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第五章 合成高分子
第二节 高分子材料
第2课时 功能高分子材料
结合典型实例，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的应用。
宏观辨识与微观探析：从身边常见的功能高分子材料入手，了解其结构、性能及主要用途，能从微观层面理解结构与性质的关系。
1.功能高分子材料
概念：具有某些特殊______、______及__________的高分子材料。
例如，____________________；______________；____________；_______________；____________；________________；____________等。
化学
物理
医学功能
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
2．高吸水性树脂
(1)合成方法
①改造________或______分子，接入________基团。
如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成网状结构的淀粉－聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
纤维素
淀粉
强亲水
(2)应用
在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤，还可用于婴儿纸尿裤等。
3．高分子分离膜
(1)分离膜功能
分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质则被截留在膜的另一侧，形成浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
(2)分离膜的分类
①根据膜孔大小：________、________、纳滤膜和__________等。
②根据分离膜材料：醋酸纤维、芳香族聚酰胺、________、____________等。
(3)应用
高分子分离膜已广泛用于__________和______________，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。
微滤膜
超滤膜
反渗透膜
聚丙烯
聚四氟乙烯
海水淡化
饮用水的制取
正|误|判|断
在括号内打“√”或“×”。
(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。( )
(5)高吸水性树脂在吸水后呈凝胶状，具有较好的保水能力。( )
×
√
√
√
×
应|用|体|验
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
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。
D
C
1．功能高分子材料的品种与分类
2．功能高分子材料的比较
常见功能高分子材料 主要功能 主要应用
高分子膜 高分子分离膜 选择性地允许某些物质通过 ①废水处理；
②海水淡化；
③浓缩果汁、乳制品加工、酿酒等
高分子传感膜 把化学能转换成电能 ①发电；
②开发新型电池
常见功能高分子材料 主要功能 主要应用
高分子膜 高分子热电膜 把热能转换成电能 ①发电；
②开发新型电池
医用高分子材料 ①具有优异的生物相容性；
②具有某些特殊功能 人造器官
随堂演练·知识落实
1．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
B
解析：人造金属的材料是塑料，金属含有金属元素，二者原料不同，A项错误；依据在某些塑料(如聚乙炔等)中加入强氧化剂或还原剂后，得到的材料具有金属的一般性质，被称之为人造金属，B项正确；人造金属没有金属光泽，C项错误；人造金属是具有金属的一般特性的塑料，属于合成材料，D项错误。
2．高分子分离膜可用于海水淡化。制备分离膜的高分子材料常用的有纤维素酯类、聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺、聚丙烯等。制备聚丙烯的单体为丙烯。丙烯是重要的化工原料，以丙烯为原料合成有机玻璃和油墨材料DAP－A树脂的流程如图：
请回答下列问题：
(1)F的结构简式为___________。
(2)写出反应类型：
反应①__________；
反应②__________。
(3)C中的含氧官能团是___________________。
取代反应
加聚反应
—COOH(或羧基)
(4)写出G在一定条件下与乙二醇发生反应生成一种高分子的化学方程式：
___________________________________________
____________________________________________。
____________________、_______________________。
(5)E的同分异构体中，属于酯类的链状有机物有：
3．高分子PMMA是迄今为止合成透明材料中质地最优异、价格又比较适宜的品种。其中一种合成路线如图所示。
(1)A的分子是__________。
(2)反应Ⅱ的化学方程式是__________________________________。
(3)MMA通过加聚反应制取PMMA的化学方程式是
__________________________________________。
C4H8
_________________________________________________________。第五章 第二节 第2课时
对点训练
题组一 功能高分子材料
1．下列有关功能高分子材料的用途的叙述不正确的是( D )
A．高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改造土壤等
