类塑料具有良好的生物适应性和分解性，能够自然腐烂分解。

试回答下列问题：

（1）这类可降解塑料中A、B、C的单体分别为________、________、________。

（2）可降解塑料在自然界可通过________（填反应类型）反应分解为小分子物质。

（3）相同条件下焚烧下列物质，污染大气最严重的是________（填选项字母）。

a．聚氯乙烯b．可降解塑料

c．聚丙烯d．有机玻璃

解析　

（1）根据三种塑料的结构可知它们的单体的结构简式。

（2）三种塑料均含酯基，故可通过水解反应分解为小分子物质。

（3）聚氯乙烯的燃烧产物中除了碳的氧化物和水外，还有含氯元素的有害物质，比其他三种物质对大气的污染更严重。

HO—CH2—CH2—CH2—COOH

（2）水解　（3）a

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）。

A．HClB．Cl2

C．HClOD．NaCl

答案　CCl2==CH2　AB

10．我国自行研制的“神舟”十号飞船航天员航天服采用了很多新型超高性能复合材料。

其中聚酰胺纤维M就是一种新型超高性能纤维，它的防热和防火性能十分出色。

聚酰胺纤维M的结构简式为：

下面是聚酰胺纤维M的一种合成路线（部分反应未注明条件）：

请回答下列问题。

（1）写出反应类型：

A―→B：

_______________________，

G＋H→M：

______________________。

（2）生成B的同时可能生成B的一种同分异构体，其结构简式为_____________________________。

（3）写出反应的化学方程式：

E―→F：

_____________________________。

解析　

（1）结合对苯二甲酸的结构简式和A→B→C→D间的转化条件，可推知A为

，光照条件下，Cl2与甲基上的“H”发生取代反应；G＋H―→M，因M是高分子化合物，结合M的结构简式知该反应为缩聚反应。

（2）A→B的转化过程中Cl2有可能与同一个甲基上的“H”发生二取代，故B的同分异构体的结构简式为

。

（3）由M的结构简式知E为

，由氯代烃在NaOH溶液中发生取代反应和羧酸及酚羟基的性质可写出E→F的化学方程式。

答案　

（1）取代反应　缩聚反应

11．一种常用化学胶水的主要成分是聚乙烯醇，工业上以烃A为主要原料合成，其合成路线如下（某些反应条件略去）：

已知：

B的分子式为C2H4O，B的核磁共振氢谱中有两组峰，峰面积之比为3∶1；不饱和碳原子与羟基直接相连不稳定。

请回答下列问题：

（1）A的结构简式为____________________________；

（2）聚乙烯醇中含有的官能团的名称为__________________________；

（3）反应Ⅲ的反应类型是________；

（4）与CH3COOCH===CH2含有的官能团相同的同分异构体还有________种；

（5）写出反应Ⅱ的化学方程式_______________________________。

解析　B的分子式为C2H4O，B的核磁共振氢谱中有两组峰，峰面积之比为3∶1，则B是乙醛，乙醛氧化生成乙酸，则C是乙酸。

乙酸与A反应生成CH3COOCH===CH2，所以A是乙烯，结构简式为CH2===CH2。

D与氢氧化钠反应生成聚乙烯醇，又因为不饱和碳原子与羟基直接相连不稳定，所以D的结构简式为

，这说明反应Ⅱ是CH3COOCH===CH2的加聚反应生成D。

（1）根据以上分析可知A的结构简式为CH2===CH2。

（2）聚乙烯醇的结构简式为

，分子中含有的官能团的名称为羟基；

（3）反应Ⅲ是酯基的水解反应，即反应类型是取代反应或水解反应；

（4）与CH3COOCH==CH2含有的官能团相同的同分异构体还有HCOOCH==CHCH3、HCOOCH2CH==CH2、HCOOC（CH3）==CH2、CH2==CHCOOCH3，共计是4种；

（5）nCH3COOCH==CH2

。

答案　

（1）CH2===CH2　

（2）羟基　（3）取代反应或水解反应

（4）4

（5）nCH3COOCH===CH2

12．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）试写出下列反应的化学方程式：

A→D：

_____________________________；

B→C：

____________________________。

（2）写出反应类型：

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：

________________________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

。

（2）消去反应　加聚反应　缩聚反应

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，化学方程式为

2CH3CH（OH）COOH＋Fe―→[CH3CH（OH）COO]2Fe＋H2↑

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