2-3 高分子材料 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

专题二 化学与材料 第三节 高分子材料 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于高分子材料的说法，正确的是（ ） A. 高分子材料又称聚合物，是由许多小分子通过共价键连接而成的大分子化合物 B. 高分子材料均为绝缘体，不导电，且密度均小于金属材料 C. 高分子材料的化学性质稳定，在任何环境中都不会发生老化 D. 高分子材料的加工性能差，只能通过注塑工艺成型 2. 加工制造中常用的聚乙烯（PE），其单体是（ ） A. 乙烯（C₂H₄） B. 乙烷（C₂H₆） C. 氯乙烯（C₂H₃Cl） D. 苯乙烯（C₈H₈） 3. 下列关于塑料的说法，错误的是（ ） A. 塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类 B. 热塑性塑料加热时软化，冷却后硬化，可重复加工 C. 热固性塑料成型后加热不软化，不可重复加工 D. 塑料的主要成分是合成树脂，不含其他添加剂 4. 下列材料中，不属于合成高分子材料的是（ ） A. 聚氯乙烯（PVC） B. 天然橡胶 C. 聚丙烯（PP） D. 环氧树脂 5. 加工制造中，用于制造汽车保险杠的高分子材料是（ ） A. 酚醛树脂 B. 聚碳酸酯（PC） C. 聚丙烯（PP） D. 有机玻璃（PMMA） 6. 关于合成橡胶的说法，正确的是（ ） A. 合成橡胶的性能均优于天然橡胶，且成本更低 B. 合成橡胶具有高弹性、耐磨性、耐老化等优点 C. 合成橡胶的主要成分是蛋白质，易被微生物降解 D. 合成橡胶只能用于制造轮胎，不能用于其他加工场景 7. 下列关于高分子材料性能的说法，错误的是（ ） A. 热塑性塑料的柔韧性优于热固性塑料 B. 橡胶的弹性模量低，具有良好的伸缩性 C. 纤维的强度高、韧性好，适合制造纺织制品 D. 高分子材料的耐高温性能均优于金属材料 8. 加工制造中，利用聚四氟乙烯（PTFE）制造不粘锅涂层的主要原因是（ ） A. 聚四氟乙烯硬度高，耐磨性强 B. 聚四氟乙烯耐高温、化学稳定性好，不粘腻 C. 聚四氟乙烯导电性好，便于加热 D. 聚四氟乙烯价格低廉，易于加工 9. 下列特性中，不属于高分子材料共性的是（ ） A. 可塑性 B. 高弹性 C. 导电性 D. 绝缘性 10. 加工制造中，用于制造电子元件封装外壳的高分子材料是（ ） A. 聚乙烯（PE） B. 环氧树脂 C. 天然橡胶 D. 涤纶（PET） 11. 下列关于高分子材料加工的说法，错误的是（ ） A. 热塑性塑料可通过注塑、挤出、吹塑等工艺加工成型 B. 热固性塑料成型工艺包括模压、层压等，成型后不可回收 C. 橡胶的加工过程包括塑炼、混炼、硫化等步骤 D. 高分子材料的加工温度越高越好，可提高加工效率 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 高分子材料是由______通过______反应连接而成的大分子化合物，根据来源可分为______和______两类。 2. 合成高分子材料主要包括______、______、______三大类，其中______是应用最广泛的合成高分子材料。 3. 热塑性塑料的分子结构为______结构，加热时可软化流动，冷却后硬化，______重复加工；热固性塑料的分子结构为______结构，成型后加热不软化，______重复加工。 4. 常见的热塑性塑料有______、______、______等，常见的热固性塑料有______、______等。 5. 高分子材料的主要性能包括______（如可塑性、弹性）、______（如强度、硬度）和______（如耐腐蚀性、耐老化性）等。 6. 加工制造中，高分子材料的应用场景有______（汽车内饰件）、______（电子设备外壳）、______（机械密封件）等。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 高分子材料的相对分子质量很大，通常在10⁴~10⁶之间，因此其物理性质与小分子化合物有显著差异。（ ） 2. 热塑性塑料和热固性塑料的本质区别在于分子结构不同，热塑性塑料为线型结构，热固性塑料为体型网状结构。（ ） 3. 