第2課時功能高分子材料[核心素養發展目標]了解功能高分子材料的含義及其在實際應用上的意義。1．定義具有某些特殊化學、物理及醫學功能的高分子材料。例如，高分子催化劑；各種濾膜；磁性高分子；形狀記憶高分子；高吸水性材料；醫用高分子材料；高分子藥物等。2．高吸水性樹脂(1)結構特點①含有強親水性原子團(—OH)的支鏈；②具有網狀結構。(2)合成方法①對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，在淀粉或纖維素的主鏈上再接入帶有強親水基團的支鏈，可以提高它們的吸水能力。例如，淀粉與丙烯酸鈉在一定條件下發生反應，生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物。為防止此共聚物溶于水，還需在交聯劑作用下生成網狀結構的淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。②用帶有強親水基團的烯類單體進行聚合，得到含親水基團的高聚物。例如，在丙烯酸鈉中加入少量交聯劑，再在一定條件下發生聚合，可得到具有網狀結構的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。這兩種方法有一個共同特點，都要在反應中加入少量交聯劑，讓線型結構變為網狀結構。(3)應用可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，改良土壤；可用于嬰幼兒使用的紙尿褲。3．高分子分離膜(1)分離原理只允許水及一些小分子物質通過，其余物質被截留在膜的另一側，稱為濃縮液，達到對原液凈化、分離和濃縮的目的。(2)分類根據膜孔大小分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。(3)制作材料主要是有機高分子材料，如醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。(4)應用海水淡化和飲用水的制取，果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等。(1)丙烯酸鈉是高吸水性樹脂的主要成分()(2)由淀粉等物質制取網狀結構的淀粉是為了增強其穩定性()(3)功能高分子材料具有傳統高分子材料的機械性能和某些特殊功能()(4)高分子分離膜用于污水、工業廢水處理和海水淡化等()答案(1)×(2)×(3)√(4)√1．高分子材料發展的主要趨勢是高性能化、功能化、復合化、精細化和智能化，下列材料不屬于功能高分子材料的是()A．用于生產光盤等產品的光敏高分子材料B．用于制造CPU芯片的良好半導體材料單晶硅C．能用于生產“尿不濕”的高吸水性樹脂D．能導電的碘摻雜聚乙炔答案B解析B項中半導體材料單晶硅，屬于傳統的無機非金屬材料；A項中光敏高分子材料、C項中高吸水性樹脂、D項中導電高分子材料均屬于功能高分子材料。2．現有一種為嬰兒特制的新型尿布——“尿不濕”，這種尿布表面涂有一種既能吸水又能保水的物質，根據你的推測，這種特殊物質的結構可能是()A． B．C． D．CCl2CCl2答案C解析“尿不濕”的材料應是親水但不溶于水的物質，選項中只有中的—OH屬于親水基而其自身屬于高分子化合物，不溶于水。功能高分子材料的比較常見功能高分子材料主要功能主要應用高分子膜高分子分離膜選擇性地允許某些物質通過①廢水處理②海水淡化③濃縮果汁、乳制品加工、釀酒等高分子傳感膜把化學能轉換成電能①發電②開發新型電池高分子熱電膜把熱能轉換成電能①發電②開發新型電池醫用高分子材料①具有優異的生物相容性②具有某些特殊功能人造器官1．下列材料中屬于功能高分子材料的是()①高分子膜②生物高分子材料③隱身材料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．②④⑤⑥C．③④⑤ D．全部答案D解析既有傳統高分子材料的機械性能，又有某些特殊功能的高分子材料，屬于功能高分子材料，所以選D。2．在某些塑料(如聚乙炔等)中加入強氧化劑或還原劑后，它們的導電性能大大提高。因為這些塑料具有金屬的一般特性，所以人們稱之為“人造金屬”，下列有關“人造金屬”的說法正確的是()A．“人造金屬”和普通金屬的制取方法不同，但原料相同B．強氧化劑或還原劑是制取“人造金屬”的重要材料C．