2018届一轮复习鲁科版功能高分子材料的研制学案 16页

课题1　功能高分子材料的研制 ‎1．了解共聚技术在改进高分子材料性能中的应用。‎ ‎2．掌握功能高分子材料的分类、性能。(重点)‎ ‎3．学会用比较的方法，探索简单共聚反应的化学方程式的写法。功能高分子材料的研发原理及有关反应方程式的书写。(重难点)‎ ‎4．常识性地了解高分子材料与生产生活的密切关系。‎ 认识功能高分子材料 ‎1.分类 从组成和结构上分：功能高分子材料分为结构型功能高分子材料和复合型功能高分子材料两大类。‎ ‎2．定义 ‎(1)结构型功能高分子材料：在合成高分子的主链或支链上接上带有显示某种功能的官能团，使高分子材料具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求。‎ ‎(2)复合型功能高分子材料：以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能(如导电、导磁等)的材料进行复合而制得的一类功能高分子材料。‎ ‎1．高分子合成材料都属于功能高分子材料吗？‎ ‎【提示】　高分子合成材料不一定是功能高分子材料，功能高分子材料一定属于高分子合成材料。‎ 几种功能高分子材料及其研制 ‎1.光敏高分子材料及其研制 在光照条件下，能迅速发生化学反应的功能高分子材料。光敏高分子在吸收了光能量后，会发生化学反应或结构的改变，这些光化学反应是光敏高分子材料实际应用的基础。合成这类高分子材料就是要使高分子化合物分子骨架上带上感光基团。‎ ‎2．高吸水性树脂及其研制 高吸水性树脂也叫做超强吸水剂，其吸水量为自身质量的几十倍乃至上千倍，且具有吸水和保水功能。其制造方法有两种：一种方法是使淀粉、纤维素等的分子接上亲水基团；另一种方法是利用分子中具有亲水基团的高聚物进行共聚而制得。‎ ‎3．导电高分子材料及其研制 ‎(1)结构型导电高分子材料如聚乙炔具有导电性，这是由它具有的单键、双键相隔的结构体系 ‎(…—CH===CH—CH===CH—CH===CH—…)‎ 所决定的。在这种结构体系中，成键的电子在整个体系中自由流动，使聚乙炔具有导电性。将碘掺杂至聚乙炔中，会使聚乙炔的导电能力大幅度提高。‎ ‎(2)复合型导电高分子材料是在高聚物材料中加入各种导电物质(如金属、石墨粉等)经过分散复合而成的，包括半导体材料、防静电除静电材料、导电材料和高导电材料。‎ ‎4．生物医学高分子材料及其研制 生物医学高分子材料兼有有机材料和无机材料的双重优点：安全可靠、无毒、无污染、耐腐蚀、耐老化、使用寿命长、耐高低温，电绝缘性、生理惰性、生物相容性好等。‎ 研制生物医学高分子材料，需要探索有关材料的分子结构。如科学家通过分析蓝色贻贝分泌液的分子结构，合成出一种超级黏合剂。利用高分子材料与药物分子的结合可以生产出多种缓释药，以此来提高疗效。‎ ‎2．导电塑料的导电原理与电解质溶液导电原理相同吗？‎ ‎【提示】　不相同。导电塑料是自由电子导电，电解质溶液是自由移动的离子导电。‎ 新材料的发展方向 未来材料的发展趋势是复合化、设计化、智能化、仿生化、轻量化、高性能化和高功能化，以及用纳米技术研制新材料。‎ 功能高分子材料的分类及研制 ‎【问题导思】　‎ ‎①功能高分子材料从组成和结构上如何分类？‎ ‎【提示】　分为结构型功能高分子材料和复合型功能高分子材料。‎ ‎②功能高分子材料与普通高分子材料有什么不同之处？‎ ‎【提示】　功能高分子材料具有特殊的功能，普通高分子材料不具备特殊的功能。‎ ‎③生活中常用的功能高分子材料有哪几种？‎ ‎【提示】　光敏高分子材料、高吸水性树脂、导电高分子材料、生物医学高分子材料。‎ ‎1．功能高分子材料的分类 ‎(1)从组成和结构上分为：结构型功能高分子材料和复合型功能高分子材料。‎ ‎(2)从功能上分为：光敏高分子材料、高吸水性树脂、导电高分子材料、生物医学高分子材料。‎ ‎2．功能高分子材料的研制思路 ‎(1)把显示某种特殊功能的官能团接在合成高分子的主链或支链上，可制得结构型功能高分子。如：制取光敏高分子材料和高吸水性树脂等。‎ ‎(2)普通高分子材料与具有特定功能的材料进行复合而制得复合型功能高分子材料。如：把铁氧体粉末与树脂复合可制成具有吸收屏蔽功能的“隐身”复合材料。‎ ‎(3)利用结构与性质的关系设计合成的功能高分子材料。如通过研究分子的结构及性质特点而设计合成的生物医学高分子材料和仿生高分子材料等。‎ ‎　下列物质中，不属于功能高分子材料的是(　　)‎ A．导电塑料 B．离子交换膜 C．聚氯乙烯塑料 D．聚氨酯心脏 ‎【解析】　导电塑料能导电，离子交换膜对阴、阳离子能选择性透过。聚氨酯心脏具有生物特性，且均属于高分子材料，故上述三者均属于功能高分子材料，聚氯乙烯塑料为普通的高分子合成材料。