第二节　第2课时　功能高分子材料 教学设计

第2课时功能高分子材料[学习目标]1.了解功能高分子材料的含义及其在实际应用上的意义。2.能参与材料选择与使用、垃圾处理等社会性议题的讨论，并作出有科学的判断、评价决策。任务一高吸水性树脂1．功能高分子材料(1)概念：具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。(2)常见功能高分子材料：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)合成方法①改造淀粉或纤维素分子，接入强亲水基团。a．常见的强亲水基团：羟基、羧基、醛基、氨基等。b.改造后的树脂具有强大的吸水和保水能力，而且可生物降解。②合成新的带有强亲水基团的高分子。如：合成的网状结构的树脂可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压作用。(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)实验探究——高吸水性树脂的吸水性能①问题：高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别有多大？②现象及数据处理：吸水材料高吸水性树脂(尿不湿)一般吸水材料(餐巾纸)吸水前质量m1/g1.001.00吸水现象呈凝胶状，有较好的保水能力吸水后变形程度小，保水能力较差吸水后质量m2/g84.8211.00吸水率(m2－m1)/m183.82(吸水性强)10(吸水性差)实验结论：其他条件相同时，高吸水性树脂的吸水性及保水性均比一般吸水材料的强。[交流研讨](1)为什么高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别这么大？提示：绝大多数高吸水性树脂的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性基团。(2)为什么高吸水性树脂能吸水而又不溶于水？提示：高吸水性树脂分子中含有强吸水性基团和一定的网状结构(具有一定的交联度)。利用分子中大量的亲水基团与水分子之间产生氢键等作用吸收水分子，并且通过网状结构将水分子束缚在高分子网格中，形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，在一定压力下也不易失水。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．②④⑤⑥C．③④⑤ D．全部答案：D2．下列合成纤维中吸水性最好的是()A．聚酰胺纤维 B．聚酯纤维C．聚乙烯醇纤维 D．聚丙烯纤维答案：C解析：四个选项中，聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维中不含羟基，聚乙烯醇纤维中含有醇羟基，吸水性最好，故C正确。3．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．CCl2—CCl2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。任务二高分子分离膜1．分离原理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．分类(1)根据膜孔大小：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。(2)根据分离膜材料：醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。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．应用高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。[交流研讨]在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。提示：橡胶工业将线型结构连接成网状结构是为了增加橡胶的强度。高吸水性树脂加交联剂将线型结构连接成网状结构，是为了使其既具有吸水性而又不溶于水，且耐挤压。1．下列各选项中，对相应高分子材料的类型、功能的说法均正确的是()选项高分子材料类型功能A黏合剂功能高分子材料黏合作用B涂料功能高分子材料保护作用C离子交换树脂功能高分子材料分离和提纯D聚乙烯醇功能高分子材料制人工心脏答案：C解析：黏合剂和涂料均属于通用高分子材料，A、B错误；离子交换树脂属于功能高分子材料，主要用于硬水软化、海水淡化以及物质的分离和提纯，C正确。聚乙烯醇主要用于纸尿裤，D错误。2．(2024·湖北浠水高二期末)全氟磺酸质子交换膜广泛用于酸性氢氧燃料电池。其传导质子的原理示意图如图。电池放电时，—SO3H脱出H＋，生成的—SOeq\o\al(－,3)会吸引邻近水分子中的H，在电场的驱动下，H＋以水分子为载体在膜中沿“氢键链”迅速转移，达到选择透过的效果。下列说法错误的是()A．该全氟磺酸质子膜单体可能是CF2=CF2和CF2=CF—SO3HB．—SO3H的酸性强弱和膜的湿润程度均对该质子膜的导电性有显著影响C．若将全氟代物主链改为烃链，则该膜稳定性下降，但导电性能更好D．电池工作时，若负极有D2放电，停止工作时，质子膜中可能检测出含—SO3D答案：C解析：A.