高中化學 課題1 功能高分子材料的研制

課題1功能高分子材料的研制

教學助

敖挈目標分析明課標分條解讀知"目標

教區(qū)I

■課標要求

1.舉例說明高分子合成材料、復合材料和其他新材料的特點。

2.了解有關的生產(chǎn)原理。

?課標解讀

1.明確常見的功能高分子材料的性能特點。

2.了解功能高分子材料的合成原理。

?教學地位

高分子材料在生產(chǎn)和生活中應用廣泛，尤其是功能高分子材料更是材料研發(fā)的重要課題，高

分子材料的合成和使用為人類節(jié)省了其他資源，如易腐蝕的金屬材料、易破碎的傳統(tǒng)無機非

金屬材料，故高分子材料的合成為高考命題的重點。

敖呈方案設計授方略流程細解用“教案

?新課導入建議

導電塑料

塑料通常是不導電的，是絕緣體。但在20世紀70代，日本東京技術學院的科學家通過

在塑料中摻雜各種導電性的物質(zhì)如金屬、石墨粉等，經(jīng)過一定的制作方法使塑料的電導率取

得令人震驚的成果，導電性提高了上億倍。經(jīng)過科學家們的艱辛努力，導電塑料的品種不斷

增多，導電性不斷得到提高，在20世紀90代制成了導電能力接近銅的塑料。

導電塑料屬于功能高分子材料，你還知道其他的功能高分子材料嗎？

?教學流程設計

課前預習安排：看教材Pm-ns,填寫［課前自主導學］,并完成［思考交流］。今步驟1：導

入新課，

本課時教學地位分析。n步驟2：建議對［思考交流］進行提問，反饋學生預習效果。n步

驟3：師生互動完成探究1,可利用［問題導思］作為探究主線。

步驟7：通過［例2］講解研析，對“探究2”中注意的問題進行總結。仁步驟6：師生互動

完成“探究2”。仁步驟5：指導學生自主完成［變式訓練1］和［當堂雙基達標］3、4、5題。仁

步驟4：通過［例1］和教材Pu-講解研析，對“探究1”中注意的問題進行總結。

J

步驟8：指導學生自主完成［變式訓練2］和［當堂雙基達標］中的1、2題。今步驟9：引導

學生自主總結本課時知識框架，然后對照［課堂小結］。安排課下作業(yè)完成［課后知能檢測］。

課標解讀重點難點

1.了解共聚技術在改進高分子材料性能中的

應用。

2.學會用比較的方法，探索簡單共聚反應的

化學方程式的寫法。

3.常識性地了解高分子材料與生產(chǎn)生活的密

1.功能高分子材料的分類、性能。（重點）

切關系。

2.功能高分子材料的研發(fā)原理及有關反應方

程式的書寫。（重難點）

自主學

徐的自主導學理教材自查自測固”基礎

習區(qū)?

隔硒....................一認識功能高分子材料

1.分類

從組成和結構上分：功能高分子材料分為結構型功能高分子材料和復合型功能高分子材

料兩大類。

2.定義

（1）結構型功能高分子材料：在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有顯示某種功能的宜能

團，使高分子材料具有特殊的功能，滿足光、電、磁、化學、生物、醫(yī)學等方面的功能要求。

（2）復合型功能高分子材料：以普通高分子材料為基體或載體,與具有某些特定功能（如

導電、導磁等）的材料進行復合而制得的一類功能高分子材料。

HB思考交流|1

1.高分子合成材料都屬于功能高分子材料嗎？

【提示】高分子合成材料不一定是功能高分子材料，功能高分子材料一定屬于高分子

合成材料。

..................一幾種功能高分子材料及其研制

i.光敏高分子材料及其研制

在光照條件下,能迅速發(fā)生化學反應的功能高分子材料。光敏高分子在吸收了光能量后,

會發(fā)生化學反應或結構的改變，這些光化學反應是光敏高分子材料實際應用的基礎。合成這

類高分子材料就是要使高分子化合物分子骨架上帶上感光基團。

2.高吸水性樹脂及其研制

高吸水性樹脂也叫做超強吸水劑，其吸水量為自身質(zhì)量的幾十倍乃至上千倍，且具有吸

水和保水功能。其制造方法有兩種：一種方法是使淀粉、纖維素等的分子接上親水基團;另

一種方法是利用分子中具有親水基團的高聚物進行共聚而制得。

3.導電高分子材料及其研制

(1)結構型導電高分子材料如聚乙煥具有導電性，這是由它具有的單鍵、雙鍵相隔的結構

體系

(CH=CH—CH=CH—CH=CH)

