化学与材料的制造、应用

专题2化学与材料的制造、应用一、高分子化合物与材料1.高分子化合物的分类天然高分子热固性2.新型高分子材料(1)功能高分子材料:具有某种特定功能的高分子材料,常见的有导电塑料(如聚乙炔)、离子交换树脂或交换膜、高分子医药材料、人造器官、高分子吸水材料、导电高分子化合物等。(2)复合材料:②常见的复合材料:___________________________等。玻璃钢、碳纤维增强复合材料黏结骨架3.三类有机高分子材料(1)天然橡胶与合成橡胶:①天然橡胶:________________________经硫化处理后可得硫化橡胶。②常见的合成橡胶:如顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚硫橡胶、乙丙橡胶等。(2)合成树脂:①PVC:nCH2＝CHCl________________②ABS树脂:由丙烯腈(CH2＝CH-CN)、1,3-丁二烯(CH2＝CH-CH＝CH2)和苯乙烯(C6H5-CH＝CH2)三种单体共聚而成。催化剂③酚醛树脂:(3)高分子吸水材料:由淀粉、纤维素等天然高分子与丙烯酸、苯乙烯磺酸进行接枝共聚得到,也可用聚乙烯醇与聚丙烯酸盐交联得到,具有高吸水性和高保水性。4.纤维素的化学加工(1)植物纤维的利用:①木材、芦苇、稻草、麦秸、蔗渣等可用于造纸。②木材纤维制作家庭装修用的纤维板。③造纸工艺流程(2)纤维素水解:(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6纤维素葡萄糖(3)纤维素酯的制造:①纤维素硝酸酯(硝化纤维)催化剂△②纤维素醋酸酯(醋酸纤维)二、阿司匹林、洗涤剂等的合成过程1.阿司匹林(1)作用:能使发热病人的体温降至正常,并起到缓解疼痛和抗炎消肿的作用。(2)制备:2.合成洗涤剂(1)表面活性剂:如十二烷基苯磺酸钠:憎水基团亲水基团(2)洗涤剂:主要成分是表面活性剂,是能够发挥去污作用的主要物质,还含有助剂、杀菌剂、织物柔顺剂等辅助成分。【思考辨析】1.纤维素和淀粉组成均可用(C6H10O5)n表示,因此二者互为同分异构体。()【分析】淀粉和纤维素通式相同,但聚合度n不同,二者不是同分异构体。×2.阿司匹林可与NaOH溶液反应,1mol阿司匹林可与3molNaOH反应。()【分析】阿司匹林结构式为,—COOH可与NaOH中和,酯基可水解,因此可得产物:、CH3COONa,因此1mol阿司匹林可消耗3molNaOH。√3.家庭中常用纯碱或洗洁精除去油污,二者去油污原理相同。()【分析】油脂主要成分为高级脂肪酸甘油酯,Na2CO3水解呈碱性,油脂可在碱性条件下水解;洗洁精的主要成分是表面活性剂,可把油污分散成小颗粒而进入水中,从而达到去污目的,二者原理不同。4.塑料制品容易被微生物分解,所以废弃塑料制品不会对环境造成严重的污染。()【分析】塑料制品不易降解,能形成“白色污染”。××5.工业上由铝土矿提取Al2O3的过程中不发生氧化还原反应。()【分析】由铝土矿提取Al2O3的过程如下:整个过程中不存在氧化还原反应。√考点1考点有机高分子材料的合成1.合成有机高分子材料的化学反应加成聚合反应缩合聚合反应含义许多小分子(含不饱和键)通过加成反应形成高聚物的聚合反应许多小分子通过缩合形成高聚物,同时有小分子生成的聚合反应单体特征含不饱和键如碳碳双键、碳碳叁键或环状结构含有能够相互反应的官能团,如—COOH和—OH、—NH2等加成聚合反应缩合聚合反应单体种类数相同或不同的单体相同或不同的单体高聚物特征链节与单体的组成相同链节与单体的组成不同产物种类只有高聚物高聚物和小分子加成聚合反应缩合聚合反应举例2.线型结构、体型结构高分子材料的比较合成材料线型高分子材料体型高分子材料常见物质合成纤维、部分塑料(如聚乙烯)部分塑料(如电木)结构特点以共价键结合成高分子链,链与链之间以分子间作用力相结合以共价键构成高分子链,链与链之间以共价键大量交联性质特点具有弹性、可塑性,在溶剂中能溶解,加热能熔融,硬度、脆性较小,不能导电没有弹性和可塑性,不能溶解或熔融,在溶剂中能溶胀,硬度和脆性较大,不能导电【误区警示】(1)高分子的单体和链节区分不清,是失分的一个重要方面。(2)高分子都是混合物,认识不到位时容易失分。