6-3 中国制造的材料基础——合成高分子 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题六 第三节 中国制造的材料基础——合成高分子 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于合成高分子化合物的说法，正确的是（ ） A. 合成高分子化合物都是纯净物 B. 合成高分子化合物的相对分子质量可达几万至几百万 C. 合成高分子化合物都具有弹性 D. 合成高分子化合物的结构均为线型结构 2. 合成高分子化合物的基本反应类型不包括（ ） A. 加聚反应 B. 缩聚反应 C. 取代反应 D. 聚合反应 3. 聚乙烯塑料的单体是（ ） A. 甲烷 B. 乙烯 C. 乙炔 D. 乙烷 4. 下列关于加聚反应的说法，错误的是（ ） A. 反应物通常含有碳碳双键或碳碳三键 B. 反应过程中没有小分子生成 C. 产物的结构简式中含有重复的结构单元 D. 聚氯乙烯的合成属于加聚反应 5. 加工制造中常用的合成纤维“涤纶”，其合成反应类型是（ ） A. 加聚反应 B. 缩聚反应 C. 加成反应 D. 取代反应 6. 下列合成高分子材料中，属于塑料的是（ ） A. 聚乙烯 B. 橡胶 C. 涤纶 D. 羊毛 7. 下列关于热塑性高分子材料的说法，正确的是（ ） A. 加热后不能软化重塑 B. 具有网状结构 C. 聚乙烯、聚丙烯属于热塑性材料 D. 热塑性材料的稳定性高于热固性材料 8. 合成酚醛树脂的单体是（ ） A. 苯酚和甲醛 B. 苯酚和乙醛 C. 苯和甲醛 D. 苯和乙醛 9. 加工制造中用于制造轮胎的合成橡胶，其主要性能是（ ） A. 耐高温 B. 高弹性 C. 硬度大 D. 易降解 10. 下列关于缩聚反应的说法，正确的是（ ） A. 反应过程中没有小分子生成 B. 反应物必须含有不饱和键 C. 聚酯、聚酰胺的合成都属于缩聚反应 D. 缩聚反应的产物均为线型结构 11. 下列合成高分子材料中，属于合成纤维的是（ ） A. 尼龙 B. 聚氯乙烯 C. 丁苯橡胶 D. 聚乙烯 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 合成高分子化合物又称______，是由许多______（重复结构单元）通过______键连接形成的高分子量化合物。 2. 加聚反应是指含有______（如C=C、C≡C）的单体通过______反应生成高分子化合物的过程，反应中______（填“有”或“无”）小分子生成。 3. 缩聚反应是指单体之间通过缩合反应生成高分子化合物，同时生成______（如H₂O、HCl等）的过程，单体通常含有______、______等官能团。 4. 加工制造中，合成高分子材料应用广泛，如______（聚乙烯）用于食品包装，（聚氯乙烯）用于管道制造，（涤纶）用于纺织面料，______（丁苯橡胶）用于轮胎生产。 5. 高分子材料按性能可分为______（如塑料、纤维）和______（如橡胶）；按受热行为可分为______（加热可重塑）和______（加热不重塑）。 6. 聚氯乙烯的结构简式为______，其单体的结构简式为______。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 合成高分子化合物的相对分子质量是固定值，因为其结构单元重复次数相同。（ ） 2. 加聚反应的产物为均聚物，缩聚反应的产物为共聚物。（ ） 3. 热固性高分子材料成型后加热不能软化，因此不能回收再利用。（ ） 4. 聚乙烯和聚氯乙烯都是通过加聚反应合成的，它们的化学性质完全相同。（ ） 5. 加工制造中，可通过添加增塑剂改善聚氯乙烯的柔韧性。（ ） 6. 缩聚反应中，单体的官能团数量决定了高分子化合物的结构（线型或网状）。（ ） 7. 合成橡胶的弹性比天然橡胶好，且耐老化、耐腐蚀，应用范围更广。（ ） 8. 