所決定的。在這種結構體系中，成鍵的電壬在整個體系中自由流動，使聚乙煥具有導電

性。將碘摻雜至聚乙煥中，會使聚乙煥的導電能力大幅度提高。

(2)復合型導電高分子材料是在高聚物材料中加入各種導電物質(zhì)(如金屬、石墨粉等)經(jīng)過

分散復合而成的，包括半導體材料、防靜電除靜電材料、導電材料和高導電材料。

4.生物醫(yī)學高分子材料及其研制

生物醫(yī)學高分子材料兼有有機材料和無機材料的雙重優(yōu)點:安全可靠、無毒、無污染、

耐腐蝕、耐老化、使用壽命長、耐高低溫，電絕緣性、生理惰性、生物相容性好等。

研制生物醫(yī)學高分子材料，需要探索有關材料的分子結構。如科學家通過分析藍色貽貝

分泌液的分子結構，合成出一種超級黏合劑。利用高分子材料與藥物分子的結合可以生產(chǎn)出

多種緩釋藥,以此來提高療效。

||@思考交流||

2.導電塑料的導電原理與電解質(zhì)溶液導電原理相同嗎？

【提示】不相同。導電塑料是自由電子導電，電解質(zhì)溶液是自由移動的離子導電。

..............一新材料的發(fā)展方向

未來材料的發(fā)展趨勢是復合化、設計化、智能化、仿生化、輕量化、高性能化和高功能化,

以及用納米技術研制新材料

徐序互動探究合作探

破疑難師生互動提“知能”

究區(qū)I

.......功能高分子材料的分類及研制

【問題導思】

①功能高分子材料從組成和結構上如何分類？

【提示】分為結構型功能高分子材料和復合型功能高分子材料。

②功能高分子材料與普通高分子材料有什么不同之處？

【提示】功能高分子材料具有特殊的功能，普通高分子材料不具備特殊的功能。

③生活中常用的功能高分子材料有哪幾種？

【提示】光敏高分子材料、高吸水性樹脂、導電高分子材料、生物醫(yī)學高分子材料。

1.功能高分子材料的分類

(1)從組成和結構上分為：結構型功能高分子材料和復合型功能高分子材料。

(2)從功能上分為：光敏高分子材料、高吸水性樹脂、導電高分子材料、生物醫(yī)學高分子

材料。

2.功能高分子材料的研制思路

(1)把顯示某種特殊功能的官能團接在合成高分子的主鏈或支鏈上，可制得結構型功能高

分子。如：制取光敏高分子材料和高吸水性樹脂等。

(2)普通高分子材料與具有特定功能的材料進行復合而制得復合型功能高分子材料。如：

把鐵氧體粉末與樹脂復合可制成具有吸收屏蔽功能的“隱身”復合材料。

(3)利用結構與性質(zhì)的關系設計合成的功能高分子材料。如通過研究分子的結構及性質(zhì)特

點而設計合成的生物醫(yī)學高分子材料和仿生高分子材料等。

＞例下列物質(zhì)中，不屬于功能高分子材料的是()