‎ ‎【答案】　C 注意普通高分子材料与功能高分子材料的区别是：看是否具有特殊功能。‎ ‎1．聚乙烯醇肉桂酸酯是早期开发的光刻胶，它由聚乙烯醇和肉桂酰氯反应生成，化学反应方程式如下：‎ ‎ ‎ 聚乙烯醇肉桂酸酯 对于该化学反应的类型，判断正确的是(　　)‎ A．加聚反应　　　　　　 B．缩聚反应 C．取代反应 D．复分解反应 ‎【解析】　加聚反应和缩聚反应都属于聚合反应，聚合反应是由低分子生成高分子化合物的反应，而该化学反应是高分子和低分子生成新的高分子化合物的反应。‎ ‎【答案】　C 聚乙炔、聚乙烯、聚1,3丁二烯的导电性 ‎【问题导思】　‎ ‎①乙炔、乙烯、1,3丁二烯导电吗？‎ ‎【提示】　乙炔、乙烯、1,3丁二烯均由分子构成，不导电。‎ ‎②聚乙炔、聚乙烯、聚1,3丁二烯中哪种物质导电？‎ ‎【提示】　聚乙炔。‎ ‎③导电性高分子材料中存在什么结构从而导电？‎ ‎【提示】　单、双键交替结构。‎ ‎1．聚乙炔导电的原因 科学家们经研究发现，聚乙炔的导电性与其结构上的独特性有关，在聚乙炔中，具有单键、双键相隔交替重复出现的结构体系，在这种结构体系中，成键的电子在整个体系中自由流动，使聚乙炔具有导电性。‎ ‎2．聚乙烯、聚1,3丁二烯不导电 聚乙烯的结构表示为：‎ CH2…CH2CH2CH2…，‎ 聚1,3丁二烯的结构表示为：‎ ‎…—CH2—CH===CH—CH2—CH2—CH===CH—CH2—…‎ 与聚乙炔的结构对比发现，它们的分子结构中都没有单、双键交替重复出现的特点，因此，聚乙烯、聚1,3丁二烯没有导电性。‎ ‎3．结论 要使高聚物有类似聚乙炔的导电性，就要使其具有聚乙炔的结构特点，即在高分子链中重复出现单、双键交替的结构特点，故加聚生成高聚物的单体须含有碳碳叁键。如：‎ ‎　诺贝尔奖获得者美国物理学家A.J.Heeger和化学家A.G.MacDiarmid和日本化学家Shirakawa的研究方向是高分子导电聚合物，典型的代表物是聚乙炔，在聚乙炔中由于具有碳碳双键和碳碳单键交替出现的特殊结构，使电子的流动性很大。‎ ‎(1)写出生成聚乙炔的化学方程式：__________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(2)当向聚乙炔中加入某种单质时，在聚乙炔材料中会出现“空穴”，并会像半导体一样在电场作用下导电，所加物质应是__________。‎ A．Cu　　B．Na　　C．I2　　D．SiO2‎ ‎【解析】　(1)聚乙炔中具有和交替出现的结构，乙炔在加聚时应断裂—C≡C—中的1个键。(2)题中因加入单质出现“空穴”，像半导体一样在电场作用下能够导电。暗示加入物质可与发生加成反应造成双键的空穴。Cu、Na为金属，SiO2为化合物均不会与其发生加成反应。‎ ‎【答案】　(1)nCH≡CH CH===CH ‎(2)C ‎2．某导电塑料结构为，则该高分子材料的单体是 ‎(　　)‎ A．乙烯和苯乙烯 B．乙炔和苯乙烯 C．丙炔和苯乙炔 D．2丁炔和苯乙炔 ‎【解析】　由题给结构简式可知，该高分子材料的单体为CH3—C≡C—CH3、。‎ ‎【答案】　D ‎1．功能高分子材料的2种类型：结构型和复合型。‎ ‎2．4种常见的功能高分子材料：光敏高分子材料、高吸水性树脂、导电高分子材料、生物医学高分子材料。‎ ‎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．③④⑤ D．全部 ‎【解析】　功能高分子材料具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求。‎ ‎【答案】　D ‎2．下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．高吸水性树脂主要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的淡化 ‎【解析】　聚乙炔膜属导电高分子材料，主要用于制造电子器件。‎ ‎【答案】　D ‎3．下列基团不属于亲水基团的是(　　)‎ A．—OH B．—COOH C．—COONa D．‎ ‎【解析】　据“相似相溶”原理可知—OH、—COOH、—COONa均为亲水基团。‎ ‎【答案】　D ‎4．“喷水溶液法”是日本科学家研制出的一种使沙漠变绿洲的新技术，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子结合，在地表下30～‎50 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．