“人造金屬”能夠導電傳熱，所以有金屬光澤D．“人造金屬”具有金屬的一般特性，所以它們屬于金屬答案B解析“人造金屬”與普通金屬的制取方法和原料均不相同；人造金屬是在某些塑料中加入強氧化劑或還原劑后制得，而普通金屬是用金屬化合物加入還原劑等方法制得；“人造金屬”雖然具有一般金屬的特性，但它仍屬于高分子化合物中的塑料。3．“神舟七號”的返回艙外形看起來像大鐘，大約3噸重。為了防止飛船與大氣層摩擦產生高溫而燃燒，應該選擇某種特殊材料覆蓋在飛船表面，這種材料應該具有的性質是()A．良好的導電性B．密度較大，以增大飛船的慣性C．質輕防熱，可承受上千攝氏度的高溫D．質地柔軟，以利于飛船的變形答案C解析由題給信息可知，該材料應該是質輕且防熱的耐高溫材料。4．下列關于功能高分子材料的說法不正確的是()A．生物高分子材料、隱身材料、液晶高分子材料等屬于功能高分子材料B．高分子分離膜可用于海水淡化、分離工業廢水、濃縮天然果汁等C．用作耐火材料的氧化鋁陶瓷屬于功能高分子材料D．在淀粉、纖維的主鏈上再接入帶有強親水基團的支鏈，可以提高它們的吸水能力答案C5．科學家通過乙二醇的橋梁作用把阿司匹林連接在高聚物上，制成緩釋長效阿司匹林，用于關節炎和冠心病的輔助治療，緩釋長效阿司匹林的結構簡式如下：請回答下列問題：(1)高分子載體的結構簡式為_____________________________________________________。(2)阿司匹林連接在高分子載體上的有機反應類型是____________________。(3)緩釋長效阿司匹林在腸胃中變為阿司匹林的化學方程式是__________________________。答案(1)(2)酯化反應(或取代反應)(3)eq\o(→,\s\up7(酶))＋nHOCH2CH2OH＋(其他合理答案也可)解析本題的關鍵信息是“通過乙二醇的橋梁作用把阿司匹林連接在高聚物上”，觀察高聚物結構可以把緩釋長效阿司匹林分為三部分：①高分子載體；②阿司匹林；③作為橋梁作用的乙二醇。在腸胃中變為阿司匹林的反應，屬于水解反應，從而找到正確的解題思路。題組一功能高分子材料的概述1．下列物質不屬于功能高分子材料的是()A．高分子分離膜 B．液晶高分子材料C．生物高分子材料 D．有機玻璃答案D解析有機玻璃不具備功能高分子材料所具有的特殊功能，因而不屬于功能高分子材料，A、B、C選項中的物質都是功能高分子材料。2．下列材料中屬于功能高分子材料的是()①有機玻璃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．①③④⑥⑧ B．②④⑥⑦⑧C．③④⑤⑥⑦⑧ D．②③④⑤⑦答案C解析有機玻璃屬于傳統合成材料中的塑料。塑料、合成橡膠、合成纖維屬于三大傳統合成材料，它們不屬于功能高分子材料。3．隨著有機高分子材料研究的不斷加強和深入，一些重要的功能高分子材料的應用范圍不斷擴大。下列應用范圍是功能高分子材料最新研究成果的是()A．新型導電材料 B．高分子涂料C．醫用高分子材料 D．高吸水性材料答案A4．下列關于功能高分子材料的說法不正確的是()A．在合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能原子團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學、生物、醫學等方面的特殊功能B．對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，在它們的高分子鏈上再接入含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力C．以帶有強親水性原子團的化合物為單體，均聚或兩種單體共聚，得到親水性高聚物，在反應中加入交聯劑，得到鏈狀的樹脂D．功能高分子材料的優異性能在通信、交通、航空航天、醫療、醫藥等許多領域發揮了重要作用答案C解析功能高分子是一類以基本合成材料為原料，在合成高分子主鏈或支鏈上引入某種功能原子團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學、生物、醫學等方面的特殊功能，A正確；淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，接入含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力，B正確；以帶有強親水性原子團的化合物為單體，均聚或兩種單體共聚，得到親水性高聚物，在反應中加入交聯劑，得到網狀結構的樹脂，具有較高的強度、韌性及化學穩定性，C錯誤；功能高分子材料一般具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優異性能，在通信、交通、航空航天、醫療、醫藥等許多領域發揮了重要作用，D正確。