化學(xué)人教版選修5學(xué)案5-3功能高分子材料

第三節(jié)功能高分子材料一、功能高分子材料1．新型有機(jī)高分子材料及其分類(1)新型有機(jī)高分子材料：具有傳統(tǒng)有機(jī)高分子材料所沒(méi)有的特性的有機(jī)高分子材料，如具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料、隱身材料、液晶高分子材料。(2)功能高分子材料：是指既有傳統(tǒng)高分子材料的機(jī)械性能，又有某些特殊功能的高分子材料，如高吸水性材料聚丙烯酸鈉和導(dǎo)電高分子材料聚乙炔。2．高吸水性樹(shù)脂制取高吸水性樹(shù)脂的方法：(1)對(duì)淀粉、纖維素等天然吸水材料進(jìn)行改性，在它們的高分子鏈上再接上含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈。以提高它們的吸水能力。例如，將淀粉與丙烯酸鈉在引發(fā)劑的作用下共聚，生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物，同時(shí)與交聯(lián)劑反應(yīng)，生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉——聚丙烯酸鈉接枝共聚物高吸水性樹(shù)脂。(2)以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合物，如丙烯酸CH2=CH—COOH等為單體，均聚或兩種單體共聚得到親水性高聚物。例如，丙烯酸單體用NaOH中和得到丙烯酸鈉，加入少量交聯(lián)劑，再在引發(fā)劑作用下發(fā)生聚合，得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂。二、復(fù)合材料1．復(fù)合材料的定義復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上材料組合在一起制成的一種新型材料。其中一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)材料，如鋼筋混凝土、輪胎(玻璃纖維織物為增強(qiáng)材料，橡膠為基體)就是復(fù)合材料。2．復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，綜合性能超過(guò)單一材料，能充分發(fā)揮每一種材料的長(zhǎng)處，避免其弱點(diǎn)。3．常見(jiàn)的復(fù)合材料(1)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料主要是增強(qiáng)纖維：硼纖維、碳纖維和石墨纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、芳綸纖維；基體材料主要是熱固性樹(shù)脂(酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂)、熱塑性樹(shù)脂(聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、熱塑性聚酯樹(shù)脂)、泡沫塑料、橡膠等。(2)玻璃鋼——以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以熱固性樹(shù)脂(酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂)為基體材料而制成的一種復(fù)合材料。它的密度比鋼材、合金鋼、鋁合金小，只有1.5～2.0g·cm－3，強(qiáng)度卻超過(guò)了它們。具有變形小、耐腐蝕、不燃燒、電絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。玻璃鋼可用做船體、汽車(chē)車(chē)身、航空器外殼、體育用品、日常生活用具等。探究點(diǎn)功能高分子材料一、功能高分子材料1．新型有機(jī)高分子材料與傳統(tǒng)的三大合成材料的區(qū)別與聯(lián)系：新型有機(jī)高分子材料與傳統(tǒng)的三大合成材料在本質(zhì)上并沒(méi)有區(qū)別，它們只是相對(duì)而言。從組成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素構(gòu)成的；從合成反應(yīng)看，都是由單體經(jīng)加聚或縮聚反應(yīng)形成的；從結(jié)構(gòu)看，也都是分兩種結(jié)構(gòu)：線型結(jié)構(gòu)、體型結(jié)構(gòu)。它們的重要區(qū)別在于功能與性能上，與傳統(tǒng)材料相比，新型有機(jī)高分子材料的性能更優(yōu)異，往往具備傳統(tǒng)材料所沒(méi)有的特殊性能，可用于許多特殊領(lǐng)域。2．功能高分子材料的品種和分類：二、功能高分子材料和復(fù)合材料的比較功能高分子材料復(fù)合材料概念既有傳統(tǒng)高分子的機(jī)械性能，又有一些特殊性能的高分子材料兩種或兩種以上材料組合成的一種新型的材料。