A.導電塑料B.離子交換膜

C.聚氯乙烯塑料D.聚氨酯心臟

【解析】導電塑料能導電，離子交換膜對陰、陽離子能選擇性透過。聚氨酯心臟具有

生物特性，且均屬于高分子材料，故上述三者均屬于功能高分子材料，聚氯乙烯塑料為普通

的高分子合成材料。

【答案】C

「I易錯警鐘I---------------------------------

注意普通高分子材料與功能高分子材料的區(qū)別是：看是否具有特殊功能。

1.聚乙烯醇肉桂酸酯是早期開發(fā)的光刻膠，它由聚乙烯醇和肉桂酰氯反應生成，化學反

應方程式如下：

2OH+/7CHCHCOC1

聚乙烯醇肉桂酰氯

-2+曲1

聚乙烯醇肉桂酸酯

對于該化學反應的類型，判斷正確的是（）

A.加聚反應B.縮聚反應

C.取代反應D.復分解反應

【解析】加聚反應和縮聚反應都屬于聚合反應，聚合反應是由低分子生成高分子化合

物的反應，而該化學反應是高分子和低分子生成新的高分子化合物的反應。

【答案】C

.......................A聚乙快、聚乙烯、聚1,3-丁二烯的導電性

【問題導思】

①乙快、乙烯、1,3-丁二烯導電嗎？

【提示】乙快、乙烯、1,3-丁二烯均由分子構成，不導電。

②聚乙快、聚乙烯、聚1,3-丁二烯中哪種物質(zhì)導電？

【提示】聚乙烘。

③導電性高分子材料中存在什么結構從而導電？

【提示】單、雙鍵交替結構。

1.聚乙煥導電的原因

科學家們經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，聚乙煥的導電性與其結構上的獨特性有關，在聚乙煥中，具有單

鍵、雙鍵相隔交替重復出現(xiàn)的結構體系，在這種結構體系中，成鍵的電子在整個體系中自由

流動，使聚乙煥具有導電性。

2.聚乙烯、聚1,3-丁二烯不導電

聚乙烯的結構表示為：

CH2-CH2CH2CH2--

聚1,3-丁二烯的結構表示為：

------CH2—CH=CH—CH2—CH2—CH=CH—CH2------

與聚乙煥的結構對比發(fā)現(xiàn)，它們的分子結構中都沒有單、雙鍵交替重復出現(xiàn)的特點，因

此，聚乙烯、聚1,3-丁二烯沒有導電性。

3.結論

要使高聚物有類似聚乙煥的導電性，就要使其具有聚乙煥的結構特點，即在高分子鏈中

重復出現(xiàn)單、雙鍵交替的結構特點，故加聚生成高聚物的單體須含有碳碳叁鍵。如：

引發(fā)劑

nCH3CCCH3——?3匚3o

有機黏合劑是生產(chǎn)和生活中一類重要的材料。黏合過程一般是液態(tài)的小分子黏合

劑經(jīng)化學反應轉(zhuǎn)化為大分子或高分子而固化。

(1)“502膠”是一種快干膠，其主要成分是一氧基丙烯酸乙酯，其結構簡式為：

CH2CCNC00CH2CH3O

在空氣中微量水的催化下發(fā)生加聚反應，迅速固化而將被黏物黏牢。請寫出“502膠”發(fā)

生黏合過程的化學方程式：

(2)厭氧膠也是一種黏合劑，其結構簡式為：

COCHH2COCH2CH2OCOCHCH2

它在空氣中比較穩(wěn)定，但在隔絕空氣(缺氧)時，分子中雙鍵斷開發(fā)生聚合而固化；工業(yè)

上用丙烯酸和某種物質(zhì)在一定條件下反應可制得這種黏合劑；這一制取過程的化學方程式為

【答案】(1)CCN/7H2CC00CH2CH3

H2O

——?CCNCOOCH2CH32

一定條件

(2)2H2C=CH—C00H+H0CH2CH20H——?

C0C00CH2CH20CHH2CCHCH2+2H20

?變式訓組

2.某導電塑料結構為3CCH3,則該高分子材料的單體是()

A.乙烯和苯乙烯B.乙快和苯乙烯

C.丙烘和苯乙快D.2-丁煥和苯乙煥

【解析】由題給結構簡式可知單體為CH3c三C—C&、CCHo

【答案】D

1.功能高分子材料的2種類型：結構型和復合型。

2.4種常見的功能高分子材料：光敏高分子材料、高吸水性樹脂、導電高分子材料、生物醫(yī)

學高分子材料。

當專雙基達標隨堂練生生互動達“雙標”咨導彳

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.①②⑤B.②④⑤⑥

C.③④⑤D.全部

【解析】功能高分子材料具有特殊的功能，滿足光、電、磁、化學、生物、醫(yī)學等方

面的功能要求。

【答案】D

2.下列有關功能高分子材料的用途的敘述中，不正確的是（）

A.高吸水性樹脂主要用于干旱地區(qū)抗旱保水、改良土壤、改造沙漠

B.離子交換樹脂主要用于分離和提純物質(zhì)