高分子材料的强度与其相对分子质量、结构（线型或网状）密切相关。（ ） 9. 可降解塑料的合成是为了解决“白色污染”问题，其降解过程属于物理变化。（ ） 二、提升题（共30分） 简答题（每题10分，共30分） 1. 结合合成高分子知识及加工制造专业分析：① 工业上用乙烯合成聚乙烯的加聚反应，写出化学方程式、反应条件及催化剂；② 聚乙烯塑料分为低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE），解释两者性能差异的原因（从分子结构角度）；③ 某工厂生产的聚乙烯产品中混有少量未反应的乙烯，如何提纯？写出操作步骤；④ 聚乙烯塑料作为食品包装材料的优势和潜在风险是什么？ 2. 某加工制造企业生产涤纶面料，原料为对苯二甲酸（HOOC-C₆H₄-COOH）和乙二醇（HOCH₂CH₂OH）。① 写出涤纶合成的化学方程式及反应类型；② 涤纶面料具有挺括、耐磨的特点，解释原因（从分子结构角度）；③ 若合成过程中乙二醇过量，对产品性能有何影响？如何优化反应条件？④ 涤纶面料的染色性能较差，如何通过改性处理改善？说明改性原理。 3. 结合加工制造专业回答：① 合成高分子材料在航空航天、电子制造等高端领域的应用有何特点？举例说明（如碳纤维增强复合材料）；② 工业上如何解决合成高分子材料的“白色污染”问题？写出两种解决方案及原理；③ 设计一个实验，鉴别聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯三种塑料样品，写出实验原理、主要步骤、预期现象和结论，并解释该实验在材料回收利用中的意义。   参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. C 3. B 4. （无错误选项，原4题D正确，修正后题目无错） 5. B 6. A 7. C 8. A 9. B 10. C 11. A （二）填空题 1. 高聚物；结构单元；共价 2. 不饱和键；加成；无 3. 小分子；羟基（-OH）；羧基（-COOH）（或氨基、酰氯基等） 4. 聚乙烯；聚氯乙烯；涤纶；丁苯橡胶（合理即可） 5. 结构材料；功能材料；热塑性材料；热固性材料 6. -[-CH₂-CHCl-]ₙ-；CH₂=CHCl （三）判断题 1. × 2. × 3. √ 4. × 5. √ 6. √ 7. √ 8. √ 9. × 二、提升题 简答题 1. ① 乙烯合成聚乙烯的加聚反应：a. 化学方程式：nCH₂=CH₂ 催化剂 -[-CH₂-CH₂-]ₙ-；b. 反应条件：高压（100-300MPa）、高温（150-250℃）（高压法）或低压（0.1-1MPa）、中温（60-100℃）（低压法）；c. 催化剂：高压法用氧气或过氧化物作引发剂，低压法用齐格勒-纳塔催化剂（如TiCl₄-Al(C₂H₅)₃）。② LDPE与HDPE的性能差异原因：a. 分子结构差异：LDPE分子链中含有较多支链，支链阻碍了分子链的紧密堆积，结晶度较低（50%-60%）；b. HDPE分子链支链少、结构规整，分子链能紧密堆积，结晶度较高（80%-90%）；c. 性能差异：HDPE的密度、硬度、强度高于LDPE，LDPE的柔韧性、透明度优于HDPE。③ 聚乙烯中混有乙烯的提纯步骤：a. 将产品放入密闭容器中，加热至60-80℃（聚乙烯软化但不熔化）；b. 通入氮气或惰性气体，搅拌，使未反应的乙烯气体被惰性气体带出；c. 重复通气-搅拌步骤2-3次，直至容器内乙烯浓度降至安全范围；d. 冷却后得到纯净的聚乙烯产品；或采用减压蒸馏法，在低压下加热，使乙烯挥发分离。④ 聚乙烯食品包装的优势与风险：a. 优势：化学性质稳定，不易与食品发生反应；无毒无味，符合食品安全标准；柔韧性好、透明度高，便于加工和包装；b. 潜在风险：若使用回收的废旧聚乙烯，可能含有重金属、增塑剂等杂质，污染食品；高温下（如微波加热）可能释放微量低分子化合物，长期接触可能有害；需选择食品级聚乙烯（如HDPE、LDPE食品级牌号）并控制使用温度。 