1、进入合成有机高分子化合物的时代进入合成有机高分子化合物的时代 第五章第五章 第三节第三节 功能高分子材料功能高分子材料 第五章第五章 新情境新情境 激趣入题激趣入题 高吸水性树脂是制造婴儿尿布的绝好材料， 因此俗称“尿不湿”。它是由淀粉和丙烯酸 盐做主要原料制成的。你知道“尿不湿”为 什么尿不湿吗？ 你知道塑料能导电吗？宇宙飞船的外壳是什 么材料做的？ 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是 人类文明的重要里程碑。能源、信息和材料 并列为当今新科技革命的三大支柱，而材料 又是能源和信息发展的物质基础。除了传统 的三大合成材料以外，又出现了高分子膜， 具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料， 生物
2、高分子材料，医用高分子材料，隐身材 料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子 材料。这些新型有机高分子材料在我们的日 常生活、工农业生产和尖端科学技术领域中 起着越来越重要的作用。 新知识新知识 导学探究导学探究 新知导学 1功能高分子材料概述 (1)含义：功能高分子材料是指既有 _的机械性能，又有 _的高分子材料。它是一类性 能特殊、使用量小、附加值高的高分子材料。 是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领 域后开始涌现出的一种新型材料。 (2)分类 新型_的高分子材料。 特殊功能材料，即在合成高分子的 _上引入某种_， 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。 传统
3、高分子材料传统高分子材料 某些特殊功能某些特殊功能 骨架结构骨架结构 主链或支链主链或支链 功能原子团功能原子团 (3)高吸水性树脂 合成方法 A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上含 _的支链，以提高它们的 吸水能力。 B以带有_的化合物为单 体，均聚或共聚得到亲水性高聚物。 强亲水性原子团强亲水性原子团 强亲水性原子团强亲水性原子团 性能 可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时 _能力强，还能耐一定的挤压作用。 应用：干旱地区用于农业、林业、植树造 林时抗旱保水、改良土壤，改造沙漠。 保水保水 2复合材料 (1)含义：指将几种不同的材料组合在一起制 成的一种新型
4、材料。其中一种材料作为 _，其他材料作为_。高分 子、金属、陶瓷等都可作为基体，目前发展 最快的是碳纤维作增强剂。 (2)性能：具有_、质量轻、 _、_等优异性能，弥补了 单一材料在性能上的缺陷。 (3)应用：宇宙_工业、_工业、 _工业、体育用品、人类健康等方面。 基体基体 增强材料增强材料 强度高强度高 耐高温耐高温 耐腐蚀耐腐蚀 航空航空 汽车汽车 机械机械 自主探究 1新型高分子材料和传统的三大合成材料有 何区别和联系？ 提示：二者在本质上并没区别。从组成元素 上看，都是由C、H、O、N、S等元素组成的； 从合成反应上看，都是由单体经加聚或缩聚 反应形成的；从结构上看，都有线型、体型
5、结构。它们的重要区别在功能和性能上，与 传统材料相比，新型有机高分子材料的性能 更优异，往往具备传统材料所没有的特殊性 能，可用于许多特殊领域。 2在橡胶工业中，制造橡胶要经过硫化工艺， 将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构。在 制备高吸水性树脂时也要加入交联剂，以得 到具有网状结构的树脂。请你想一想，为什 么都要做成网状结构？目的是否相同？ 提示：橡胶工业中将线型结构的橡胶连接为 网状结构是为增加橡胶的强度；高吸水性树 脂将线型结构连接为网状结构是使它既吸水 又不溶于水，所以目的不相同。 新思维新思维 名师讲堂名师讲堂 教材点拨 1新型有机高分子材料与传统的三大合成材 料的区别与联系 二者在本
