第2課時功能高分子材料[學習目標]1.了解功能高分子材料的含義及其在實際應用上的意義。2.能參與材料選擇與使用、垃圾處理等社會性議題的討論，并作出有科學的判斷、評價決策。任務一高吸水性樹脂1．功能高分子材料(1)概念：具有某些特殊化學、物理及醫學功能的高分子材料。(2)常見功能高分子材料：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)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：合成的網狀結構的樹脂可吸收幾百至幾千倍于自身質量的水，同時保水能力強，還能耐一定的擠壓作用。(2)應用在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，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現象及數據處理：吸水材料高吸水性樹脂(尿不濕)一般吸水材料(餐巾紙)吸水前質量m1/g1.001.00吸水現象呈凝膠狀，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量m2/g84.8211.00吸水率(m2－m1)/m183.82(吸水性強)10(吸水性差)實驗結論：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。[交流研討](1)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：絕大多數高吸水性樹脂的主鏈或接枝側鏈上含有羧基、羥基等強親水性基團。(2)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狀結構(具有一定的交聯度)。利用分子中大量的親水基團與水分子之間產生氫鍵等作用吸收水分子，并且通過網狀結構將水分子束縛在高分子網格中，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。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．下列合成纖維中吸水性最好的是()A．聚酰胺纖維 B．聚酯纖維C．聚乙烯醇纖維 D．聚丙烯纖維答案：C解析：四個選項中，聚酰胺纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維中不含羥基，聚乙烯醇纖維中含有醇羥基，吸水性最好，故C正確。3．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．CCl2—CCl2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。任務二高分子分離膜1．分離原理分離膜一般只允許水及一些小分子物質通過，其余物質則被截留在膜的另一側，形成濃縮液，達到對原液凈化、分離和濃縮的目的。2．分類(1)根據膜孔大小：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。(2)根據分離膜材料：醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。3．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、血液透析等領域。[交流研討]在橡膠工業中，天然橡膠與合成橡膠一般都要經過硫化工藝，將橡膠的線型結構轉變為網狀結構。在制備高吸水性樹脂時也要加入少量交聯劑，以得到具有網狀結構的樹脂。思考為什么要將橡膠和高吸水性樹脂轉變為網狀結構。提示：橡膠工業將線型結構連接成網狀結構是為了增加橡膠的強度。高吸水性樹脂加交聯劑將線型結構連接成網狀結構，是為了使其既具有吸水性而又不溶于水，且耐擠壓。1．下列各選項中，對相應高分子材料的類型、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、海水淡化以及物質的分離和提純，C正確。聚乙烯醇主要用于紙尿褲，D錯誤。2．(2024·湖北浠水高二期末)全氟磺酸質子交換膜廣泛用于酸性氫氧燃料電池。其傳導質子的原理示意圖如圖。電池放電時，—SO3H脫出H＋，生成的—SOeq\o\al(－,3)會吸引鄰近水分子中的H，在電場的驅動下，H＋以水分子為載體在膜中沿“氫鍵鏈”迅速轉移，達到選擇透過的效果。下列說法錯誤的是()A．該全氟磺酸質子膜單體可能是CF2=CF2和CF2=CF—SO3HB．—SO3H的酸性強弱和膜的濕潤程度均對該質子膜的導電性有顯著影響C．若將全氟代物主鏈改為烴鏈，則該膜穩定性下降，但導電性能更好D．電池工作時，若負極有D2放電，停止工作時，質子膜中可能檢測出含—SO3D答案：C解析：A.根據全氟磺酸質子膜高分子材料結構推斷單體可能是CF2=CF2和CF2=CF—SO3H，故A正確；B.