含有基體和增強(qiáng)劑兩種材料性能高分子分離膜能讓某些物質(zhì)有選擇地通過(guò)，而把另外一些物質(zhì)分離掉。醫(yī)用高分子材料具有優(yōu)異的生物相容性、很高的機(jī)械性能強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕用途高分子分離膜用于生活污水、工業(yè)廢液的處理、海水淡化、食品工業(yè)。醫(yī)用高分子材料可制成人造器官用作宇航材料，用于汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、體育用品發(fā)展趨勢(shì)對(duì)重要的通用的有機(jī)高分子材料，不斷提高其使用性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。與人類自身密切相關(guān)，具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強(qiáng)，并取得了一定的進(jìn)展三、常見(jiàn)功能高分子材料【例】下列材料中屬于功能高分子材料的是()①有機(jī)玻璃②合成橡膠③高分子分離膜④生物高分子材料⑤隱身材料⑥液晶高分子材料⑦光敏高分子材料⑧智能高分子材料A．只有①③④⑥⑧ B．只有②④⑥⑦⑧C．只有③④⑤⑥⑦⑧ D．全部都是【思路分析】我們?nèi)菀谆煜齻鹘y(tǒng)合成材料和功能高分子材料，將有機(jī)玻璃、塑料、合成橡膠、合成纖維等傳統(tǒng)合成材料誤認(rèn)為是新型高分子材料。常見(jiàn)的功能高分子品種有：光敏高分子、導(dǎo)電高分子、高分子催化劑與試劑、交換型高分子、生物醫(yī)藥高分子、高分子吸附劑、高分子膜、高吸水性樹(shù)脂等?！窘馕觥坑袡C(jī)玻璃屬于傳統(tǒng)合成材料中的塑料。塑料、合成橡膠、合成纖維屬于三大傳統(tǒng)合成材料，它們不屬于新型有機(jī)高分子材料?！敬鸢浮緾下列關(guān)于新型有機(jī)高分子材料的說(shuō)法中，不正確的是(D)A．高分子分離膜應(yīng)用于食品工業(yè)中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工和釀造業(yè)等B．復(fù)合材料一般是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強(qiáng)劑C．導(dǎo)電塑料是應(yīng)用于電子工業(yè)的一種新型有機(jī)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體排斥作用，難以達(dá)到生物相容的程度解析：本題考查新型有機(jī)高分子材料的用途。1．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(B)A．玻璃鋼是以玻璃纖維作為增強(qiáng)體、合成樹(shù)脂做基體的復(fù)合材料B．飛機(jī)機(jī)身的復(fù)合材料大多是以金屬為增強(qiáng)體、纖維為基體的復(fù)合材料C．制造網(wǎng)球拍用的復(fù)合材料是在合成樹(shù)脂的基體中加入了碳纖維做增強(qiáng)體D．航天飛機(jī)機(jī)身使用的隔熱陶瓷瓦是由纖維和陶瓷復(fù)合而成的材料制成的解析：飛機(jī)機(jī)身的復(fù)合材料大多是以纖維為增強(qiáng)體，金屬為基體的復(fù)合材料，B項(xiàng)中將基體與增強(qiáng)體顛倒了。2．下列說(shuō)法中正確的是(D)A．金屬材料不能制成復(fù)合材料B．酚醛樹(shù)脂和聚氯乙烯都是熱固性塑料C．錦綸絲接近火焰時(shí)先蜷縮，燃燒時(shí)有燒焦毛發(fā)的臭味，灰燼為有光澤的硬塊，能壓成粉末D．復(fù)合材料一般具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，其綜合性能超過(guò)了單一材料解析：鋼筋混凝土就是一種常見(jiàn)的復(fù)合材料，故A錯(cuò)；聚氯乙烯是線型結(jié)構(gòu)，具有熱塑性，故B錯(cuò)；錦綸絲屬于合成纖維，燃燒時(shí)不具有天然蛋白質(zhì)的燒焦毛發(fā)的臭味，且灰燼不易破碎，故C錯(cuò)。3．下列各高分子材料的研究方向中，并不適合未來(lái)高分子材料發(fā)展的是(C)A．使高分子材料具有仿生能力B．使高分子材料向具有特殊物理、化學(xué)功能的“功能材料”發(fā)展C．使高分子材料越來(lái)越牢固，越來(lái)越難分解D．使農(nóng)用薄膜能夠選擇性地透過(guò)種植某種植物所需要的特定波長(zhǎng)的光解析：使高分子材料越來(lái)越牢固是對(duì)的，但越來(lái)越難分解是錯(cuò)誤的，應(yīng)越來(lái)越易分解。4．有關(guān)“尿不濕”的下列說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是(D)A．“尿不濕”之所以具有吸水性是因?yàn)樘砑恿艘环N高吸水性樹(shù)脂B．