C.醫(yī)用高分子可用于制造醫(yī)用器械和人造器官

D.聚乙烘膜可用于分離工業(yè)廢水和海水的淡化

【解析】聚乙煥膜屬導電高分子材料，主要用于制造電子器件。

【答案】D

3.下列基團不屬于親水基團的是（）

A.—OHB.—COOH

C.一COONaD.C00

【解析】據(jù)“相似相溶”原理可知一OH、一COOH、一COONa均為親水基團。

【答案】D

4.“噴水溶液法”是最近日本科學家研制出的一種使沙漠變綠洲的新技術，它是先在沙

漠中噴灑一定量的聚丙烯酸酯水溶液,水溶液中的高分子與沙土粒子結合，在地表下30?50cm

處形成一個厚0.5cm的隔水層，既能阻止地下的鹽分上升，又有攔截、蓄積雨水的作用。下

列對聚丙烯酸酯的說法不正確的是（）

A.單體的結構簡式為CH2cHe00R

B.它在一定條件下能發(fā)生加成反應

C.它在一定條件下能發(fā)生水解反應

D.沒有固定的熔、沸點

【解析】聚丙烯酸酯分子中不含CC,不能發(fā)生加成反應。

【答案】B

5.化合物A(CH3cHecNCOOC2H5)涂在手術后的傷口上，數(shù)秒鐘內(nèi)可發(fā)生加聚反應而固化,

是一種固化迅速的縫合材料。這種化合物是由3種單體合成的。

(1)合成化合物A的3種單體是HCN、和o

(2)寫出A發(fā)生固化反應的化學方程式：

【解析】(1)根據(jù)化合物A的結構簡式，可知A由HCN與CHs—C=C—COOH及GH50H合

成。

(2)A固化時發(fā)生加聚反應，其反應方程式為

3cHecNCOOC?%—3曲

【答案】(1)CH3CH20HCH3—C=C—COOH

(2)AH3cHecNCOOC2H5一3CCNCOOGHs

褓后知能檢測演練提

課下測自我評估提"考能"

開區(qū)I

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.液晶高分子材料

C.生物高分子材料D.有機玻璃

【解析】有機玻璃是傳統(tǒng)有機高分子材料。

【答案】D

2.下列物質(zhì)中，屬于功能高分子材料的是()

A.特種玻璃B.導電陶瓷

C.隱形眼鏡D.半導體材料

【答案】C

3.(雙選)下列闡述中，屬于光敏高分子材料的用途的是()

A.芯片上的超大規(guī)模集成印刷電路是靠光刻的方法制備的，光刻中使用的光刻膠屬于光

敏高分子材料

B.書本和雜志的封面和彩圖也有光敏高分子膜

C.所有油墨、涂料、黏合劑均屬于光敏高分子材料

D.照相底片上的感光物質(zhì)均屬于光敏高分子材料

【答案】AB

4.一次性嬰兒尿布一一“尿不濕”中含有功能高分子材料，它主要是利用了高分子的

（）

A.熱塑性B.絕緣性

C.溶脹性D.抗腐蝕性

【答案】C

5.下列說法中錯誤的是（）

A.高分子分離膜具有能夠有選擇地讓某些物質(zhì)通過而把另外一些物質(zhì)分離掉的特點

B.復合材料一般具有強度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能

C.合成人工器官大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料

D.塑料、合成纖維、合成橡膠并稱為新科技革命的三大支柱

【解析】能源、信息、材料并稱為新科技革命的三大支柱。

【答案】D

6.隨著社會的發(fā)展，復合材料是一類新型的有發(fā)展前途的材料。目前，復合材料最主要

的應用領域是（）

A.高分子分離膜B.人類的人工器官

C.宇宙航空工業(yè)D.新型藥物

【答案】C

7.嬰兒用的一次性尿片中有一層能吸水保水的物質(zhì)。下列高分子中有可能被采用的是

（）

A.2F

B.20H

C.2CCI2

D.20coe出

【解析】CHCH2中含的一OH為親水基團，故高分子材料有吸水性；這種材料沒有

毒副作用，故可用于制作嬰兒用的尿片。

【答案】B

8.下列物質(zhì)不能用來合成導電塑料的是（）

A.乙煥B.甲醛

C.丙煥D.苯乙煥

【解析】導電塑料中一定存在單、雙鍵交替結構。

【答案】B

9.（?南平高二調(diào)研）下列有關功能高分子材料的說法中，不正確的是（）

A.煉鋼工業(yè)用氣體分離膜中的氧富集膜制取富集氧空氣來提高鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量