合成纤维的强度和耐磨性均优于天然纤维，且不易变形，广泛用于纺织和工业领域。（ ） 4. 高分子材料的老化是指其在使用过程中因环境因素（如光、热、氧气）导致性能下降的现象，是物理变化。（ ） 5. 橡胶的硫化过程是通过交联反应使线型橡胶分子形成体型网状结构，提高橡胶的弹性和稳定性。（ ） 6. 加工制造中，聚氯乙烯（PVC）可用于制造食品包装，因为其无毒、化学稳定性好。（ ） 7. 高分子材料的密度通常在0.9~2.0g/cm³之间，远小于金属材料，因此具有轻质优势。（ ） 8. 环氧树脂具有良好的粘接性和耐腐蚀性，可用于金属、陶瓷等材料的粘接和封装。（ ） 9. 所有高分子材料都具有绝缘性，可用于制造电气绝缘部件。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 加工制造车间需选择材料制造以下部件：① 家用自来水管（要求耐腐蚀、无毒、易安装）；② 机械传动装置的密封垫圈（要求高弹性、耐磨性、耐油性）；③ 笔记本电脑外壳（要求轻质、高强度、阻燃）。请分析：（1）每个部件应选择的高分子材料类型（塑料、橡胶、纤维）及具体材料；（2）说明选择依据（结合材料的性能特点和部件需求）；（3）简述所选材料的加工工艺或成型方法。 2. 某学生发现，矿泉水瓶加热后会变形，而电木插座加热后无明显变化；天然橡胶制品使用一段时间后会变硬、开裂，而合成橡胶制品性能更稳定。请分析：（1）矿泉水瓶和电木插座分别属于哪种类型的塑料（热塑性或热固性），解释加热后的不同现象；（2）天然橡胶老化变硬的原因；（3）合成橡胶相比天然橡胶的优势，举例说明合成橡胶在加工制造中的应用。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列加工制造场景中高分子材料选择的合理性，若存在问题请提出改进方案，并说明理由： （1）机械加工中，用聚乙烯（PE）制造机床的切削刀具； （2）汽车零部件生产中，用丁苯橡胶制造汽车轮胎； （3）电子元件制造中，用聚氯乙烯（PVC）制造芯片封装材料。 2. 某塑料加工厂生产的聚丙烯（PP）塑料件，在使用过程中出现韧性不足、易脆裂的问题。经检测，塑料件的结晶度偏高，且含有少量杂质。请分析可能的原因（从原料、加工工艺、配方等方面说明）；并提出改进措施，以提高塑料件的韧性和使用寿命。 （三）计算题（10分） 1. 聚乙烯（PE）的化学式可表示为(C₂H₄)ₙ，若某聚乙烯样品的相对分子质量为28000，计算： （1）n的值（聚合度）； （2）该样品中碳元素的质量分数； （3）10g该聚乙烯样品中含氢元素的质量（写出计算过程）。 2. 聚氯乙烯（PVC）的化学式为(C₂H₃Cl)ₙ，若制备1mol聚氯乙烯（假设n=1000），计算： （1）需要氯乙烯（C₂H₃Cl）的质量； （2）该聚氯乙烯样品的相对分子质量； （3）若原料氯乙烯的利用率为95%，需要氯乙烯的体积（标准状况下）（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. A 2. A 3. D 4. B 5. C 6. B 7. D 8. B 9. C 10. B 11. D （二）填空题 1. 小分子（单体）；聚合；天然高分子材料；合成高分子材料 2. 塑料；合成橡胶；合成纤维；塑料 3. 线型（或支链型）；可以；体型（或网状）；不能 4. 聚乙烯（PE）；聚丙烯（PP）；聚氯乙烯（PVC）（其他合理答案也可）；酚醛树脂；环氧树脂（其他合理答案也可） 5. 物理性能；力学性能；化学性能 6. 聚丙烯（PP）；聚碳酸酯（PC）；聚四氟乙烯（PTFE）（其他合理答案也可） （三）判断题 1. √ 2. √ 3. √ 4. × 5. √ 6. × 7. √ 8. √ 9. × 二、提升题 （一）简答题 1. （1）① 部件选择塑料——聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）；② 部件选择橡胶——丁腈橡胶（NBR）；③ 部件选择塑料——聚碳酸酯（PC）或ABS树脂。 （2）选择依据：① 自来水管需耐腐蚀（耐水、耐消毒剂）、无毒（符合食品接触标准）、易安装（柔韧性好，可热熔连接），PE/PP均满足要求，且成本较低；② 密封垫圈需高弹性（保证密封效果）、耐磨性（抵抗摩擦损耗）、耐油性（适应机械油污环境），丁腈橡胶耐油性优异，弹性和耐磨性良好；③ 笔记本电脑外壳需轻质（降低设备重量）、高强度（抗冲击、防变形）、阻燃（保障使用安全），PC/ABS树脂兼具高强度和良好的加工性能，且可阻燃改性。 （3）加工工艺/成型方法：① PE/PP水管：采用挤出成型工艺，将塑料熔融后通过挤出机模头挤出，冷却定型；② 丁腈橡胶密封垫圈：经塑炼、混炼后，采用模压成型，再进行硫化处理；③ PC/ABS电脑外壳：采用注塑成型工艺，将熔融塑料注入模具，冷却后脱模，后续可进行表面处理。 2. （1）① 矿泉水瓶属于热塑性塑料（如PET），其分子为线型结构，加热时分子间作用力减弱，表现为软化变形，冷却后恢复硬度，可重复加工；② 电木插座属于热固性塑料（酚醛树脂），其分子为体型网状结构，成型时发生交联反应，加热后化学键不易断裂，因此无明显变化，不可重复加工。 （2）天然橡胶老化变硬的原因：天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，含有碳碳双键，在氧气、光照、热量等环境因素作用下，双键易发生氧化、交联反应，导致橡胶分子链刚性增强，失去弹性，表现为变硬、开裂。 （3）合成橡胶相比天然橡胶的优势：① 耐老化性更好，使用寿命更长；② 耐油性、耐磨性、耐高温等性能可通过配方调整优化；③ 生产不受自然条件限制，成本更稳定。应用举例：丁苯橡胶用于制造汽车轮胎（耐磨性好）、丁腈橡胶用于制造机械密封件（耐油性好）、硅橡胶用于制造医疗器械（耐高温、无毒）。 （二）分析题 1. （1）不合理；改进方案：将聚乙烯（PE）更换为硬质合金或高速钢；理由：PE硬度低、耐磨性差，无法承受切削加工时的高温和切削力，易磨损失效；硬质合金或高速钢硬度高、耐磨性强，适合制造切削刀具，适配机械加工的高载荷需求。 （2）合理；理由：丁苯橡胶是合成橡胶的一种，具有良好的耐磨性、弹性和耐老化性，且成本低于天然橡胶，是汽车轮胎的常用材料，能满足轮胎承受的高摩擦、高弹性需求，适配汽车行驶场景。 （3）不合理；改进方案：将聚氯乙烯（PVC）更换为环氧树脂或硅树脂；理由：PVC耐热性差（软化温度约80℃），且燃烧时会释放有毒气体（如HCl），不符合电子元件封装的耐高温、环保要求；环氧树脂耐热性好、粘接性强、电气绝缘性能优异，硅树脂耐高温、耐老化，均适合作为芯片封装材料。 2. （1）韧性不足、易脆裂的原因：① 原料问题：PP树脂的等规度偏高，结晶度高（结晶度越高，韧性越差），且含有杂质（如催化剂残留、水分），影响分子链的柔韧性；② 加工工艺：注塑温度过低，塑料熔融不充分，分子链未完全舒展，结晶不均匀；冷却速度过快，导致结晶度升高，内部应力未释放；③ 配方问题：未添加增韧剂，或增韧剂用量不足，无法改善PP的韧性。 （2）改进措施：① 原料调整：选用等规度适中的PP树脂（结晶度控制在30%~50%），加工前对原料进行干燥处理（去除水分），减少杂质影响；② 工艺优化：提高注塑温度（200~220℃），保证塑料充分熔融；降低冷却速度，采用缓冷工艺，释放内部应力；③ 配方优化：添加弹性体增韧剂（如EPDM、POE），用量控制在10%~20%，通过增韧剂的分散作用改善PP的柔韧性；④ 加工后处理：对成型后的塑料件进行退火处理，进一步降低结晶度，提高韧性。 （三）计算题 1. 解：（1）聚乙烯（C₂H₄）ₙ的重复单元相对分子质量=2×12 + 4×1=28；n=相对分子质量÷重复单元相对分子质量=28000÷28=1000。 （2）碳元素的质量分数=（2×12×n）÷（28n）×100%=24÷28×100%≈85.71%。 （3）氢元素的质量分数=（4×1×n）÷（28n）×100%=4÷28×100%≈14.29%；10g样品中氢元素质量=10g×14.29%≈1.43g。 答：（1）n=1000；（2）≈85.71%；（3）≈1.43g。 2. 解：（1）氯乙烯（C₂H₃Cl）的摩尔质量=2×12 + 3×1 + 35.5=62.5g/mol；1mol聚氯乙烯（n=1000）需要1000mol氯乙烯，质量=1000mol×62.5g/mol=62500g=62.5kg。 （2）聚氯乙烯的相对分子质量=62.5×1000=62500。 （3）理论需要氯乙烯的物质的量=1000mol；利用率95%，实际需要氯乙烯的物质的量=1000mol÷95%≈1052.63mol；标准状况下体积=1052.63mol×22.4L/mol≈23578.9L。 答：（1）62.5kg；（2）62500；（3）≈23578.9L。 学科网（北京）股份有限公司 $