人教版 (2019)选择性必修3第二节 高分子材料第2课时导学案及答案

第2课时　功能高分子材料

[核心素养发展目标]　了解功能高分子材料的含义及其在实际应用上的意义。

1．定义

具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。

例如，高分子催化剂；各种滤膜；磁性高分子；形状记忆高分子；高吸水性材料；医用高分子材料；高分子药物等。

2．高吸水性树脂

(1)结构特点

①含有强亲水性原子团(—OH)的支链；②具有网状结构。

(2)合成方法

①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可以提高它们的吸水能力。例如，淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂。

②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。例如，在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。

这两种方法有一个共同特点，都要在反应中加入少量交联剂，让线型结构变为网状结构。

(3)应用

可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；可用于婴幼儿使用的纸尿裤。

3．高分子分离膜

(1)分离原理

只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一侧，称为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。

(2)分类

根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。

(3)制作材料

主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。

(4)应用

海水淡化和饮用水的制取，果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等。

(1)丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分(　　)

(2)由淀粉等物质制取网状结构的淀粉是为了增强其稳定性(　　)

(3)功能高分子材料具有传统高分子材料的机械性能和某些特殊功能(　　)

(4)高分子分离膜用于污水、工业废水处理和海水淡化等(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√

1．高分子材料发展的主要趋势是高性能化、功能化、复合化、精细化和智能化，下列材料不属于功能高分子材料的是(　　)

A．用于生产光盘等产品的光敏高分子材料

B．用于制造CPU芯片的良好半导体材料单晶硅

C．能用于生产“尿不湿”的高吸水性树脂

D．能导电的碘掺杂聚乙炔

答案　B

解析　B项中半导体材料单晶硅，属于传统的无机非金属材料；A项中光敏高分子材料、C项中高吸水性树脂、D项中导电高分子材料均属于功能高分子材料。

2．现有一种为婴儿特制的新型尿布——“尿不湿”，这种尿布表面涂有一种既能吸水又能保水的物质，根据你的推测，这种特殊物质的结构可能是(　　)

A．   B．

C．   D．CCl2CCl2

答案　C

解析　“尿不湿”的材料应是亲水但不溶于水的物质，选项中只有中的—OH属于亲水基而其自身属于高分子化合物，不溶于水。

功能高分子材料的比较

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

答案　D

解析　既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料，属于功能高分子材料，所以选D。

2．在某些塑料(如聚乙炔等)中加入强氧化剂或还原剂后，它们的导电性能大大提高。因为这些塑料具有金属的一般特性，所以人们称之为“人造金属”，下列有关“人造金属”的说法正确的是(　　)

A．“人造金属”和普通金属的制取方法不同，但原料相同

B．强氧化剂或还原剂是制取“人造金属”的重要材料

C．“人造金属”能够导电传热，所以有金属光泽

D．“人造金属”具有金属的一般特性，所以它们属于金属

答案　B

解析　“人造金属”与普通金属的制取方法和原料均不相同；人造金属是在某些塑料中加入强氧化剂或还原剂后制得，而普通金属是用金属化合物加入还原剂等方法制得；“人造金属”虽然具有一般金属的特性，但它仍属于高分子化合物中的塑料。

3．“神舟七号”的返回舱外形看起来像大钟，大约3吨重。为了防止飞船与大气层摩擦产生高温而燃烧，应该选择某种特殊材料覆盖在飞船表面，这种材料应该具有的性质是(　　)

A．良好的导电性

B．密度较大，以增大飞船的惯性

C．质轻防热，可承受上千摄氏度的高温

D．质地柔软，以利于飞船的变形

答案　C

解析　由题给信息可知，该材料应该是质轻且防热的耐高温材料。

4．下列关于功能高分子材料的说法不正确的是(　　)

A．生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料

B．高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等

C．用作耐火材料的氧化铝陶瓷属于功能高分子材料

D．在淀粉、纤维的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可以提高它们的吸水能力

答案　C

5．科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿司匹林，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，缓释长效阿司匹林的结构简式如下：

请回答下列问题：

(1)高分子载体的结构简式为_____________________________________________________。

(2)阿司匹林连接在高分子载体上的有机反应类型是

____________________。

(3)缓释长效阿司匹林在肠胃中变为阿司匹林的化学方程式是__________________________。

答案　(1)

(2)酯化反应(或取代反应)

(3)

＋nHOCH2CH2OH＋(其他合理答案也可)