6、质上并没有区别，它们只是相对而 言。从组成元素看，都是由C、H、O、N、S 等元素构成；从合成反应看，都是由单体经 加聚或缩聚反应形成；从结构看，都有线型 结构、体型结构。它们的重要区别在功能与 性能上，与传统材料相比，新型有机高分子 材料的性能更优异，往往具备传统材料所没 有的特殊性能，可用于许多特殊领域。 功能高分子材料 2功能高分子材料的品种与分类 提示：医用高分子材料应该满足：(1)无毒， 且是化学惰性的；(2)与人体组织和血液相容 性好；(3)具有较高的机械性能；(4)容易制备、 纯化、加工和消毒。 3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
7、高分 子 分离 膜 选择性地允许某些 物质通过 废水处理 海水淡化 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 发电开发 新型电池 高分 子 热电 膜 把热能转换成电能 发电开发 新型电池 医用高分 子材料 具有优异的生物 相容性 具有某些特殊功 能 人工器官 典例透析典例透析 (2014 经典习题选萃经典习题选萃)下列材料中， 属于功能高分下列材料中， 属于功能高分 子材料的是子材料的是( ) 高分子膜高分子膜 生物高分子材料生物高分子材料 导电高分子材料导电高分子材料 离子交换树脂离子交换树脂 医用高分子材料医用高分子材料 高吸水性树脂高吸水性树脂 A B
8、C D 【解析】 常用的功能高分子材料包括高分 子膜、医用高分子材料、高吸水性树脂、离 子交换树脂、光敏高分子材料、导电高分子 材料、生物高分子材料、高分子催化剂和试 剂等。 【答案】 D 变式训练 1下列有关功能高分子材料的用途的叙述中， 不正确的是( ) A高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保 水、改良土壤、改造沙漠 B离子交换树脂主要用于分离和提纯物质 C医用高分子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。 答案：D 教材点拨 1功能高分子材料和复合材料的比较 复合材料和功能高分子材料的 比较高分子化
9、合物与高分子材 料的比较 功能高分子材料 复合材料 定义 既有传统高分子的机 械性能，又有一些 特殊性能的高分子 材料 两种或两种以上材 料组合成的一种 新型的材料。含 有基体和增强剂 两种材料 性能 高分子分离膜能让某 些物质有选择地通 过，而把另外一些 物质分离掉。医用 高分子材料具有优 异的生物相容性、 很高的机械性能 强度高、质量轻、 耐高温、耐腐蚀 功能高分子材料 复合材料 用途 高分子分离膜用 于生活污水、 工业废液的处 理、海水淡化、 食品工业。医 用高分子材料 可制成人造器 官 用作宇航材料， 用于汽车工业、 机械工业、体 育用品、人类 健康 发展趋 势 对重要的通用的有机高分
10、子材料， 不断提高使用性能，扩大应用范 围。与人类自身密切相关，具有 特殊功能的材料的研究也在不断 加强，并取得了一定的进展 提示：(1)复合材料是由两种或多种材料合成 的性能优异的材料，并不一定是高分子合成 材料，如复合材料硼纤维、碳纤维等。 (2)复合材料主要集中了组成它的几种材料的 优异性能，应用更加广泛，但其性能并不等 于组成它的材料的性能之和。 2高分子化合物与高分子材料的比较 高 分 子 化 合 物 结 构 链节 分子链中重复出现的结构单元 聚合度 分子链中的链节数，用n表示 单体 生成高分子化合物的小分子物质 线型结构 又称支链型、直链型，连成 长链，有热塑性 体型结构 分子链间
11、以共价键“交联”， 连成网状结构，成型后不可塑 性 质 (1)线型高分子能溶解在适当的溶剂中， 体型高分子只能溶胀 (2)线型高分子有热塑性，体型高分子有 热固性 (3)高分子材料的强度较大 (4)高分子材料一般不易导电，弹性好， 耐磨，不耐热 (5)部分高分子材料还具有耐酸、耐碱、 耐腐蚀、难降解的性质 高 分 子 材 料 三 大 合 成 材 料 塑料如：聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛 塑料、聚四氟乙烯 合成橡胶如：丁苯橡胶、顺丁橡胶、 硅橡胶、氯丁橡胶 合成纤维如：涤纶、腈纶、锦纶、 丙纶、维纶、氯纶 按 来 源 分 天然高分子材料如：淀粉、纤维素、 蛋白质、天然橡胶 合成高分子材料如：塑料、合成