单体的结构简式为CH2CHCOOR 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．没有固定的熔、沸点 ‎【解析】　聚丙烯酸酯分子中不含，不能发生加成反应。‎ ‎【答案】　B ‎5．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：‎ ‎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__________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)根据反应前后元素化合价的变化可推知氧化剂为乳酸，还原剂为铁。‎ ‎【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 学业分层测评(十五)‎ ‎(建议用时：45分钟)‎ ‎[学业达标]‎ ‎1．下列物质不属于功能高分子材料的是(　　)‎ A．高分子分离膜　　　　 B．液晶高分子材料 C．生物高分子材料 D．有机玻璃 ‎【解析】　有机玻璃是传统有机高分子材料。‎ ‎【答案】　D ‎2．为了防止飞船与大气摩擦产生高温而起火燃烧，在飞船表面覆盖着某种特殊材料，该材料应具有的性质是(　　)‎ A．良好的导电性 B．密度较大，以增大飞船对地面的惯性 C．轻质防热，可以承受上千度的高温 D．质地柔软，以利于飞船变形 ‎【解析】　飞船外表的材料应该符合强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能。‎ ‎【答案】　C ‎3．下列阐述中，属于光敏高分子材料的用途的是(　　)‎ A．芯片上的超大规模集成印刷电路是靠光刻的方法制备的，光刻中使用的光刻胶属于光敏高分子材料 B．硅太阳能电池也有光敏高分子膜 C．所有油墨、涂料、黏合剂均属于光敏高分子材料 D．照相底片上的感光物质均属于光敏高分子材料 ‎【答案】　A ‎4．下列说法错误的是(　　)‎ A．玻璃钢是以玻璃纤维作为增强体、合成树脂作为基体的复合材料 B．飞机机身的复合材料大多是以金属为增强体、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为增强体 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】　飞机机身的复合材料大多是以纤维为增强体，金属为基体的复合材料，故B项错误。‎ ‎【答案】　B ‎5．下列说法中错误的是(　　)‎ A．高分子分离膜具有能够有选择地让某些物质通过而把另外一些物质分离掉的特点 B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能 C．合成人工器官大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料 D．塑料、合成纤维、合成橡胶并称为新科技革命的三大支柱 ‎【解析】　能源、信息、材料并称为新科技革命的三大支柱。‎ ‎【答案】　D ‎6．随着社会的发展，复合材料是一类新型的有发展前途的材料。目前，复合材料最主要的应用领域是(　　)‎ A．高分子分离膜 B．人类的人工器官 C．宇宙航空工业 D．新型药物 ‎【答案】　C ‎7．婴儿用的一次性尿片中有一层能吸水保水的物质。下列高分子中有可能被采用的是(　　)‎ ‎【解析】　中含的—OH为亲水基团，故高分子材料有吸水性；这种材料没有毒副作用，故可用于制作婴儿用的尿片。‎ ‎【答案】　B ‎8．下列物质不能用来合成导电塑料的是(　　)‎ A．乙炔 B．甲醛 C．丙炔 D．苯乙炔 ‎【解析】　导电塑料中一定存在单、双键交替结构。‎ ‎【答案】　B ‎9．下列有关功能高分子材料的说法中，不正确的是 ‎(　　) 【导学号：28920059】‎ A．炼钢工业用气体分离膜中的氧富集膜制取富集氧空气来提高钢的产量和质量 B．芯片是靠光刻的方法制备的，而光刻中最重要的材料——光刻胶就是一种光敏高分子材料 C．导电塑料是应用于电子工业的一种功能高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官都能受到人体的排斥作用 ‎【解析】　并不是所有人工合成的高分子材料植入人体都出现排斥反应，有不少的功能高分子材料具有优异的生物相容性，在人体中排斥很小，可以满足人工器官对材料的苛刻要求。‎ ‎【答案】　D ‎[能力提升]‎ ‎10．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：‎ ‎(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】　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。