根據題干信息，電池放電時，—SO3H脫出H＋，生成的—SOeq\o\al(－,3)會吸引鄰近水分子中的H＋，在電場的驅動下，H＋以水分子為載體在膜中沿“氫鍵鏈”迅速轉移，可知—SO3H的酸性強弱和膜的濕潤程度均對該質子膜的導電性有顯著影響，故B正確；C.F原子的電負性比較大，是吸電子基團，導致—SO3H附近的電子云密度減小，而H＋帶正電，—SO3H附近的電子云密度減小后與帶正電的H＋結合不緊密，變得更容易電離，所以穩定性下降，導電性能更好，若將全氟代物主鏈改為烴鏈，則該膜穩定性提高，但導電性能減弱，故C錯誤；D.根據該燃料電池工作原理可知，當負極有D2放電，停止工作時，質子膜中可能檢測出含—SO3D，故D正確。1．化學與生活息息相關，下列物質屬于功能高分子材料的是()A．聚丙烯酸鈉 B．聚酯纖維C．酚醛樹脂 D．合成橡膠答案：A解析：功能高分子是一類以基本合成材料為原料、在其中添加一些特殊的物質或經過特殊處理后具有特殊功能的高分子材料。聚丙烯酸鈉是新型的高分子材料，屬于功能高分子材料，故A正確；聚酯纖維屬于通用高分子材料，不屬于功能高分子材料，故B錯誤；酚醛樹脂屬于通用高分子材料，不屬于功能高分子材料，故C錯誤；合成橡膠屬于通用有機高分子材料，不屬于功能高分子材料，故D錯誤；故選A。2．聚丙烯酸鈉(單體為CH2=CHCOONa)是一種高吸水性樹脂，可在干旱地區用于農業、林業的抗旱保水。下列關于聚丙烯酸鈉的說法正確的是()A．它的結構簡式為CH2—CH—COONaB．它可以通過單體發生縮聚反應制得C．它具有熱塑性D．它是一種網狀結構的高分子材料答案：C解析：碳碳雙鍵能發生加聚反應，所以聚丙烯酸鈉的結構簡式為，A、B項錯誤；聚丙烯酸鈉是一種線型結構的高分子，具有熱塑性，C正確，D錯誤。3．(2023·江蘇連云港二模)科技創新讓2022年北京冬奧會舉世矚目。對下列科技創新所涉及的化學知識判斷正確的是()A.“黑金”石墨烯為冬奧賽場留住溫暖，石墨烯是有機物B．“冰墩墩”的外殼材質主要是有機硅橡膠，有機硅橡膠是純凈物C．速滑競賽服使用聚氨酯材料可減少空氣阻力，聚氨酯是高分子材料D．二氧化碳跨臨界直接制成的冰被譽為“最快的冰”，二氧化碳是極性分子答案：C解析：石墨烯是無機物，A項錯誤；有機硅橡膠是混合物，B項錯誤；聚氨酯是聚氨基甲酸酯，是一種高分子化合物，C項正確；二氧化碳屬于極性鍵形成的非極性分子，D項錯誤；答案選C。4．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：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)＋2nH2Oeq\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。課時測評24功能高分子材料(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)題點一功能高分子材料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．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、工農業生產和尖端科技領域中發揮著越來越重要的作用。下列有關高分子材料的敘述不正確的是()A．在通用高分子材料基礎上改進的導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．導彈技術中利用復合材料的耐腐蝕性能提高導彈的射程D．醫用高分子材料的發展可以使人類能夠制造各種人工器官答案：C解析：耐腐蝕性能與導彈射程無關。3．手術縫合線、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。根據有關化合物的性質及生物學知識可知，下列高分子不宜用作手術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，可生產一次性輸液用具、免拆型手術縫合線等，A不選；聚氨酯具有優良的生物相容性，逐漸被廣泛用作生物醫用材料，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，對人體有害，不能作手術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，可作手術縫合線等，D不選。4．關于下列三種常見高分子材料的說法正確的是()A．順丁橡膠、滌綸和酚醛樹脂都屬于天然高分子材料B．順丁橡膠的單體與反-2-丁烯互為同分異構體C．滌綸是對苯二甲酸和乙二醇通過縮聚反應得到的D．酚醛樹脂的單體是苯酚和甲醇答案：C解析：順丁橡膠、滌綸和酚醛樹脂都屬于人工合成高分子材料，故A錯誤；順丁橡膠的單體為1，3-丁二烯，分子式為C4H6，反-2-丁烯分子式為C4H8，兩者分子式不同，不是同分異構體，故B錯誤；由滌綸的結構可知其單體為對苯二甲酸和乙二醇，兩者通過酯化反應縮聚成滌綸，故C正確；酚醛樹脂的單體是苯酚和甲醛，故D錯誤；故選C。5．(2024·無錫質檢)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：C6．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：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。