高吸水性樹(shù)脂是含有羧基(—COOH)、羥基(—OH)等強(qiáng)親水基團(tuán)并具有一定交聯(lián)的網(wǎng)狀高分子化合物C．這種紙尿片吸收尿液以后，體積雖然膨脹，但擠不出液體來(lái)D．尿液中的水分子與親水性基團(tuán)緊密結(jié)合，排列在網(wǎng)狀高分子結(jié)構(gòu)之外解析：“尿不濕”中添加的高吸水性樹(shù)脂，是一種功能高分子材料，它可以用淀粉、纖維素等天然高分子化合物與丙烯酸、苯乙烯磺酸發(fā)生聚合反應(yīng)制得。也可以用聚乙烯醇與丙烯酸鹽反應(yīng)制得。它是含有羧基(—COOH)、羥基(—OH)等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)的網(wǎng)狀高分子化合物。尿液中的水分子與親水基團(tuán)緊密結(jié)合，并被包裹在網(wǎng)狀高分子結(jié)構(gòu)之中，而不是“排列在高分子結(jié)構(gòu)之外”，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。5．在某些塑料(如聚乙炔等)中加入強(qiáng)氧化劑或還原劑后，它們的導(dǎo)電性能大大提高。因?yàn)檫@些塑料具有金屬的一般特性，所以人們稱之為“人造金屬”，下列對(duì)“人造金屬”的說(shuō)法正確的是(B)A．“人造金屬”和普通金屬的制取方法不同，但原料相同B．強(qiáng)氧化劑或還原劑是制取“人造金屬”的重要材料C．“人造金屬”能夠?qū)щ妭鳠幔杂薪饘俟鉂蒁．“人造金屬”具有金屬的一般特性，所以它們屬于金屬解析：“人造金屬”與普通金屬的制取方法和原料均不相同。前者用塑料加入強(qiáng)氧化劑或還原劑，后者用金屬化合物加入還原劑等方法制取。此外，“人造金屬”盡管有金屬的一般特性，但它屬于高分子化合物中的塑料。6．高分子材料發(fā)展的主要趨勢(shì)是高性能化、功能化、復(fù)合化、精細(xì)化和智能化。下列材料不屬于功能高分子材料的是(B)A．用于生產(chǎn)光盤(pán)等產(chǎn)品的光敏高分子材料B．用于制造CPU芯片的良好半導(dǎo)體材料單晶硅C．能用于生產(chǎn)“尿不濕”的高吸水性樹(shù)脂D．能導(dǎo)電的摻雜聚乙炔解析：B項(xiàng)中半導(dǎo)體材料單晶硅，屬于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料。A項(xiàng)中光敏高分子材料、C項(xiàng)中高吸水性樹(shù)脂、D項(xiàng)中導(dǎo)電高分子材料均屬于功能高分子材料。7．醫(yī)用化學(xué)雜志曾報(bào)道，有一種功能高分子材料為聚乙交酯纖維材料C，用這種功能高分子材料制成的手術(shù)縫合線比天然高分子材料的腸線好。它的合成過(guò)程如下：B是A合成C的中間體，它是由兩分子A脫去兩分子水形成的。(1)寫(xiě)出由A合成C的化學(xué)方程式：(2)寫(xiě)出由A制取B的化學(xué)方程式：(3)醫(yī)用高分子材料應(yīng)具備哪些特性？答案：優(yōu)異的生物相容性，較少受到排斥，無(wú)毒性，具有很高的機(jī)械性能以及其他一些特殊性能。解析：由題給條件可知，B分子為環(huán)酯且具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)。采用平均拆分法，可得A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。A生成C的反應(yīng)為酯化原理的縮聚反應(yīng)，eq\o(,\s\up17(催化劑))A→B為酯化反應(yīng)，其化學(xué)方程式為：8．碳纖維強(qiáng)化塑料是一種新型的高強(qiáng)度復(fù)合材料，其強(qiáng)度比鋼鐵材料大而密度比鋁小。據(jù)報(bào)道，每架波音767飛機(jī)使用了1噸碳纖維材料，而一種新型的波音757飛機(jī)使用了9噸以上的碳纖維。制取碳纖維的一種方法是將聚丙烯腈纖維在稀有氣體中進(jìn)行高溫處理而獲得，這種碳纖維的結(jié)構(gòu)可表示如下：(1)構(gòu)成這種碳纖維的元素是C、H、N，其原子個(gè)數(shù)比為3∶1∶1。(2)用乙炔和HCN為原料合成這種碳纖維的流程可表示如下：CH≡CHeq\o(→,\s\up17(HCN))Aeq\o(→,\s\up17(高聚物))Beq\o(→,\s\up17(高溫處理))Ceq\o(→,\s\up17(脫氫))碳纖維用化學(xué)方程式表示以下過(guò)程：①CH≡CH和HCN反應(yīng)CH≡CH＋HCNeq\o(→,\s\up17(一定條件))CH2=CH—CN；②A→B。解析：碳纖維材料是一種重要的新型復(fù)合材料，題目已知給出制取這種碳纖維是將聚丙烯腈經(jīng)高溫處理而得，聚丙烯腈的結(jié)構(gòu)為，注意到題給碳纖維的結(jié)構(gòu)，可以將聚丙烯腈結(jié)構(gòu)寫(xiě)為，其中—CN的結(jié)構(gòu)為—C≡N。這種變換寫(xiě)法是解答本