2024年高中化學(xué)新教材同步選擇性必修第三冊 第5章　第2節(jié)　第2課時　功能高分子材料

第2課時功能高分子材料[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]了解功能高分子材料的含義及其在實際應(yīng)用上的意義。1．功能高分子材料概念：具有某些特殊化學(xué)、物理及醫(yī)學(xué)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(yī)用高分子材料，高分子藥物等。2．高吸水性樹脂(1)合成方法①改造淀粉或纖維素分子，接入強親水基團。a．常見的強親水基團：羥基、羧基、醛基、氨基等。b．改造后的樹脂具有強大的吸水和保水能力，而且可生物降解。②合成新的帶有強親水基團的高分子。如：eq\o(CH2=CH—COONa,\s\do14(丙烯酸鈉))eq\o(→,\s\up7(交聯(lián)劑),\s\do5(一定條件))聚丙烯酸鈉(網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))合成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹脂可吸收幾百至幾千倍于自身質(zhì)量的水，同時保水能力強，還能耐一定的擠壓作用。(2)應(yīng)用在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)抗旱保水，改良土壤，還可用于嬰兒紙尿褲等。(3)實驗探究——高吸水性樹脂的吸水性能①問題：高吸水性樹脂與一般吸水材料的吸水性能差別有多大？②現(xiàn)象及數(shù)據(jù)處理：吸水材料高吸水性樹脂(尿不濕)一般吸水材料(餐巾紙)吸水前質(zhì)量m1/g1.001.00吸水現(xiàn)象呈凝膠狀，有較好的保水能力吸水后變形程度小，保水能力較差吸水后質(zhì)量m2/g84.8211.00吸水率(m2－m1)/m183.82吸水性強10吸水性差實驗結(jié)論：其他條件相同時，高吸水性樹脂的吸水性及保水性均比一般吸水材料的強。③討論a．為什么高吸水性樹脂與一般吸水材料的吸水性能差別這么大？提示絕大多數(shù)高吸水性樹脂的主鏈或接枝側(cè)鏈上含有羧基、羥基等強親水性基團。b．為什么高吸水性樹脂能吸水而又不溶于水？提示高吸水性樹脂分子中含有強吸水性基團和一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(具有一定的交聯(lián)度)。利用分子中大量的親水基團與水分子之間產(chǎn)生氫鍵等作用吸收水分子，并且通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將水分子束縛在高分子網(wǎng)格中，形成溶脹的凝膠體。這種凝膠體的保水能力很強，在一定壓力下也不易失水。3．高分子分離膜(1)分離原理分離膜一般只允許水及一些小分子物質(zhì)通過，其余物質(zhì)則被截留在膜的另一側(cè)，形成濃縮液，達到對原液凈化、分離和濃縮的目的。(2)分離膜的分類①根據(jù)膜孔大小：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。②根據(jù)分離膜材料：醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。(3)應(yīng)用高分子分離膜已廣泛用于海水淡化和飲用水的制取，以及果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等領(lǐng)域。(1)丙烯酸鈉是高吸水性樹脂的主要成分()(2)由淀粉等物質(zhì)制取網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉是為了增強其穩(wěn)定性()(3)功能高分子材料具有傳統(tǒng)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(yè)廢水處理和海水淡化等()(5)高吸水性樹脂在吸水后呈凝膠狀，具有較好的保水能力()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√在橡膠工業(yè)中，天然橡膠與合成橡膠一般都要經(jīng)過硫化工藝，將橡膠的線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在制備高吸水性樹脂時也要加入少量交聯(lián)劑，以得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹脂。思考為什么要將橡膠和高吸水性樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)？提示(1)橡膠工業(yè)將線型結(jié)構(gòu)連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是為了增加橡膠的強度。(2)高吸水性樹脂加交聯(lián)劑將線型結(jié)構(gòu)連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是為了使其既具有吸水性而又不溶于水，且耐擠壓。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D2．(2022·宜賓高二檢測)下列各選項中，對相應(yīng)高分子材料的類型、功能的說法均正確的是()選項高分子材料類型功能A黏合劑功能高分子材料黏合作用B涂料功能高分子材料保護作用C離子交換樹脂功能高分子材料分離和提純D聚乙烯醇功能高分子材料制人工心臟答案C解析黏合劑和涂料均屬于通用高分子材料，A、B錯誤；離子交換樹脂屬于功能高分子材料，主要用于硬水軟化、海水淡化以及物質(zhì)的分離和提純，C正確。3．科學(xué)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(guān)節(jié)炎和冠心病的輔助治療，緩釋長效阿司匹林的結(jié)構(gòu)簡式如下：請回答下列問題：(1)高分子載體的結(jié)構(gòu)簡式為___________________________________________。