題組二特殊功能高分子材料5．角膜接觸鏡俗稱隱形眼鏡，其性能要有良好的透氣性和親水性，目前大量使用的軟性隱形眼鏡常用材料是()A．聚乙烯B．聚氯乙烯C．D．答案C解析制作隱形眼鏡的材料是一種高分子材料，該材料具有透氣性和親水性，其高聚物鏈節上有親水性基團，如—OH。B項鏈節中含—Cl，D項高聚物鏈節中含，都不是親水基團，只有C項符合。6．高分子分離膜可以讓某些物質有選擇地通過而將物質分離，下列應用不屬于高分子分離膜的應用范圍的是()A．分離工業廢水，回收廢液中的有用成分B．食品工業中，濃縮天然果汁、乳制品加工和釀酒C．將化學能轉換成電能，將熱能轉換成電能D．海水淡化答案C7．用高分子塑料骨釘取代鈦合金骨釘是醫學上的一項新技術，這種塑料骨釘不僅具有相當的強度，而且可在人體內水解，使骨科病人免遭拔釘的痛苦。合成這種塑料骨釘的原料能與強堿溶液反應，也能在濃硫酸條件下形成環酯。則合成這種塑料骨釘的原料是()A．CH2=CH—CH2ClB．CH2=CH—COOHC．CH3—CH(OH)—COOHD．H2N—CH2—COOH答案C解析能與強堿反應則分子中應含有羧基或酚羥基；能形成環狀酯，則分子中同時含有—OH和—COOH，故選C。8．科學家研制的一種使沙漠變綠洲的新技術，即在沙漠中噴灑一定量的聚丙烯酸酯()與水的混合物，使其與沙粒結合，既能阻止地下的鹽分上升，又能攔截、蓄積雨水。下列對聚丙烯酸酯的敘述中正確的是()①聚丙烯酸酯的單體的結構簡式為CH2=CHCOOR②聚丙烯酸酯沒有固定的熔、沸點③聚丙烯酸酯在一定條件下能發生水解反應和加成反應④其聚合方式與酚醛樹脂的聚合方式相同⑤聚丙烯酸酯具有很強的吸水性A．③④B．①②C．①②③D．①②③④答案B解析聚丙烯酸酯是由單體丙烯酸酯發生加聚反應得到的高分子化合物；由于聚丙烯酸酯屬于混合物，因此沒有固定的熔、沸點；聚丙烯酸酯中無碳碳雙鍵，含有酯基，故其能發生水解反應，不能發生加成反應，其分子中不含親水基，故無吸水性。9．X是一種性能優異的高分子材料，其結構簡式為，已被廣泛應用于聲、熱、光的傳感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2和CH3COOH三種單體通過適宜的反應形成的。由X的結構簡式分析合成過程中發生反應的類型有()①加成反應②取代反應③縮聚反應④加聚反應⑤酯化反應A．①④⑤B．①④C．①②④D．①②③答案B解析由X的結構簡式可判斷出它是加聚反應的產物，其單體為和CH2CHOOCCH3，顯然，前者是HC≡CH和(CN)2的加成產物，后者是HC≡CH和CH3COOH的加成產物。10．聚酯增塑劑廣泛應用于耐油電纜、煤氣管、防水卷材、電氣膠帶、耐油耐汽油的特殊制品等。聚酯增塑劑G及某醫藥中間體H的一種合成路線如下(部分反應條件略去)：已知：＋eq\o(→,\s\up7(CH3CH2ONa催化劑),\s\do5(DMF溶劑))＋R2OH(1)B的名稱(系統命名)為________________________________________________________。(2)若反應①的反應條件為光照，最先得到的氯代有機物的結構簡式是__________________。(3)寫出下列反應的反應類型：反應②是________，反應④是________。(4)寫出B與D反應生成G的化學方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。(5)甲苯的二氯代物有________種。(6)利用以上合成路線的信息，以甲苯和乙醇為有機物原料合成(無機試劑任選)。