解析　本题的关键信息是“通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上”，观察高聚物结构可以把缓释长效阿司匹林分为三部分：①高分子载体；②阿司匹林；③作为桥梁作用的乙二醇。在肠胃中变为阿司匹林的反应，属于水解反应，从而找到正确的解题思路。

题组一　功能高分子材料的概述

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

答案　D

解析　有机玻璃不具备功能高分子材料所具有的特殊功能，因而不属于功能高分子材料，A、B、C选项中的物质都是功能高分子材料。

2．下列材料中属于功能高分子材料的是(　　)

①有机玻璃　②合成橡胶　③高分子分离膜　④生物高分子材料　⑤隐身材料　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．②④⑥⑦⑧

C．③④⑤⑥⑦⑧   D．②③④⑤⑦

答案　C

解析　有机玻璃属于传统合成材料中的塑料。塑料、合成橡胶、合成纤维属于三大传统合成材料，它们不属于功能高分子材料。

3．随着有机高分子材料研究的不断加强和深入，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最新研究成果的是(　　)

A．新型导电材料   B．高分子涂料

C．医用高分子材料   D．高吸水性材料

答案　A

4．下列关于功能高分子材料的说法不正确的是(　　)

A．在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能

B．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子链上再接入含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力

C．以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到链状的树脂

D．功能高分子材料的优异性能在通信、交通、航空航天、医疗、医药等许多领域发挥了重要作用

答案　C

解析　功能高分子是一类以基本合成材料为原料，在合成高分子主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能，A正确；淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，接入含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力，B正确；以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到网状结构的树脂，具有较高的强度、韧性及化学稳定性，C错误；功能高分子材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在通信、交通、航空航天、医疗、医药等许多领域发挥了重要作用，D正确。

题组二　特殊功能高分子材料

5．角膜接触镜俗称隐形眼镜，其性能要有良好的透气性和亲水性，目前大量使用的软性隐形眼镜常用材料是(　　)

A．聚乙烯

B．聚氯乙烯

C．

D．

答案　C

解析　制作隐形眼镜的材料是一种高分子材料，该材料具有透气性和亲水性，其高聚物链节上有亲水性基团，如—OH。B项链节中含—Cl，D项高聚物链节中含，都不是亲水基团，只有C项符合。

6．高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，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．食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒

C．将化学能转换成电能，将热能转换成电能

D．海水淡化

答案　C

7．用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨钉的原料是(　　)

A．CH2==CH—CH2Cl

B．CH2==CH—COOH

C．CH3—CH(OH)—COOH

D．H2N—CH2—COOH

答案　C

解析　能与强碱反应则分子中应含有羧基或酚羟基；能形成环状酯，则分子中同时含有—OH和—COOH，故选C。

8．科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯()与水的混合物，使其与沙粒结合，既能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水。下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是(　　)

①聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH2==CHCOOR

②聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点

③聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应

④其聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同

⑤聚丙烯酸酯具有很强的吸水性

A．③④  B．①②  C．①②③  D．①②③④

答案　B

解析　聚丙烯酸酯是由单体丙烯酸酯发生加聚反应得到的高分子化合物；由于聚丙烯酸酯属于混合物，因此没有固定的熔、沸点；聚丙烯酸酯中无碳碳双键，含有酯基，故其能发生水解反应，不能发生加成反应，其分子中不含亲水基，故无吸水性。

9．X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为，已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2和CH3COOH三种单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有(　　)

①加成反应　②取代反应　③缩聚反应　④加聚反应　⑤酯化反应

A．①④⑤  B．①④  C．①②④  D．①②③

答案　B

解析　由X的结构简式可判断出它是加聚反应的产物，其单体为和CH2==CHOOCCH3，显然，前者是HC≡CH和(CN)2的加成产物，后者是HC≡CH和CH3COOH的加成产物。

10．聚酯增塑剂广泛应用于耐油电缆、煤气管、防水卷材、电气胶带、耐油耐汽油的特殊制品等。聚酯增塑剂G及某医药中间体H的一种合成路线如下(部分反应条件略去)：

已知：

＋＋R2OH

(1)B的名称(系统命名)为________________________________________________________。

(2)若反应①的反应条件为光照，最先得到的氯代有机物的结构简式是__________________。

(3)写出下列反应的反应类型：

反应②是________，反应④是________。

(4)写出B与D反应生成G的化学方程式：_________________________________________

_______________________________________________________________________________。

(5)甲苯的二氯代物有________种。

(6)利用以上合成路线的信息，以甲苯和乙醇为有机物原料合成(无机试剂任选)。

请写出合成路线：______________________________________________________________

______________________________________________________________________________。

答案　(1)1,2-丙二醇

(2)CH2ClCH==CH2

(3)水解(或取代)反应　氧化反应

(4)nHOOC(CH2)4COOH＋nHOCH(CH3)CH2OH

＋(2n－1)H2O

(5)10

(6)