12、纤 维、合成橡胶、涂料 按 性 能 分 功能高分子材料如：高分子分离膜、 医用高分子、吸水高分子 复合材料如：玻璃纤维、碳纤维 典例透析典例透析 (2014 经典习题选萃经典习题选萃)碳纤维强化塑料是一种新碳纤维强化塑料是一种新 型的高强度复合材料，其强度比钢铁材料大而密度比铝小。据型的高强度复合材料，其强度比钢铁材料大而密度比铝小。据 报道，每架波音报道，每架波音 767 飞机使用了飞机使用了 1 吨碳纤维材料，而一种新型吨碳纤维材料，而一种新型 的波音的波音 757 飞机使用了飞机使用了 9 吨以上的碳纤维。制取碳纤维的一种吨以上的碳纤维。制取碳纤维的一种 方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体中
13、进行高温处理而获得，这方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体中进行高温处理而获得，这 种碳纤维的结构可表示如下：种碳纤维的结构可表示如下： (1)构成这种碳纤维的元素是构成这种碳纤维的元素是_，其原子个数比为，其原子个数比为 _。 (2)用乙炔和用乙炔和 HCN 为原料合成这为原料合成这种碳纤维的流程可表示如种碳纤维的流程可表示如 下：下： CHCH HCN A 高聚物高聚物B 高温处理高温处理C 脱氢脱氢 碳纤维碳纤维 用化学方程式表示以下过程：用化学方程式表示以下过程： CHCH 与与 HCN 反应反应_； AB_。 【解析】【解析】 碳纤维材料是一种重要的新型复合材料，题目碳纤维材料是一种重要的
14、新型复合材料，题目 已知给出这种碳纤维是将聚丙烯腈经高温处理而得，聚丙烯腈已知给出这种碳纤维是将聚丙烯腈经高温处理而得，聚丙烯腈 的结构为的结构为注意到题给出的碳纤维的结构，可以注意到题给出的碳纤维的结构，可以 将聚丙烯腈结构写为：将聚丙烯腈结构写为：其中其中CN 的的 结构为结构为CN。 这种变换写法是解答本题的关键一步，根据生产流程所示，聚这种变换写法是解答本题的关键一步，根据生产流程所示，聚 丙烯腈经两步反应获得碳纤维，第一步高温处理，应是在上述丙烯腈经两步反应获得碳纤维，第一步高温处理，应是在上述 结构的基础上将氰基结构的基础上将氰基CN 的三键打开重新结合构成环状的三键打开重新结合构
15、成环状结结 构，即生成构，即生成 C，C 在催化剂的作用下脱氢，在在催化剂的作用下脱氢，在 C 中环状结构的中环状结构的 CH2与与上各脱去一个氢原子而形成上各脱去一个氢原子而形成结结 构，从而形成碳纤维。显然，在构，从而形成碳纤维。显然，在CH2上脱去一个氢原子后，上脱去一个氢原子后， 还有一个氢原子，所以可知这种碳纤维由还有一个氢原子，所以可知这种碳纤维由 C、H、N 三种元素三种元素 构成， 考查其中的一个基本结构单元构成， 考查其中的一个基本结构单元可看出可看出 C、 H、 N 三种原子的个数比应为三种原子的个数比应为 3:1:1。 【答案】【答案】 (1)C、H、N 3:1:1 (2
16、)CHCHHCN 催化剂催化剂CH 2=CH CN 变式训练 2下列对有机高分子的叙述，正确的是 ( ) A原子与原子、链节跟链节均以共价键结 合 B原子跟原子以共价键结合，链节跟链节 以分子间作用力结合 C原子跟原子、链节跟链节均以非极性共 价键结合 D原子跟原子以非极性共价键结合，链节 跟链节以极性共价键结合 解析：高分子化合物是单体经过加聚反应或 缩聚反应得到的，原子跟原子之间，链节跟 链节间均以非极性或极性共价键结合。 答案：A 新考题新考题 随堂自测随堂自测 1(2014甘肃省第一次诊断)当航天飞机返 回地球大气层时，由于空气的剧烈摩擦，飞 机尖端的温度可达1000以上，为了防止高