(2)阿司匹林連接在高分子載體上的有機反應(yīng)類型是____________________。(3)緩釋長效阿司匹林在腸胃中變?yōu)榘⑺酒チ值幕瘜W(xué)方程式是_________________________。答案(1)(2)酯化反應(yīng)(或取代反應(yīng))(3)＋2nH2Oeq\o(→,\s\up7(酶))＋nHOCH2CH2OH＋(其他合理答案也可)解析本題的關(guān)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(jié)構(gòu)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?yōu)榘⑺酒チ值姆磻?yīng)，屬于水解反應(yīng)，從而找到正確的解題思路。題組一功能高分子材料1．下列物質(zhì)不屬于功能高分子材料的是()A．高分子分離膜 B．高分子藥物C．高分子催化劑 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。2．新型有機高分子材料在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和尖端科技領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。下列有關(guān)高分子材料的敘述不正確的是()A．在通用高分子材料基礎(chǔ)上改進的導(dǎo)電塑料屬于新型高分子材料B．利用高分子分離膜可以進行海水淡化或污水凈化C．導(dǎo)彈技術(shù)中利用復(fù)合材料的耐腐蝕性能提高導(dǎo)彈的射程D．醫(yī)用高分子材料的發(fā)展可以使人類能夠制造各種人工器官答案C解析耐腐蝕性能與導(dǎo)彈射程無關(guān)。3．手術(shù)縫合線、人造器官等人體用的功能高分子要求無毒且與人體有較好的相容性。根據(jù)有關(guān)化合物的性質(zhì)及生物學(xué)知識可知，下列高分子不宜用作手術(shù)縫合線或人造器官材料的是()A．聚乳酸 B．聚氨酯C．氯綸 D．聚乙烯醇答案C解析由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，A不選；聚氨酯具有優(yōu)良的生物相容性，逐漸被廣泛用作生物醫(yī)用材料，可用于人工心臟起搏器、人工血管等，B不選；氯綸的分子中含有大量的氯原子，所以在使用過程中會逐漸釋放出含氯的有毒物質(zhì)，對人體有害，不能作手術(shù)縫合線或人造器官材料，C選；聚乙烯醇無毒，對人體皮膚無刺激性，可作手術(shù)縫合線等，D不選。4．現(xiàn)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(zhì)，根據(jù)你的推測，這種特殊物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可能是()A． B．C． D．CCl2CCl2答案C解析“尿不濕”的材料應(yīng)是親水但不溶于水的物質(zhì)，選項中只有中的—OH屬于親水基團而其自身屬于高分子，不溶于水。5．(2023·無錫質(zhì)檢)高分子分離膜可以讓某些物質(zhì)有選擇地通過而將物質(zhì)分離，下列應(yīng)用不屬于高分子分離膜的應(yīng)用范圍的是()A．分離工業(yè)廢水，回收廢液中的有用成分B．食品工業(yè)中，濃縮天然果汁、乳制品加工和釀酒C．將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，將熱能轉(zhuǎn)換成電能D．海水淡化答案C6．下列關(guān)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(xué)、生物、醫(yī)學(xué)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(yīng)中加入交聯(lián)劑，得到鏈狀的樹脂D．功能高分子材料的優(yōu)異性能在通信、交通、航空航天、醫(yī)療、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用答案C解析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(yīng)中加入交聯(lián)劑，得到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹脂，具有較高的強度、韌性及化學(xué)穩(wěn)定性，C錯誤。題組二特殊功能高分子材料7．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(jié)上有親水基團，如—OH。B項鏈節(jié)中含—Cl，D項高聚物鏈節(jié)中含，都不是親水基團，只有C項符合。8．用高分子塑料骨釘取代鈦合金骨釘是醫(yī)學(xué)上的一項新技術(shù)，這種塑料骨釘不僅具有相當(dāng)高的強度，而且可在人體內(nèi)水解，使骨科病人免遭拔釘?shù)耐纯?。合成這種塑料骨釘?shù)脑夏芘c強堿溶液反應(yīng)，也能在濃硫酸條件下形成環(huán)酯。則合成這種塑料骨釘?shù)脑鲜?)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(yīng)則分子中應(yīng)含有羧基或酚羥基；在濃硫酸條件下能形成環(huán)酯，則分子中同時含有—OH和—COOH，故選C。9.(2022·北京海淀高二期末)醫(yī)用膠能夠在常溫、常壓下發(fā)生加聚反應(yīng)，快速黏合傷口，且黏合部位牢固，它的結(jié)構(gòu)中含有α-氰基丙烯酸酯(結(jié)構(gòu)如圖所示)。下列關(guān)于醫(yī)用膠的說法正確的是()A．碳碳雙鍵發(fā)生加聚反應(yīng)使醫(yī)用膠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)B．氰基和酯基使碳碳雙鍵活化，更易發(fā)生加聚反應(yīng)C．