1、第三节 功能高分子材料 一、新型有机高分子材料与传统的三大合成材料有本质上的差别吗？功能高分子材料 的品种与分类有哪些？ 1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 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。 从组成元素看，都是由 C、H、O、N 、S 等元素构成；从合成反应看，都是由单体经加聚 或缩聚反应形成；从结构看，也就是分两种结构：线型结构、体型结构。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。 2功能高分子材料的品种与分类 特别提醒 医用高分子材料
2、应该满足：无毒，且是化学惰性的；与人体组织和血 液相容性好；具有较高的机械性能；容易制备、纯化、加工和消毒。 二、高分子化合物与高分子材料的比较 链节 分子链中重复出现的结构单元 聚合度 分子链中的链节数，用 n 表示 单体 生成高分子化合物的小分子物质 线型结构 又称支链型、直链型，连成长链，有热塑性结构 体型结构 分子链间以共价键“交联” ，连成网状结构，成型后 不可塑 1.线型高分子能溶解在适当的溶剂中，体型高分子只能溶胀 2.线型高分子有热塑性，体型高分子有热固性 3.高分子材料的强度较大 4.高分子材料一般不易导电，弹性好，耐磨，不耐热 高分 子化合 物 性质 5.部分高分子材料还具
3、有耐酸、耐碱、耐腐蚀、难降解的性质 塑料 如：聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、聚四氟乙烯 合成橡胶 如：丁苯橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶 高分子 材料 三大合成 材料 合成纤维 如：涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、维纶、氯纶 天然高分子材料 如：淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶 按来源分 合成高分子材料 如：塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料 功能高分子材料 如：高分子分离膜、医用高分子、吸水高分 子 按性能分 复合材料 如：玻璃纤维、碳纤维 类型 1 高分子材料的分类 例 1 下列材料中，属于功能高分子材料的是( ) 高分子膜 生物高分子材料 光敏高分子材料 导电高分子材料 离子交 换树脂 液晶高分子材料
4、 A B C D 答案 D 解析 根据功能高分子的分类即可顺利解答。 类型 2 功能高分子材料的结构与性能 例 2 随着医用高分子材料的发展，人们已可用人工器官代替不能治愈的病变器官。 目前已经制成的人工器官有( ) 皮肤 肝 肺 肾 骨骼 眼 A B C D全部 答案 D 解析 医用高分子材料的应用十分广泛，利用其特殊结构和特殊性质，可以制备与人 体器官功能相同的人工器官。 医用高分子材料必须满足的条件：无毒，且是化学惰性的；与人体组织和血液相 容性好；具有较高的机械性能；容易制备、纯化、加工和消毒。 类型 3 复合材料的结构与性能 例 3 碳纤维强化塑料是一种新型的高强度复合材料，其强度比
5、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： CHCH A B C 碳纤维 HCN 高 聚 物 高 温 处 理 脱 氢 用化学方程式表示以下过程： CHCH 与 HCN 反应_； A B_。 答案 (1)C、H、N 311 (2)CH CHHCN CH2=CHCN 催 化 剂 nCH
6、2=CHCN 催 化 剂 解析 碳纤维材料是一种重要的新型复合材料，题目已知给出制取这种碳纤维是将聚 丙烯腈经高温处理而得，聚丙烯腈的结构为 ，注意到题给碳纤维的结构， 可以将聚丙烯腈结构写为： 其中 CN 的结构为 CN 。 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CN 中的三键打开重新结 合构成环状结构，即生成 C，C 在催化剂作用下脱氢，在 C 中环状结构的CH 2与 上各脱去一个氢原子而形成 双键结构，形成碳纤维。显然，在CH 2原 子团上脱去一个 H 原子后，还有一个氢原子，所以可知这种碳纤维由