B.芯片是靠光刻的方法制備的，而光刻中最重要的材料一一光刻膠就是一種光敏高分子

材料

C.導電塑料是應用于電子工業(yè)的一種功能高分子材料

D.合成高分子材料制成的人工器官都能受到人體的排斥作用

【解析】并不是所有人工合成的高分子材料植入人體都出現(xiàn)排斥反應，有不少的功能

高分子材料具有優(yōu)異的生物相容性，在人體中排斥很小，可以滿足人工器官對材料的苛刻要

求。

【答案】D

10.已知：與CMCCH3cH30H結構相似的醇不能被氧化成對應的醛或竣酸。

“智能型”高分子在生物工程中有廣泛的應用前景。PMAA就是一種“智能型”高分子材

料，可用于生物制藥中大分子和小分子的分離。下面是以物質(zhì)A為起始反應物合成PMAA的路

線：

Cl202,催化劑催化劑濃硫酸催化劑

A——?B——?C——?D——?E——?F(CH2CCH3C00H)——?PMAA

△△△△

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

(DA的結構簡式為

(2)寫出下列反應的化學方程式:

E-F

F—PMAA

【解析】分析F的結構可知，生成高分子材料PMAA發(fā)生的反應為加聚反應，由E-F

的反應條件可知：E應為CCH3OHCH3COOH。結合題目中的信息和C到E的轉(zhuǎn)化條件可得：D為

CCH30HCH3CH0,C為CCH30HCH3CH20HO再利用A轉(zhuǎn)化為B、B轉(zhuǎn)化為C的反應條件得出B為

CCH3cleH3cH￡1,A為CCH2CH3CH3o

【答案】⑴CCH2cH3cH3

濃硫酸

(2)CCH30HCH3C00H——?CCH2CH3C00H+H20

△

催化劑

2cH3co0H——?23C00H

11.硅橡膠的主要成分可表示為：

-SiCH3cH30siCH3cH3O…，它是由二氯二甲基硅烷(SiClCH3cH3C1)經(jīng)兩步反應制得的。

試寫出這兩步反應的化學方程式并注明反應類型:

【解析】二氯二甲基硅烷(SiCH3cH3C1C1)先水解生成SiCHCHaHOOH,再發(fā)生分子間脫水

的縮聚反應即可生成硅橡膠3cH3o

NaOH溶液

【答案】SiCH3CH3ClCl+2H2O——?

△

SiCH3CH3HOOH+2HCl水解反應(或取代反應)

引發(fā)劑

Si/iTOCH3cH30H——?H3cH3+/7H2O縮聚反應

12.液晶是一類新型材料，MBBA是一種研究得較多的液晶化合物，它可以看作是由醛A

和胺B去水縮合的產(chǎn)物。

CH3OCHNCH2CH2CH2CH3(MBBA),

CH30cH0(醛A)、

CH3cHzCHEHzNHzC胺B)o

(1)對位上有一C4H9的苯胺可能有4種同分異構體，它們是：(CH3)2CHCH2NH2,

CH3cH2cH2cH2NH2、

⑵醛A的同分異構體甚多，其中屬于酯類化合物而且結構式中有苯環(huán)結構的同分異構體

就有6種，它們是COOCHa.OOCCHs、HCOOCH3、HCOOCH3、

【解析】(1)本題主要考查丁基的同分異構體，丁基的結構有四種，題目已寫出兩種，

另兩種為仲丁基［CH3cH2cH(CH3)—］和叔丁基［(C%)3c-］。

(2)根據(jù)題意，符合條件的異構體只有苯甲