与酸性KMnO4如果不对碳碳双键进行保护，酸性KMnO4就会将其氧化而使其断裂。‎ ‎【答案】　 ‎ ‎(2)取代反应　加成反应　酯化反应(或取代反应)‎ ‎(3)NaOH的水溶液、加热　NaOH的醇溶液、加热 ‎(4)保护碳碳双键 ‎11．光刻胶是大规模集成电路、印刷电路板和激光制版技术中的关键材料。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)请指出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)反应。‎ ‎(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 以看出，它的分子中含有酯基、碳碳双键；‎ ‎(2)由A到B的转化关系不难看出是由A分子中的双键通过加成而生成B；‎ ‎(3)因含有酯基() 因此A与NaOH反应实际是酯在碱性条件下的水解反应；‎ ‎(4)B在酸性条件下也是发生了酯的水解反应将 ‎【答案】　(1)酯基、碳碳双键　(2)加成 ‎(4)C18H16O4‎ ‎12．液晶是一类新型材料，MBBA是一种研究得较多的液晶化合物，它可以看作是由醛A和胺B去水缩合的产物。‎ ‎________________________________________________________________、‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(2)醛A的同分异构体很多，其中属于酯类化合物而且结构式中有苯环结构的同分异构体就有6种，它们是 ‎_____________________、_____________________。‎ ‎【解析】　(1)本题主要考查丁基的同分异构体，丁基的结构有四种，题目已写出两种，另两种为仲丁基 ‎[CH3CH2CH(CH3)—]和叔丁基[(CH3)‎3C—]。‎ ‎(2)根据题意，符合条件的异构体只有苯甲酸甲酯(已给)、乙酸苯酚酯(已给)、甲酸甲基苯酚酯。题目已给出了对位甲基和间位甲基的两种甲酸苯酚酯，可见只须移动甲基的位置，就可以写出符合要求的答案，因此有①将甲基移花接木到邻位；②将甲基变为亚甲基插在甲酸根和苯环之间，即是本题的考点。‎ ‎13．聚四氟乙烯(CF2CF2)塑料又称为“塑料王”，这是因为它具有特殊的化学稳定性，能够耐强酸、强碱甚至王水的腐蚀，既耐高温又耐低温，绝缘性好而且在水中也不会被浸湿或膨胀，表面极其光滑，摩擦系数小，因此被广泛应用于化学化工、机械、电气、建筑、医疗、家庭生活等很多领域。‎ 阅读上述材料，回答下列问题。‎ ‎(1)写出用四氟乙烯为原料制备聚四氟乙烯的化学方程式和反应类型：‎ ‎________________________________________________________________‎ ‎____________________________，__________________________________。‎ ‎(2)四氟乙烯属于小分子，相对分子质量为100，聚四氟乙烯是聚合度(n ‎)很大的高分子。取相同质量的四氟乙烯和聚四氟乙烯，通过一定的实验方法检测它们的含氟质量分数，从理论上来说，测得两者的含氟质量分数相同还是不同？________。理由是____________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(3)聚四氟乙烯塑料还可用于制造人工骨骼、软骨等，这主要体现了新材料研发方向的________(用序号填写)。‎ ‎①复合化　②仿生化　③智能化 ‎(4)用聚四氟乙烯塑料作滑雪板的贴面，很受运动员的喜爱。这主要利用到聚四氟乙烯塑料的性质有____________________________。‎ ‎(5)我国南方曾经出现过大面积的冻雨气象，造成了很严重的自然灾害。灾害发生后，我国各方面的大量人员参与抗雪救灾，取得了胜利。请你给聚四氟乙烯塑料在抗雪救灾工作中派上一种或几种用途：____________________________‎ ‎_________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎【答案】　(1)nCF2CF2 CF2CF2　加聚反应 ‎(2)相同　四氟乙烯和聚四氟乙烯的最简式相同，即CF2　(3)②③　(4)耐低温；表面极其光滑，摩擦系数小；在水中也不会被浸湿或膨胀　(5)作电工的防护服；作电工的安全帽