2. ① 涤纶合成的化学方程式及反应类型：a. 化学方程式：nHOOC-C₆H₄-COOH + nHOCH₂CH₂OH = -[-OCH₂CH₂OOC-C₆H₄-CO-]ₙ- + (2n-1)H₂O；b. 反应类型：缩聚反应（同时属于酯化缩聚）。② 涤纶面料挺括、耐磨的原因：a. 分子结构：涤纶分子链为线型结构，结构规整，结晶度较高；b. 分子间作用力：分子链中含有酯基（-COO-），能形成氢键，分子间作用力较强，因此面料挺括、不易变形；c. 化学键稳定性：酯键和碳碳单键的键能较高，耐磨性好，不易破损。③ 乙二醇过量的影响及优化条件：a. 影响：乙二醇过量会导致涤纶分子链末端多为羟基（-OH），分子链长度变短，相对分子质量降低，面料的强度、耐磨性下降；b. 优化条件：严格控制对苯二甲酸和乙二醇的投料比为1:1.05-1.1（略过量的乙二醇用于补偿反应中挥发损失）；提高反应温度（250-280℃）和压力，促进反应正向进行；延长反应时间，确保缩聚反应充分。④ 涤纶染色性能改进的改性方法及原理：a. 改性方法：在涤纶分子链中引入磺酸基（-SO₃Na）、羧基（-COOH）等极性官能团；b. 改性原理：涤纶分子本身为非极性或弱极性，与极性染料（如酸性染料、活性染料）的亲和力差，染色困难；引入极性官能团后，分子极性增强，能与染料分子形成氢键或离子键，提高染料的吸附能力和染色牢度；或采用等离子体处理面料表面，增加表面极性基团，改善染色性能。 3. ① 合成高分子材料在高端领域的应用特点及实例：a. 应用特点：轻量化、高强度、耐高温、耐腐蚀、功能化（如导电、导热、隐身）；b. 实例：碳纤维增强复合材料（CFRP）用于航空航天部件（如飞机机翼、机身），其由碳纤维（高强度、低密度）与环氧树脂（黏结剂）复合而成，密度仅为钢材的1/4，强度是钢材的5-10倍，能降低飞机重量、提高燃油效率；聚酰亚胺（PI）用于电子制造中的柔性电路板，具有耐高温（长期使用温度250℃以上）、耐辐射、绝缘性好的特点，适应电子设备的高温焊接和恶劣工作环境。② 解决“白色污染”的方案及原理：a. 方案一：研发可降解合成高分子材料，如聚乳酸（PLA）、聚己二酸丁二醇酯（PBS）；b. 原理：可降解塑料在自然环境中（微生物、光照、温度）能发生水解或生物降解，最终分解为CO₂、H₂O和小分子有机物，被环境吸收，无残留污染；c. 方案二：加强废旧高分子材料的回收再利用；d. 原理：热塑性高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯）可通过粉碎、熔融重塑，加工为再生塑料产品（如垃圾桶、建材）；热固性材料可通过粉碎后作为填料加入新料中，提高资源利用率。③ 鉴别三种塑料的实验设计：a. 实验原理：利用三种塑料的燃烧特性（火焰颜色、气味、灰烬）差异鉴别，聚乙烯燃烧无异味、火焰蓝色；聚氯乙烯燃烧有刺激性气味（HCl）、火焰绿色；聚苯乙烯燃烧有苯乙烯气味、火焰明亮带黑烟。b. 所需仪器：试管、酒精灯、镊子、湿润的蓝色石蕊试纸。c. 操作步骤：i. 取少量三种塑料样品，分别编号为A、B、C，用镊子夹取；ii. 分别点燃样品，观察火焰颜色、气味及燃烧后的灰烬；iii. 用湿润的蓝色石蕊试纸靠近燃烧的样品，观察试纸颜色变化；iv. 现象与结论：火焰蓝色、无异味、试纸不变色的是聚乙烯（A）；火焰绿色、有刺激性气味、试纸变红（HCl使石蕊变红）的是聚氯乙烯（B）；火焰明亮带黑烟、有特殊苯味、试纸不变色的是聚苯乙烯（C）。d. 注意事项：燃烧实验需在通风橱中进行，避免刺激性气体污染；镊子需夹紧样品，防止掉落。e. 材料回收利用的意义：废旧塑料回收前需分类，不同塑料的回收工艺和用途不同，如聚乙烯、聚丙烯可直接再生，聚氯乙烯因燃烧产生有毒气体，需单独回收处理；通过鉴别分类，可提高回收效率、降低处理成本，避免有毒有害物质释放，实现资源循环和环境保护。 学科网（北京）股份有限公司 $