題點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，其高聚物鏈節上有親水基團，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。8．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高的強度，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；在濃硫酸條件下能形成環酯，則分子中同時含有—OH和—COOH，故選C。9．醫用膠能夠在常溫、常壓下發生加聚反應，快速黏合傷口，且黏合部位牢固，它的結構中含有α-氰基丙烯酸酯(結構如圖所示)。下列關于醫用膠的說法正確的是()A．碳碳雙鍵發生加聚反應使醫用膠形成網狀結構B．氰基和酯基使碳碳雙鍵活化，更易發生加聚反應C．醫用膠中含有極性基團，故水溶性很好D．醫用膠與皮膚黏合牢固只靠氰基與蛋白質分子間形成的氫鍵答案：B解析：碳碳雙鍵發生加聚反應形成線型結構，故A錯誤；氰基和酯基使碳碳雙鍵的極性增大，更容易斷鍵發生加聚反應，故B正確；該醫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；氰基中的N原子能夠與蛋白質中的氨基氫和羧基氫形成氫鍵，從而表現出強黏合性，故D錯誤。10．下列說法中，不正確的是()A．高分子分離膜應用于食品工業中，可用于濃縮果汁、乳制品加工等B．高吸水性樹脂可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，改良土壤C．導電塑料是應用于電子工業的一種新型有機高分子材料D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人體的排斥作用，難以達到生物相容的程度答案：D解析：A.高分子分離膜應用于食品工業中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀造業等，A項正確；B.高吸水性樹脂可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，改良土壤，B項正確；C.導電塑料是將樹脂和導電物質混合，用塑料的加工方式進行加工的功能高分子材料，主要應用于電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領域，C項正確；D.醫用高分子材料歸屬于功能高分子材料，它們都無毒，具有良好的生物相容性和穩定性，有足夠的機械強度等特點，D項錯誤。11．2024年3月2日，神舟十七號航天員在空間站機械臂和地面科研人員的配合下完成全部既定任務，安全返回“問天”實驗艙，出艙活動取得圓滿成功。下列說法正確的是()A．構成太空機械臂的鋁鋰合金硬度和熔點都比其成分金屬的低B．制作航天服所用的棉纖維、滌綸、尼龍等均屬于有機高分子材料C．空間站用于數據處理的電子芯片的主要材料為二氧化硅D．“問天”實驗艙采用的砷化鎵太陽能電池，能將化學能直接轉化為電能答案：B解析：A.合金的熔點比它的各成分金屬的熔點低，硬度大于其成分金屬，故A錯誤；B.有機高分子材料又稱聚合物或高聚物材料，是一類由一種或幾種分子或分子團(結構單元或單體)以共價鍵結合成具有多個重復單體單元的大分子，棉纖維、滌綸、尼龍等均屬于有機高分子材料，故B正確；C.電子芯片的主要材料為單質硅，故C錯誤；D.太陽能電池工作時，將光能轉化為電能，故D錯誤；故選B。12．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、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．①④⑤ B．①④C．①②④ D．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CH2=CHOOCCH3，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。13．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的反應為加聚反應C．1mol高分子b最多可與2molNaOH反應D．高分子c的水溶性比聚乙烯的好答案：D解析：a分子中只有兩種化學環境的H，其核磁共振氫譜有兩組峰，故A錯誤；從合成路線中可以看出，生成高分子b的反應為加成反應，B錯誤；1mol高分子b中含有的酯基數為2nmol，遠大于2mol，故與NaOH反應時消耗的NaOH的物質的量遠大于2mol，C錯誤；高分子b在堿性條件下水解得到高分子c具有醇羥基，醇羥基屬于親水基，水溶性良好，聚乙烯不溶于水，D正確。14．醫用化學雜志曾報道，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。寫出由A合成C的化學方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。寫出由A制取B的化學方程式：____________________________________