判断高分子是否是混合物的方法是测定其有没有固定的熔点。(3)由高分子判断单体的方法掌握不好,容易出现错误。(4)缩合聚合反应中有小分子生成,这是区别于加成聚合反应的特征之一。【典例】玻璃钢可由酚醛树脂和玻璃纤维制成。(1)酚醛树脂由苯酚和甲醛缩聚而成,反应有大量热放出,为防止温度过高,应向已有苯酚的反应釜中加入甲醛,且反应釜应装有装置。(2)玻璃纤维由玻璃拉丝得到。普通玻璃是由石英砂、和石灰石(或长石)高温熔融而成,主要反应的化学方程式为________________________。(3)玻璃钢中玻璃纤维的作用是。玻璃钢具有等优异性能(写出两点即可)。(4)下列处理废旧热固性酚醛塑料的做法合理的是。a.深埋b.粉碎后用作树脂填料c.用作燃料d.用有机溶剂将其溶解,回收树脂【解题指南】解答本题要明确以下2点:(1)复合材料的结构特点和优越的性能。(2)废旧合成材料再生利用的途径和对环境的污染。【解析】(1)为防止温度过高,应间歇性地加入甲醛,并且要装有散热(冷却)装置。(2)利用石灰石、纯碱、石英砂生产玻璃的方程式为:Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑。(3)玻璃钢是将玻璃纤维和高分子材料复合而成的复合材料,其中玻璃纤维的作用是增强体,合成材料是基体;它具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性能好等优良性能。高温高温(4)废旧合成材料的再生利用主要有三条途径:①通过再生和改性,重新做成多种有用的材料和制品;②采用热裂解或化学处理方法使其分解,用于制备多种化工原料;③将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能,但热固性酚醛塑料不易燃烧,c错误。因为塑料深埋地下很难腐烂,造成严重的“白色污染”,故a错;酚醛塑料不能溶解于有机溶剂,故d错。答案:(1)缓慢冷却(2)纯碱SiO2+Na2CO3====Na2SiO3+CO2↑,SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑(3)增强作用(或骨架作用)质量轻、强度高、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性好等(任意答出两点即可)(4)b高温高温【变式训练】材料是人类赖以生存和发展的物质基础,与信息和能源一起成为当代文明的三大支柱。(1)塑料的主要成分为,合成聚氯乙烯塑料(PVC)的单体为,合成聚氯乙烯的化学方程式为。(2)现在提倡对塑料制品进行分类回收,下列标识中属于塑料包装回收标志的是。(3)某班同学进行“使用塑料的利与弊”的辩论,甲方认为“利大于弊”,理由是:大部分塑料抗腐蚀能力强,不与酸反应;乙认为“弊大于利”,理由是:回收塑料时,分类十分困难,而且经济上不合算。如果你加入甲方或乙方,请说出一条支持该方观点的理由:。【解析】(1)聚氯乙烯的结构为,其合成单体为CH2＝CHCl。(2)塑料制品为可回收利用的材料,用A图表示。(3)甲方观点是塑料制品轻便灵巧、可循环利用。乙方观点是对环境造成污染,并且燃烧时产生有毒的气体。答案:(1)合成树脂CH2＝CHCl(2)A(3)甲方:轻便灵巧,节省空间;乙方:难以降解处理,燃烧处理会放出有毒气体,污染环境(合理即可)1.物质的性质和功能与分子结构间有着密切的关系。以下问题涉及高分子材料、日用化学品及药品。(1)几种常用高分子材料的结构(或结构片段)如下:①不会被酸、碱、王水及多数有机溶剂所腐蚀的塑料是。②属于热塑性塑料且可溶于氯仿的是。③热固性塑料是。④属于合成纤维,俗称“涤纶”的是,废弃的涤纶织物经处理后可回收利用。⑤写出涤纶水解后生成的两种物质的结构简式。(2)有氧洗衣粉含有过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2),这种洗衣粉除了具有去污功能外,还有功效,该功效与过碳酸钠中的_______基团(用化学符号表示)有关。(3)吗啡是一种天然麻醉剂,因其分子结构比较复杂(结构如下图左),较难人工合成。科学家设计并合成了杜冷丁分子,该分子包含了a,b,c,d,e等结构单元(如下图右)。