解析　丙烯与氯气加成生成A(CH3CHClCH2Cl)，A发生水解反应生成B(CH3CHOHCH2OH)；苯与氢气加成，结合C的分子式可知，C是环己烷；根据G是聚酯增塑剂可知，B、D发生缩聚反应生成G；根据已知信息可知，F是酯类物质，则F为CH3CH2OOC(CH2)4COOCH2CH3，E为CH3CH2OH。

(1)根据系统命名法，B的名称为1,2-丙二醇。

(2)若反应①的反应条件为光照，丙烯与氯气发生取代反应，最先得到的氯代有机物的结构简式是CH2ClCH==CH2。

(3)根据流程图可知，反应②是水解反应(取代反应)，反应④是氧化反应。

(5)甲苯的二氯代物有10种，分别是2个氯原子都在甲基上(1种)；1个氯原子在甲基上，1个在苯环上(邻、间、对3种情况)；2个氯原子都在苯环上(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种)。

11．常用作风信子等香精的定香剂D以及可用作安全玻璃夹层的高分子化合物PVB的合成路线如下：

已知：

Ⅰ.RCHO＋R′CH2CHO＋H2O(R、R′表示烃基或氢原子)

Ⅱ.醛与二元醇(如乙二醇)可生成环状化合物：

RCHO＋＋H2O

(1)A的核磁共振氢谱有两组峰，则A的名称是______。

(2)A与合成B的化学方程式为___________________________________

___________________________________________________________________________。

(3)C为反式结构，由B还原得到，则C的结构简式为 ___________________________。

(4)E能使Br2的CCl4溶液褪色。N由A经反应①～③合成。

a．①的反应试剂和条件是________。

b．②的反应类型是________。

c．③的化学方程式是_______________________________________________________

_________________________________________________________________________。

(5)PVAc由一种单体经加聚反应得到，该单体的结构简式是______________________。

(6)碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是________________________________

_________________________________________________________________________。

答案　(1)乙醛

(2)＋CH3CHOH2O＋

(3)

(4)a.稀NaOH，加热　b．加成(或还原)反应

c．2CH3(CH2)2CH2OH＋O22CH3(CH2)2CHO＋2H2O

(5)CH3COOCH==CH2

(6)＋nNaOH＋nCH3COONa

解析　(1)由A的分子式(C2H4O)及其核磁共振氢谱有两组峰可知，A为乙醛。(2)由题图可知，A→B需要的条件为稀氢氧化钠溶液、加热，与已知信息Ⅰ中的条件一致，得出反应为＋CH3CHO＋H2O。(3)B还原得到C，且C为反式结构，说明B中的—CHO与H2发生还原反应，则C的结构简式为。(4)由PVB的结构可知，其是N与PVA发生已知信息Ⅱ中的反应生成的，逆向分析可知，N为CH3CH2CH2CHO，则PVA为，故A到E增长了碳链。同时E还可使溴的四氯化碳溶液褪色，可知E中存在碳碳双键，则两分子CH3CHO发生已知信息Ⅰ中的反应，生成的E为CH3CH==CHCHO，F为CH3CH2CH2CH2OH，N为CH3CH2CH2CHO，所以①的反应试剂和条件是稀NaOH、加热，②的反应类型是加成(或还原)反应，③的化学方程式是2CH3(CH2)2CH2OH＋O22CH3(CH2)2CHO＋2H2O。(5)C为醇，C＋MD(C11H12O2)＋H2O，此反应为酯化反应，则M为酸且为CH3COOH，结合PVA的结构简式可以推出PVAc的单体是CH3COOCH==CH2。(6)碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是＋nNaOH＋nCH3COONa。

12．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。它的合成过程如下：

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)写出由A合成C的化学方程式：_______________________________________________

______________________________________________________________________________。

(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？

答案　(1) ＋(n－1)H2O

(2)＋2H2O

(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　由题给条件可知，B分子为环酯且具有对称结构。采用平均拆分法，可得A的结构简式为。A生成C的反应为符合酯化反应原理的缩聚反应：

＋(n－1)H2O；

A→B为酯化反应，其化学方程式为

＋2H2O。