7、 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 311。 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。请你想一想，为什 么都要做成网状结构？目的是否相同？ 点拨 橡胶工业中将线型结构的橡胶连接为网状结构是为增加橡胶的强度；高吸水性 树脂将线型结构连接为网状结构是使它既吸水又不溶于水。 1 点拨 高聚物在其所含有的官能团发生酯化、水解等反应时，碳链并没有参加反应。 2B 3 点拨 乳酸是一种羟基羧酸，由于其结构的特殊性，已成为高考化学命题的热点。
8、它 不 但能形成链酯和聚酯，而且还可以形成环酯。 1下列物质中不属于新型有机高分子材料的是( ) A高分子分离膜 B液态高分子材料 C生物高分子材料 D有机玻璃 答案 D 2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， 另外一种材料作为增强剂，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纯棉内衣 答案 AD 3下列材料中，属于功能高分子材料的是( ) 高分子膜 生物高分子材料 导电高分子材料 离子交换树脂 医用高分子 材料 高吸水性树脂 A B C D 答案 D 解析 常用功能高分子材料包
9、括高分子膜、医用高分子材料、高吸水性树脂、离子交 换树脂、光 敏高分子材料、导电高分子材料、生物高分子材料、高分子催化剂和试剂等。 4高分子分离膜可以有选择地让某些物质通过而将物质分离，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 答案 B 解析 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。 5下列说法不
10、正确的是( ) A探求某种新型高分子材料时，需要研究分子结构与功能之间的关系 B三大支柱产业为能源、材料和信息工程 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具有网状结构的物质即具有强吸水性 答案 D 6聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好、不易老化、 耐擦洗、色泽亮丽等特点。下边是聚丙烯酸酯的结构简式，它属于( ) 无机化合物 有机化合物 高分子化合物 离子化合物 共价化合物 A B C D 答案 C 解析 聚丙烯酸酯类是由丙烯酸酯经加聚反应得到的： 可见，聚丙烯酸酯类属于有机化合物、高分子化合物、共价化合物。 7我国科学家前不久成功地合成了 3 n
11、m 长的管状碳纳米管，此管居世界之首。这种 碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力 )高、密度小(只有钢的 )、熔点高、化学稳定性 14 好的特点，因此被称为“超级纤维” 。下列对碳纤维的说法不正确的是( ) A它是制造飞机的某些部件的理想材料 B它的主要组成元素是碳 C它的结构与石墨相似 D碳纤维复合材料不易导电 答案 C 8聚甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式为 ，它是制作软质隐形 眼镜的材料。请写出下列有关反应的化学方程式： (1)由甲基丙烯酸羟乙酯制备聚甲基丙烯酸羟乙酯 _。 (2)由甲基丙烯酸制备甲基丙烯酸羟乙酯 _。 (3)由乙烯制备乙二醇 _。 解析 甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式为： ，它
12、是聚甲基丙烯酸羟乙酯的单体，由它制备聚甲基丙烯酸 羟乙酯的反应属于加聚反应： 由甲 基丙烯酸制备甲基丙烯酸羟乙酯应进行酯化反应，对照反应物、产物的结构可确 定要使用乙二醇： 9感光性高分子是一种在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子 材料。其结构简式为： 试回答下列问题： (1)在一定条件下，该高聚物可发生的反应有_( 填写编号)。 加成反应 氧化反应 消去反应 酯化反应 取代反应 (2)该高聚物和 NaOH 溶液发生反应的化学方程式为 _。 (3)该高聚物在催化剂和酸性环境下水解后得到相对分子质量较小的产物是 A，则： A 在一定条件下与甲醇发生反应的化学方程式为 _。 A
13、的同分异构体有多种，其中属于不同类别且含有苯环、 ，苯环上 有两个取代基的结构简式是( 任写两种) _ _。 答案 (1) 解析 (1)该高聚物中含有酯基、 和苯环，能够发生水解(取代) 、加成、氧化反 应。 (1)高聚物水解后得到 和 。 第三节 功能高分子材料 1下列属于功 能高分子材料的是 ( ) 高分子分离膜 人工器官 理想的宇航材料 天然橡胶 A B C D 答案 A 2关于功能高分子材料的下列说法中，不正确的是( ) A离子交换树脂主要用于分离和提纯，如硬水的软化、回收工业废水中的金属等 B婴儿用的“尿不湿”的主要成分是具有强吸水性的树脂 C导电塑料应用于电子工业，可用来制造电子器