B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质
C．医用高分子材料可用于制造医用器械和人造器官
D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水的淡化
解析：聚乙炔膜属导电高分子材料，主要用于制造电子器件。
2．新型有机高分子材料在日常生活、工农业生产和尖端科技领域中发挥着越来越重要的作用。下列有关高分子材料的叙述不正确的是( C )
A．在通用高分子材料基础上改进的导电塑料属于新型高分子材料
B．利用高分子分离膜可以进行海水淡化或污水净化
C．新型的聚乙烯醇是高吸水性高分子，具有与水生成易挥发物质的特性，所以称为“尿不湿”
D．医用高分子材料的发展可以使人类能够制造各种人工器官
解析：新型聚乙烯醇是高吸水性高分子，具有吸收水分形成溶胶的特性，就像蔬菜、水果含水80%～90%，而外表不湿，所以称为“尿不湿”。
3．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( B )
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．能导电的掺杂聚乙炔
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。
4．高聚物L是一种来源于生物学灵感的新型黏合剂，结构如图所示。下列关于高聚物L的说法不正确的是( C )
A．单体之一为
B．在一定条件下能发生水解反应
C．的结构中不含酯基
D．生成1 mol L的同时，会有(x＋y－1) mol H2O生成
解析：生成高聚物L的反应类型为缩聚反应，单体是与，故A正确；由L的结构简式可知分子中含有酯基，在一定条件下可以发生水解反应，故B正确；是由羧基和醇羟基脱水缩合生成的高聚物，结构中含有酯基，故C错误；由原子守恒可知，生成1 mol L时，生成H2O的物质的量为(x＋y－1)mol，故D正确。
题组二 特殊功能高分子材料
5．下列合成纤维中吸水性较好的是( D )
解析：涤纶中含有大量酯基，酯类物质不易溶于水，A项不符合题意；氯纶中含有的官能团为氯原子，卤代烃不溶于水，B项不符合题意；丙纶中只含C、H元素，其吸水性较弱，C项不符合题意；维纶中含有大量亲水的羟基，其吸水性较好，D项符合题意。
6．在高科技工业上，有的高分子材料能用在能量的转换上。如传感膜能把化学能转化为电能，热电膜能把热能转化为电能等，这种高分子材料是( A )
A．高分子膜 B．医用高分子材料
C．生物高分子材料 D．液晶高分子材料
解析：医用高分子材料可用于制造人体器官及医疗器械；从材料的一般用途和性能上分析只有选项A符合题意。
7．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的最新研究成果的是( A )
A．新型导电材料 B．仿生高分子材料
C．高分子智能材料 D．高吸水性材料
综合强化
8．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( C )
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
解析：高分子分离膜的特点是能够让某些物质有选择地通过，而把另外的物质分离掉。应用范围：①生活污水、工业废水等废水处理及回收废液中的有用成分；②海水和苦咸水的淡化；③浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等。
9．功能高分子P的合成路线如下
(1)A的分子式是C7H8，其结构简式是。
(2)试剂a是浓硫酸和浓硝酸。
(3)反应③的化学方程式为
。
(4)E的分子式是C6H10O2，E中含有的官能团为碳碳双键、酯基。
(5)反应④的反应类型是加聚反应。
(6)反应⑤的化学方程式为
(7)已知：。以乙烯为起始原料，选用必要的无机试剂合成E，写出合成路线(用结构简式表示有机化合物，用箭头表示转化关系，箭头上注明试剂和反应条件)。
解析：(1)A的分子式为C7H8，不饱和度为4，结合高分子P中含有苯环，可知A为甲苯()。
(2)由P的结构简式可知D为对硝基苯甲醇，反应②的条件为Cl2、光照，发生饱和烃基的取代反应，再水解得醇，则B为对硝基甲苯()，试剂a为浓硝酸、浓硫酸的混酸。
(3)C为，反应③为Cl原子被—OH取代，产物D为。
(4)E的分子式为C6H10O2，不饱和度为2，再由高分子P可知E中含有碳碳双键，推出E的结构简式为
CH3CH===CHCOOC2H5，所含有的官能团为碳碳双键和酯基。
(5)反应⑤为水解反应，反应⑥为酯化反应，所以反应④为加聚反应。
(6)反应⑤中F()水解生成G()和乙醇。
(7)E(CH3CH===CHCOOC2H5)可由CH3CH===CHCOOH与乙醇发生酯化反应生成，CH3CH===CHCOOH中碳原子数为4，可以利用已知信息合成：CH2===CH2→C2H5OH→CH3CHO→CH3CH(OH)CH2CHO→CH3CH===CHCHO→CH3CH===CHCOOH，注意每一步转化的条件。
10．PMAA是一种“智能型”大分子，可用于生物制药中大分子与小分子的分离，而有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)可作飞机、汽车等的窗玻璃、防弹玻璃。下列是以物质A为起始反应物合成PMAA和有机玻璃的路线：
完成下列填空：
(1)写出结构简式：A ，B
，PMAA 。
(2)写出反应类型：反应①取代反应；反应③加成反应；反应⑥酯化反应(或取代反应)。
(3)写出反应条件：反应②NaOH/H2O，加热，反应⑤NaOH/C2H5OH，加热。
(4)反应③和⑤的目的是保护碳碳双键。
(5)写出反应⑦的化学方程式
。
解析：由逆推A应为。
在A分子中引入一个羟基所采取的方法是先和卤素发生取代，再水解。如果不对碳碳双键进行保护，酸性KMnO4溶液就会将其氧化而使其断裂。
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