醫(yī)用膠中含有極性基團，故水溶性很好D．醫(yī)用膠與皮膚黏合牢固只靠氰基與蛋白質(zhì)分子間形成的氫鍵答案B解析碳碳雙鍵發(fā)生加聚反應(yīng)形成線型結(jié)構(gòu)，故A錯誤；氰基和酯基使碳碳雙鍵的極性增大，更容易斷鍵發(fā)生加聚反應(yīng)，故B正確；該醫(yī)用膠中的氰基和酯基具有強極性，但其形成的聚合物更易溶于有機溶劑，故C錯誤。10．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(dǎo)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(guān)“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?qū)щ妭鳠?，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的，而普通金屬是用金屬化合物加入還原劑等方法制得的；“人造金屬”雖然具有一般金屬的特性，但它仍屬于高分子材料中的塑料。11．X是一種性能優(yōu)異的高分子材料，其結(jié)構(gòu)簡式為，已被廣泛應(yīng)用于聲、熱、光的傳感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三種單體通過適宜的反應(yīng)形成的。由X的結(jié)構(gòu)簡式分析合成過程中發(fā)生反應(yīng)的類型有()①加成反應(yīng)②取代反應(yīng)③縮聚反應(yīng)④加聚反應(yīng)⑤酯化反應(yīng)A．①④⑤ B．①④C．①②④ D．①②③答案B解析由X的結(jié)構(gòu)簡式可判斷出它是加聚反應(yīng)的產(chǎn)物，其單體為和CH2=CHOOCCH3，顯然，前者是HC≡CH和(CN)2的加成產(chǎn)物，后者是HC≡CH和CH3COOH的加成產(chǎn)物。12．(2023·杭州調(diào)研)可用作安全玻璃夾層的高分子PVB的合成路線如下：已知：醛與二元醇反應(yīng)可生成環(huán)狀縮醛，如：下列說法不正確的是()A．合成A的聚合反應(yīng)是加聚反應(yīng)B．B易溶于水C．試劑a是1-丁醛D．B與試劑a反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為2∶1答案D解析聚合物A的結(jié)構(gòu)簡式為，合成A的單體為CH2=CHOOCCH3，故合成A的聚合反應(yīng)是加聚反應(yīng)，A正確；B的結(jié)構(gòu)簡式為，含有醇羥基，故B易溶于水，B正確；試劑a的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH2CHO，其名稱為1-丁醛，C正確；由已知信息可知，1mol—CHO需要2mol—OH，所以B與試劑a反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為2∶n，D錯誤。13．(2022·湖北十一校高二檢測)高分子修飾是指對高聚物進行處理，接上不同取代基改變其性能。我國高分子科學(xué)家對聚乙烯進行胺化修飾，并進一步制備新材料，合成路線如圖：下列說法正確的是()A．a(chǎn)分子的核磁共振氫譜有4組峰B．合成路線中生成高分子b的反應(yīng)為加聚反應(yīng)C．1mol高分子b最多可與2molNaOH反應(yīng)D．高分子c的水溶性比聚乙烯的好答案D解析從合成路線中可以看出，生成高分子b的反應(yīng)為加成反應(yīng)，B錯誤；1mol高分子b中含有的酯基數(shù)遠大于2mol，故與NaOH反應(yīng)時消耗的NaOH的物質(zhì)的量遠大于2mol，C錯誤。14．醫(yī)用化學(xué)雜志曾報道，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)寫出由A合成C的化學(xué)方程式：________________________________________________。(2)寫出由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(1)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))＋(n－1)H2O(2)eq\o(,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))＋2H2O(3)優(yōu)異的生物相容性，較少受到排斥，無毒性，具有很高的機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)酯且具有對稱結(jié)構(gòu)。采用平均拆分法，可得A的結(jié)構(gòu)簡式為。15．常用作風(fēng)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(huán)狀化合物：(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(xué)方程式為__________________________________。(3)C為反式結(jié)構(gòu)，由B還原得到，則C的結(jié)構(gòu)簡式為____________________________。(4)E能使Br2的CCl4溶液褪色。N由A經(jīng)反應(yīng)①～③合成。a．①的反應(yīng)試劑和條件是________。b．②的反應(yīng)類型是________。c．③的化學(xué)方程式是__________________________________________________。(5)PVAc由一種單體經(jīng)加聚反應(yīng)得到，該單體的結(jié)構(gòu)簡式是_____________________。(6)堿性條件下，PVAc完全水解的化學(xué)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(yīng)c．2CH3(CH2)2CH2OH＋