14、件 D医用高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到与生物相容的 程度 答案 D 3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复合材料的作用可以使导弹的质量减轻 C复合材料的使用可以使导弹能承受超高强度的变化 D复合材料的使用可以使导弹能承受温度的剧烈变化 答案 B 解析 导弹的壳体大多是以纤维为增强体、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。 4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， 但无法进
15、行海水淡化 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剂 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合成高分子材料一般具有优异的生物兼容性，较少受到排斥 答案 A 1随着有机高分子材料研究的不断加强和深入，使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电磁屏蔽材料 答案 AD 解析 随着社会的进步，科学技术的发展，高分子材料的作用越来越重要。特别是在 尖端技术领域，对合成材料提出了更高的要求，尤其是具有特殊性质的功能性材料和多种 功能集一身的复合材料。 2 “喷
16、水溶液法”是日本科学家最近研制出的一种使沙漠变绿洲的技术，它是先在沙 漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯水溶液，水溶液中的高分子与沙土粒相结合，在地表下 30 cm 50 cm 处形成一个厚 0.5 cm 的隔水层，既能阻止地下的盐分上升，又有拦截、蓄积雨 水的作用。下列对聚丙烯酸酯的说法不正确的是( ) A它的单体的结构简式为 B它在一定条件下能发生加成反应 C它在一定条件下能发生水解反应 D它没有固定的熔、沸点 答案 B 解析 聚丙烯酸酯的结构简式为： ，其单体为 CH2=CHCOOR，它 的分子中含有酯基官能团，故能发生水解反应；聚丙烯酸酯是高聚物，属混合物，没有固 定的熔、沸点；因其分子中没有
17、碳碳双键，故不能发生加成反应。 3. 复合材料的优点是( ) 强度高 质量轻 耐高温 耐腐蚀 A B除外 C D 答案 D 4能够把化学能转化成电能的高分子材料是( ) A传感膜 B分离膜 C分导纤维 D玻璃钢 答案 A 5目前商场出售的一种婴儿使用的“尿不湿”产品的组成是 ，其主 要性质是( ) A显酸性 B有吸水性 C可发生加成反应 D不能燃烧 答案 B 6具有单双键交替长链(如： CHCHCHCHCHCH)的高分子有可能成为导电塑料。2000 年诺贝尔(Nobel)化 学奖即授予开辟此领域的 3 位科学家。下列高分子中可能成为导电塑料的是( ) A聚乙烯 B聚丁二烯 C聚苯乙烯 D聚乙炔
18、 答案 D 7食品保鲜膜按材质可分为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC) 等种类。 PVC 被广泛地用于食品、蔬菜外包装，它对人体有潜在危害。下列有关叙述不正确的是( ) APVC 保鲜膜属于链状聚合物，在高温时易熔化，能溶于酒精 BPVC 单体可由 PE 的单体与氯化氢加成制得 C鉴别 PE 和 PVC，可把其放入试管中加热，在试管口放置一湿润的蓝色石蕊试纸， 如果试纸变红，则是 PVC；不变红，则为 PE D等质量的聚乙烯和乙烯完全燃烧消耗的氧气不一定相等 答案 BD 8军事上的“地表伪装”是军事上保持的外观色彩、红外反射与周围环境互相吻合以 达到以假乱真的目的。20
19、 世纪 70 年代研制出的 BASF 是一种红外伪装还原染料。其结构 简式如下： 该染料为橄榄色或黑色。 请回答下列问题： (1)染料 BASF 的分子式为_。 (2)1 mol BASF 在适宜条件下，与足量的金属钠反应可生成 _mol H2；1 mol BASF 在适宜条件下和 H2 发生加成反应所需 H2 最多为_mol。 答案 (1)C 2n24 H4n10 N2O6 (2)1 14 解析 1 mol BASF 中含有 2 mol 羟基与足量钠反应能生成 1 mol H2；苯环中的双键及“ ”均能与 H2 发 生加成反应。 9有机黏合剂是生产和生活中一类重要的材料。黏合过程一般是液态的