根据全氟磺酸质子膜高分子材料结构推断单体可能是CF2=CF2和CF2=CF—SO3H，故A正确；B.根据题干信息，电池放电时，—SO3H脱出H＋，生成的—SOeq\o\al(－,3)会吸引邻近水分子中的H＋，在电场的驱动下，H＋以水分子为载体在膜中沿“氢键链”迅速转移，可知—SO3H的酸性强弱和膜的湿润程度均对该质子膜的导电性有显著影响，故B正确；C.F原子的电负性比较大，是吸电子基团，导致—SO3H附近的电子云密度减小，而H＋带正电，—SO3H附近的电子云密度减小后与带正电的H＋结合不紧密，变得更容易电离，所以稳定性下降，导电性能更好，若将全氟代物主链改为烃链，则该膜稳定性提高，但导电性能减弱，故C错误；D.根据该燃料电池工作原理可知，当负极有D2放电，停止工作时，质子膜中可能检测出含—SO3D，故D正确。1．化学与生活息息相关，下列物质属于功能高分子材料的是()A．聚丙烯酸钠 B．聚酯纤维C．酚醛树脂 D．合成橡胶答案：A解析：功能高分子是一类以基本合成材料为原料、在其中添加一些特殊的物质或经过特殊处理后具有特殊功能的高分子材料。聚丙烯酸钠是新型的高分子材料，属于功能高分子材料，故A正确；聚酯纤维属于通用高分子材料，不属于功能高分子材料，故B错误；酚醛树脂属于通用高分子材料，不属于功能高分子材料，故C错误；合成橡胶属于通用有机高分子材料，不属于功能高分子材料，故D错误；故选A。2．聚丙烯酸钠(单体为CH2=CHCOONa)是一种高吸水性树脂，可在干旱地区用于农业、林业的抗旱保水。下列关于聚丙烯酸钠的说法正确的是()A．它的结构简式为CH2—CH—COONaB．它可以通过单体发生缩聚反应制得C．它具有热塑性D．它是一种网状结构的高分子材料答案：C解析：碳碳双键能发生加聚反应，所以聚丙烯酸钠的结构简式为，A、B项错误；聚丙烯酸钠是一种线型结构的高分子，具有热塑性，C正确，D错误。3．(2023·江苏连云港二模)科技创新让2022年北京冬奥会举世瞩目。对下列科技创新所涉及的化学知识判断正确的是()A.“黑金”石墨烯为冬奥赛场留住温暖，石墨烯是有机物B．“冰墩墩”的外壳材质主要是有机硅橡胶，有机硅橡胶是纯净物C．速滑竞赛服使用聚氨酯材料可减少空气阻力，聚氨酯是高分子材料D．二氧化碳跨临界直接制成的冰被誉为“最快的冰”，二氧化碳是极性分子答案：C解析：石墨烯是无机物，A项错误；有机硅橡胶是混合物，B项错误；聚氨酯是聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物，C项正确；二氧化碳属于极性键形成的非极性分子，D项错误；答案选C。4．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：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)＋2nH2Oeq\o(→,\s\up7(酶))＋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。课时测评24功能高分子材料(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一功能高分子材料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．高分子药物C．高分子催化剂 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。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()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．导弹技术中利用复合材料的耐腐蚀性能提高导弹的射程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答案：C解析：耐腐蚀性能与导弹射程无关。3．手术缝合线、人造器官等人体用的功能高分子要求无毒且与人体有较好的相容性。根据有关化合物的性质及生物学知识可知，下列高分子不宜用作手术缝合线或人造器官材料的是()A．聚乳酸 B．聚氨酯C．氯纶 D．聚乙烯醇答案：C解析：由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，A不选；聚氨酯具有优良的生物相容性，逐渐被广泛用作生物医用材料，可用于人工心脏起搏器、人工血管等，B不选；氯纶的分子中含有大量的氯原子，所以在使用过程中会逐渐释放出含氯的有毒物质，对人体有害，不能作手术缝合线或人造器官材料，C选；聚乙烯醇无毒，对人体皮肤无刺激性，可作手术缝合线等，D不选。4．关于下列三种常见高分子材料的说法正确的是()A．顺丁橡胶、涤纶和酚醛树脂都属于天然高分子材料B．顺丁橡胶的单体与反-2-丁烯互为同分异构体C．涤纶是对苯二甲酸和乙二醇通过缩聚反应得到的D．酚醛树脂的单体是苯酚和甲醇答案：C解析：顺丁橡胶、涤纶和酚醛树脂都属于人工合成高分子材料，故A错误；顺丁橡胶的单体为1，3-丁二烯，分子式为C4H6，反-2-丁烯分子式为C4H8，两者分子式不同，不是同分异构体，故B错误；由涤纶的结构可知其单体为对苯二甲酸和乙二醇，两者通过酯化反应缩聚成涤纶，故C正确；酚醛树脂的单体是苯酚和甲醛，故D错误；故选C。5．