請寫出合成路線：____________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)1,2-丙二醇(2)CH2ClCH=CH2(3)水解(或取代)反應氧化反應(4)nHOOC(CH2)4COOH＋nHOCH(CH3)CH2OHeq\o(,\s\up7(一定條件))＋(2n－1)H2O(5)10(6)解析丙烯與氯氣加成生成A(CH3CHClCH2Cl)，A發生水解反應生成B(CH3CHOHCH2OH)；苯與氫氣加成，結合C的分子式可知，C是環己烷；根據G是聚酯增塑劑可知，B、D發生縮聚反應生成G；根據已知信息可知，F是酯類物質，則F為CH3CH2OOC(CH2)4COOCH2CH3，E為CH3CH2OH。(1)根據系統命名法，B的名稱為1,2-丙二醇。(2)若反應①的反應條件為光照，丙烯與氯氣發生取代反應，最先得到的氯代有機物的結構簡式是CH2ClCHCH2。(3)根據流程圖可知，反應②是水解反應(取代反應)，反應④是氧化反應。(5)甲苯的二氯代物有10種，分別是2個氯原子都在甲基上(1種)；1個氯原子在甲基上，1個在苯環上(鄰、間、對3種情況)；2個氯原子都在苯環上(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種)。11．常用作風信子等香精的定香劑D以及可用作安全玻璃夾層的高分子化合物PVB的合成路線如下：已知：Ⅰ.RCHO＋R′CH2CHOeq\o(→,\s\up7(稀NaOH),\s\do5(△))＋H2O(R、R′表示烴基或氫原子)Ⅱ.醛與二元醇(如乙二醇)可生成環狀化合物：RCHO＋eq\o(→,\s\up7(H＋))＋H2O(1)A的核磁共振氫譜有兩組峰，則A的名稱是______。(2)A與合成B的化學方程式為______________________________________________________________________________________________________________。(3)C為反式結構，由B還原得到，則C的結構簡式為___________________________。(4)E能使Br2的CCl4溶液褪色。N由A經反應①～③合成。a．①的反應試劑和條件是________。b．②的反應類型是________。c．③的化學方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)PVAc由一種單體經加聚反應得到，該單體的結構簡式是______________________。(6)堿性條件下，PVAc完全水解的化學方程式是_________________________________________________________________________________________________________。答案(1)乙醛(2)＋CH3CHOeq\o(→,\s\up7(稀NaOH),\s\do5(△))H2O＋(3)(4)a.稀NaOH，加熱b．加成(或還原)反應c．2CH3(CH2)2CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up7(Cu或Ag),\s\do5(△))2CH3(CH2)2CHO＋2H2O(5)CH3COOCHCH2(6)＋nNaOHeq\o(→,\s\up7(△))＋nCH3COONa解析(1)由A的分子式(C2H4O)及其核磁共振氫譜有兩組峰可知，A為乙醛。(2)由題圖可知，A→B需要的條件為稀氫氧化鈉溶液、加熱，與已知信息Ⅰ中的條件一致，得出反應為＋CH3CHOeq\o(→,\s\up7(稀NaOH),\s\do5(△))＋H2O。(3)B還原得到C，且C為反式結構，說明B中的—CHO與H2發生還原反應，則C的結構簡式為。(4)由PVB的結構可知，其是N與PVA發生已知信息Ⅱ中的反應生成的，逆向分析可知，N為CH3CH2CH2CHO，則PVA為，故A到E增長了碳鏈。同時E還可使溴的四氯化碳溶液褪色，可知E中存在碳碳雙鍵，則兩分子CH3CHO發生已知信息Ⅰ中的反應，生成的E為CH3CH=CHCHO，F為CH3CH2CH2CH2OH，N為CH3CH2CH2CHO，所以①的反應試劑和條件是稀NaOH、加熱，②的反應類型是加成(或還原)反應，③的化學方程式是2CH3(CH2)2CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up7(Cu或Ag),\s\do5(△))2CH3(CH2)2CHO＋2H2O。(5)C為醇，C＋Meq\o(→,\s\up7(濃H2SO4