20、小分子黏合剂 经化学反应转化为大分子或高分子而固化。 (1)厌氧胶是一种黏合剂，其结构简式为： 。它 在空气中稳定，但在隔绝空气( 缺氧) 时，分子中双键断开发生聚合而固化。工业上用丙烯 酸和某种物质在一定条件下反应可制得这种黏合剂，这一制取过程的化学方程式为： _。 (2)白乳胶是常用的黏合剂，其主要成分为醋酸乙烯酯(CH 3COOCH=CH2)，它有多种 同分异构体，其中同时含有“CHO”和“CH= =CH”结构的同分异构体共有五种，如 “CH3CH=CHOCHO”和“CH 2=CHCH2OCHO”，请写出另外三种同分异构 体的结构简式(已知含有 结构的物质不能稳定存在)：_、 _、_。
21、(2)HOCH2CH=CHCHO CH2=CHOCH2CHO CH3OCH=CHCHO 10医用化学杂志曾报道，有一种功能高分子 材料为聚乙交酯纤维材料 C，用这种功 能高分子材料制成的手术缝合线比天然高分子材料的肠线好。它的合成过程如图： (B： 是 A 合成 C 的中间体，它是由两分子 A 脱去两分子水形成的。 ) (1)写出 A、C 的结构简式： A_， C_ 。 (2)写出由 A 制取 B 的化学方程式 _。 (3)医用高分子材料应具备哪些特性： _ _。 (3)优异的生物相容性、较少受到排斥、无毒性、具有很高的机械性能以及其他一些 特殊性能 解析 从题给条件可知，B 分子为环酯且具有
22、对称结构。采用平均拆分法，可得 A 的 结构简式为 。 A 生成 C 的反应为酯化原理的缩聚反应， 11某些高分子催化剂可用于有机合成。下面是一种高分子催化剂() 合成路线的一 部分( 和都是的单体；反应均在一定条件下进行；化合物和中含 N 杂环的 性质类似于苯环)： 回答下列问题： (1) 写出由化合物合成化合物的反应方程式 _ _ (不要求标出反应条件)。 （2）下列关于化合物、和的说法中，正确的是 _(填字母) 。 A化合物可以发生氧化反应 B化合物与金属钠反应不生成氢气 C化合物可以发生水解反应 D化合物不可以使溴的四氯化碳溶液褪色 E化合物属于烯烃类化合物 (3)化合物是_(填字母
23、)类化合物。 A醇 B烷烃 C烯烃 D酸 E酯 (4)写出 2 种可鉴别和的化学试剂 _。 (5)在上述合成路线中，化合物和在催化剂的作用下与氧气反应生成 和水，写出 反应方程式 _ _ _ (不要求标出反应条件)。 答案 (1) CH 3COOH H 2O (2)AC (3)E (4)饱和 Na2CO3 溶液、酸性 KMnO4 溶液 (5)2CH2=CH22CH 3COOHO 2 2CH3COOCH=CH22H 2O 催 化 剂 浓 硫 酸 解析 (1)和 CH3COOH 发生酯化反应。 (2)中含醇羟基，故可以被氧化，A 正确；可以与 Na 反应产生氢气，B 错误； 中含有酯基，故可以水解
24、，C 正确；中含 可以使溴水褪色，D 错误；中含 N 原子故不是烃，E 错误；选 A、C 。 (3)由分析为 ，只有 E(酯) 符合题意。 (4)由题目信息知是 CH2=CH2，是 CH3COOH，可以利用二者性质不同：酸性、 还原性来鉴别，如溴水、Na 2CO3 溶液、酸性 KMnO4 溶液等。 (5)见答案。 探究创新 12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，反应式为
25、： 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
26、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 解析 本题是化学与生物的综合，要充分利用题给信息，结合学过的知识进行思考， 问题会迎刃而解。 章末总结 1(1)b (2)a (3)c f 2(1)CH 2=CH2 点拨 通过该题我们应该认识到了解日常生活中常见有机物的成分是非常有必要的。 当然了解各种高分子材料的性能后，我们也可以推测其用途。 3(1) 甲基丙烯酸乙二酯或甲基丙烯酸 羟基乙酯 (2) 4将聚苯乙烯泡沫塑料粉碎，放入反应釜中，用氮气等气体将装置内的空气排尽，高 温加热，收集并冷凝所得蒸气，即可得到苯乙烯。 点拨 该实验方案的设计要注意两点：因为高温加热，所以要选择合适的热解装置； 热解装置中不能有氧气。 5 点拨 丁二烯及其衍生物在发生加聚反应时，两个双键都断开，在两个双键中间再形 成 一个双键，另两个不饱和键与其他的不饱和键相连，形成高分子化合物