17、温将它烧毁，科学家给航天飞机的相应部位 安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是 ( ) A塑料 B合成纤维 C新型陶瓷和碳纤维的复合材料 D镁铝合金 解析：本题考查与高科技有关的化学知识， 考查考生应用化学知识解决化学问题的能力。 难度较小。 做保护层的材料应耐高温，塑料和合成纤维 温度高时软化甚至燃烧；镁铝合金导热。 答案：C 2下列物质中不属于新型有机高分子材料的 是( ) A高分子分离膜 B液态高分子材料 C生物高分子材料 D工程材料PVC管 答案：D 3下列说法中，不正确的是( ) A探求某种新型高分子材料，需要研究分 子结构与功能之间的关系 B新科技革命的三大支柱产业为能源、信 息和
18、材料 C带有强亲水性原子团的化合物共聚可以 得到强亲水性高聚物 D具有网状结构的高聚物具有强吸水性 解析：具有强亲水性原子团作支链，同时与 交联剂反应，生成具有网状结构的聚合物才 具有强吸水性。 答案：D 4复合材料的使用使导弹的射程有了很大的 提高，其主要原因在于( ) A复合材料的使用可以使导弹能经受超高 温的变化 B复合材料的使用可以使导弹的质量减轻 C复合材料的使用可以使导弹承受超高强 度的改变 D复合材料的使用可以使导弹承受温度的 剧烈变化 解析：复合材料的使用使导弹的射程有很大 的提高，主要因素是在弹药功率一定的条件 下减轻了弹体的质量。 答案：B 5 (2013 乌鲁木齐地区高三
19、二次诊断乌鲁木齐地区高三二次诊断)下面是一种超高性能下面是一种超高性能 纤维纤维 M5 纤维的合成路线纤维的合成路线(有些反应未注明条件有些反应未注明条件)： 请回答：请回答： (1)写出写出 F 的结构简式：的结构简式：_。 (2)反应类型：AB_， BC_。 (3)某些芳香族有机物是C的同分异构体，则 这些芳香族有机物(不包含C)结构中可能有 _(填序号)。 a两个羟基 b一个醛基 c两个醛基 d一个羧基 (4)写出化学方程式： BC_ _， DE_ _。 (5)如果要一个设计实验，证明A分子中含有 氯原子，按实验操作顺序，需要的试剂依次 是_、_、_。 解析：解析：本题考查有机合成。难度
20、中等。本题考查有机合成。难度中等。 依题推知依题推知 A 到到 B 发生的是甲基上的取代，发生的是甲基上的取代，B 为为 A 的水解的水解 产物，产物，B 的结构简式为的结构简式为C 是是 B 的催的催 化氧化产物，化氧化产物，C 的结构简式为的结构简式为，D 的结构的结构 简式为简式为，D 结构中的结构中的Br 先水解，先水解， 得到酚羟基，再与得到酚羟基，再与 NaOH 反应得到产物反应得到产物 E，E 的结构简式为的结构简式为 ，F 是是 E 酸化后的产物，酸化后的产物，F 的结构的结构 简式为简式为。检验有机分子中含有氯原子。检验有机分子中含有氯原子 的方法是先加的方法是先加 NaOH
21、 溶液水解，再加稀溶液水解，再加稀 HNO3酸化，最后加入酸化，最后加入 AgNO3溶液，看是否有白色沉淀。溶液，看是否有白色沉淀。 答案：答案：(1) (2)取代反应取代反应 氧化反应氧化反应 (3)abc (5)NaOH 溶液溶液 稀稀 HNO3溶液溶液 AgNO3溶液溶液 人类蛋白质组计划 随着人类基因组计划的实施和推进，生命科 学研究已进入了后基因组时代，功能基因组 学(包括结构基因组研究和蛋白质组研究等) 成为生命科学的主要研究对象。 蛋白质是生理功能的执行者，是生命现象的 直接体现者，对蛋白质结构和功能的研究将 直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机 制。生命现象的发生往往受多种因素影响， 必然涉及多种蛋白质；在执行生理功能时蛋 白质的表现是多样的、动态的，并不像基因 组那样基本固定不变。因此人们迫切需要全 面和深入地认识生命的复杂活动。 蛋白质组学(proteomics)正是以细胞内全部蛋 白质的存在及其活动方式为研究对象的，它 是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑， 也是后基因组时代生命科学研究的核心内容 之一。 目前，人类蛋白质组计划已经实施，我国 承担人类肝脏蛋白质组的研究工作。不久的 将来，蛋白质组学将成为寻找疾病分子标记 和药物靶标最有效的方法之一，在对人类许 多疾病的临床诊断和治疗方面有十分诱人的 前景。