(2024·无锡质检)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：C6．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：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。题点二特殊功能高分子材料7．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。8．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高的强度，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—CH2ClB．CH2=CH—COOHC．CH3—CH(OH)—COOHD．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；在浓硫酸条件下能形成环酯，则分子中同时含有—OH和—COOH，故选C。9．医用胶能够在常温、常压下发生加聚反应，快速黏合伤口，且黏合部位牢固，它的结构中含有α-氰基丙烯酸酯(结构如图所示)。下列关于医用胶的说法正确的是()A．碳碳双键发生加聚反应使医用胶形成网状结构B．氰基和酯基使碳碳双键活化，更易发生加聚反应C．医用胶中含有极性基团，故水溶性很好D．医用胶与皮肤黏合牢固只靠氰基与蛋白质分子间形成的氢键答案：B解析：碳碳双键发生加聚反应形成线型结构，故A错误；氰基和酯基使碳碳双键的极性增大，更容易断键发生加聚反应，故B正确；该医用胶中的氰基和酯基具有强极性，但其形成的聚合物更易溶于有机溶剂，故C错误；氰基中的N原子能够与蛋白质中的氨基氢和羧基氢形成氢键，从而表现出强黏合性，故D错误。10．下列说法中，不正确的是()A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩果汁、乳制品加工等B．高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度答案：D解析：A.高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等，A项正确；B.高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤，B项正确；C.导电塑料是将树脂和导电物质混合，用塑料的加工方式进行加工的功能高分子材料，主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域，C项正确；D.医用高分子材料归属于功能高分子材料，它们都无毒，具有良好的生物相容性和稳定性，有足够的机械强度等特点，D项错误。11．2024年3月2日，神舟十七号航天员在空间站机械臂和地面科研人员的配合下完成全部既定任务，安全返回“问天”实验舱，出舱活动取得圆满成功。下列说法正确的是()A．构成太空机械臂的铝锂合金硬度和熔点都比其成分金属的低B．制作航天服所用的棉纤维、涤纶、尼龙等均属于有机高分子材料C．空间站用于数据处理的电子芯片的主要材料为二氧化硅D．“问天”实验舱采用的砷化镓太阳能电池，能将化学能直接转化为电能答案：B解析：A.合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，故A错误；B.有机高分子材料又称聚合物或高聚物材料，是一类由一种或几种分子或分子团(结构单元或单体)以共价键结合成具有多个重复单体单元的大分子，棉纤维、涤纶、尼龙等均属于有机高分子材料，故B正确；C.电子芯片的主要材料为单质硅，故C错误；D.太阳能电池工作时，将光能转化为电能，故D错误；故选B。12．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、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．①④C．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。13．高分子修饰是指对高聚物进行处理，接上不同取代基改变其性能。我国高分子科学家对聚乙烯进行胺化修饰，并进一步制备新材料，合成路线如图：下列说法正确的是()A．a分子的核磁共振氢谱有4组峰B．合成路线中生成高分子b的反应为加聚反应C．1mol高分子b最多可与2molNaOH反应D．高分子c的水溶性比聚乙烯的好答案：D解析：a分子中只有两种化学环境的H，其核磁共振氢谱有两组峰，故A错误；从合成路线中可以看出，生成高分子b的反应为加成反应，B错误；1mol高分子b中含有的酯基数为2nmol，远大于2mol，故与NaOH反应时消耗的NaOH的物质的量远大于2mol，C错误；高分子b在碱性条件下水解得到高分子c具有醇羟基，醇羟基属于亲水基，水溶性良好，聚乙烯不溶于水，D正确。14．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。写出由A合成C的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。写出由A制取B的化学方程式：____________________________________