杜冷丁分子的结构单元(用图中的字母标号表示)与吗啡分子中的某些结构单元相似,因而两者具有类似的生物活性(如麻醉作用)。【解析】(1)由几种高分子材料的结构可知A、B、C、D为线型结构,B为聚四氟乙烯,号称“塑料王”,难溶于酸、碱、王水及多数有机溶剂;A为有机玻璃,可溶于氯仿等某些有机溶剂;E为体型结构,属于热固性塑料;C是天然橡胶;D是聚对苯二甲酸乙二醇酯,俗称“涤纶”,属于合成纤维,水解后生成对苯二甲酸和乙二醇。(2)有氧洗衣粉中含有过碳酸钠,含有—O—O—键,有强氧化性,具有杀菌消毒的功能。(3)由两种物质的结构简式对比可知,具有相似的结构单元的部分为a、b、c。答案:(1)①B②A③E④D⑤、HO—CH2—CH2—OH(2)杀菌消毒—O—O—(3)a、b、c2.氯碱工业中,通过电解饱和食盐水获得重要的化工原料。其中氯气用途十分广泛,除用于净水、环境消毒外,还用于生产盐酸、聚氯乙烯、氯苯等。(1)电解饱和食盐水的化学方程式为。(2)氯气用于生产半导体材料硅的流程如下:①石英砂的主要成分是,在制备粗硅时,焦炭的作用是。②由四氯化硅得到高纯硅的化学方程式是:。(3)用于制造塑料薄膜、人造革、塑料管材和板材的聚氯乙烯(PVC塑料)就是以氯气和乙烯为主要原料通过、消去和三步主要反应生产的。生产聚氯乙烯的有关反应的化学方程式为。(4)上述两种生产过程可得到同一种副产品,该副产品是。【解析】(1)2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑。(2)用Cl2制备纯硅涉及反应:2Cl2+Si(粗)====SiCl4,体现了氯气的强氧化性,再由SiCl4制取高纯硅,用H2使之还原,用SiCl4得到高纯硅的化学方程式为:SiCl4+2H2====Si+4HCl。高温电解△(3)Cl2在有机合成中的应用一般体现在利用加成反应制取聚氯乙烯,先发生反应:CH2＝CH2+Cl2ClCH2CH2Cl,再通过消去反应脱去一分子HCl,使之形成含双键的氯乙烯,加聚即可得聚氯乙烯,即(4)在两种材料制备反应中可得副产品HCl。答案:(1)2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑(2)①SiO2作还原剂②SiCl4+2H2====Si+4HCl(3)加成加聚(4)HCl通电高温3.材料是人类生存和社会进步的物质基础,不同的材料功能各不相同。以下都是有关材料的内容,试根据所给内容回答问题。(1)氢能是未来能源最佳选择之一,氢能的利用涉及氢的储存、输送和使用。贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。贮氢合金中最具代表性的是镧-镍合金(LaNi5),已知LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)ΔH=-31.77kJ·mol-1。镧-镍合金的熔点比镧、镍的熔点(填“高”“低”或“介于两者之间”),根据反应原理,形成LaNi5H6的化学反应条件是。最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂,可以大大提高贮氢合金的贮氢能力,你认为该讲法可信吗?(填“可信”或“不可信”),其理由是。(2)无机非金属材料是日常生活中不可缺少的物质,它们往往具有高强度、耐高温、耐腐蚀的特点。Si3N4就是一种重要的精细陶瓷,合成氮化硅的方法之一为:3SiO2+6C+2N2====Si3N4+6CO。在上述反应中氧化剂为。高温(3)有机高分子材料形式多样,ABS树脂广泛用于制造电讯器材、汽车、飞机零部件和各种仪器的外壳,它的结构可以表示为,试写出对应单体的结构简式CH2＝CH—CN、、。(4)高分子吸水树脂可以由聚乙烯醇()和聚丙烯酸盐()交联得到,从结构上看该高分子吸水材料具有吸水性,原因是它们都具有基团。【解析】(1)合金的熔点比各单一组分的熔点低;根据反应方程式可知生成贮氢合金的反应是气体体积减小的放热反应,加大压强、降低温度有利于合金的生成;催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡,更不能提高合金的贮氢能力。(2)由