高三選修化學(下)第八章聚合物

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選修化學(下)第八章 聚合物與先進科技

2014 年 9 月 編彙

第一節 聚合物之一般性質與分類

一、聚合物: 1.意義:由許多小分子的單元重複連接而成的巨大分子稱為聚合物。 2.形成:由單體聚合而成。 (1)單體:組成聚合物的小分子。可以相同、亦可以不相同。 (2)單體單元:小分子存在於聚合物中的部分。 H H 【例】nH C CH2  2 (-C-C-)n 聚乙烯(PE) H H ※H C CH2  2為單體,CH2CH2為聚乙烯中的單體單元, H H (-C-C-)n 為聚合物 H H 3.分類: (1)依”來源”分類: 天然有機聚合物:纖維素、澱粉、蛋白質….等。 天然無機聚合物:雲母、石墨、石綿….等。 合成有機聚合物:合成樹脂、合成纖維、合成橡膠….等。 合成無機聚合物:人造雲母。 (2)依”單體種類”分類: (A)同元聚合物:由一種相同單體聚合而成。 例:聚乙烯(單體:乙烯)、聚氯乙烯(單體:氯乙烯) (B)共聚物:兩種或兩種以上單體聚合而成。 例:達克綸(單體:乙二醇、對苯二甲酸) 耐綸 66(單體:己二酸、己二胺) (3)依”聚合方式”: (A)加成聚合物:單體常為含 π 鍵(不飽和)之化合物。 例如:聚乙烯、聚丙烯… 等。 (A)天然聚合物 (B)合成聚合物

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(B)縮合聚合物:單體通常含兩個(或以上)之官能基,聚合時失去簡單之小 分子,如 2 H OHCl。例如:達克綸、耐綸… 等。 二、聚合物的性質: 1.聚合物通常是由不同數目單體組成分子的混合物。所以聚合物很難結晶成晶 體,故聚合物的分子量以平均分子量表示,沒有固定熔點。 2.分子很大,分子間引力也很強,可加工成纖維狀、皮膜狀。 3.聚合物鏈上所接的官能基仍保有此官能基原有的化性。 例如:羧基會發生酯化、芳香環會發生磺化等。但鏈上之官能基活性,會受到 鄰近基的影響,有的增強,有的減弱,根據兩者性質決定。 4.聚合物分子若有側鏈,則難排列整齊,會影響比重、機械性質等等。 5.一般而言,聚合物都是電的不良導體。 【例題 1】 有關聚合物的敘述,下列何者不正確? (A)聚合物是由許多小分子的單體重複連接而成的巨大分子 (B)聚合物具有側鏈時,會使比重變大,機械性質增強 (C)聚合物鏈上所接的官能基保有此官能基原有之化性 (D)聚合物鏈上所接的官能基的活性會受到鄰近官能基的影響。 Ans: B 【例題 2】 決定聚合物分子量的最佳方法是? (A)滲透壓 (B)氣體密度 (C)凝固點下降 (D)直接稱出單一分子的重量。 Ans: A 【例題 3】 加成聚合物的特徵是? (A)單體為一種烯或烯的衍生物 (B)聚合產物有固定的熔點 (C)是屬於不飽和烴的聚合反應 (D)反應後有小分子釋出 (E)單體可能為一種或二種。 Ans: ACE

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【例題 4】 對胺基苯甲酸是一種維生素,如果用對胺基苯甲酸作為單體, 可得何種聚醯胺?試畫出此聚醯胺的結構。 【例題 5】 下列哪一項聚合物是由相同分子縮合聚合反應而成的? Ans: B 【例題 6】 聚乙烯之分子式可以 表示之,若聚乙烯之分子量約為20000,則 n 值 約為? (A) 1000 (B) 900 (C) 800 (D)700。 Ans: D

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一、單一選擇題: ( ) 01. 下列何者可作為縮合聚合物的單體? (A)CH3CH=CH2 (B)H2N- -COOH (C)CH3CONH2 (D)CH3CH2COCH3。

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( ) 02. 下列各聚合物的組成、來源及聚合方式,何者錯誤? 聚合物 單體 來源 聚合方式 (A)纖維素 葡萄糖 天然 縮合聚合 (B)蛋白質 -胺基酸 天然 縮合聚合 (C)新平橡膠 異戊二烯 合成 加成聚合 (D)鐵弗龍 四氟乙烯 合成 加成聚合 ( ) 03. (1) (2) (3) (4)H2N-(CH2)6-NH2。上列化合物中,哪些可互相反應生成縮合聚合物? (A)(1)和(2) (B)(1)和(3) (C)(2)和(4) (D)(3)和(4)。 ( ) 04. 下列巨分子的結構中,何者沒有氫鍵存在? (A)耐綸 66 (B)聚乙烯 (C)澱粉 (D)蛋白質。 ( ) 05. 下列何者為只由一種單體縮合聚合而成之聚合物? (A)纖維素 (B)耐綸 66 (C)蛋白質 (D)達克綸。 ( ) 06. 下列何項聚合物是加成聚合物? (A)蛋白質 (B)澱粉 (C)耐綸 66 (D)合成橡膠。 ( ) 07. 下列有關天然與合成聚合物區別敘述,何者正確? (A)天然聚合物結構一般較合成聚合物複雜 (B)天然由二種單體聚合而成,合成聚合物則由一種單體聚合而成 (C)合成聚合物為純物質,有固定熔點 (D)合成聚合物都為加成聚合物。 ( ) 08. 加成聚合反應具有下列何種特性? (A)單體為不飽和的有機化合物 (B)聚合過程中,有小分子釋出 (C)單體為多官能基化合物 (D)由兩種以上的單體聚合而成的共聚物。 ( ) 09. 有關聚合物的敘述,下列何者錯誤? (A)構成聚合物的小分子稱為單體 (B)一聚合物的單體可以相同,也可以不相同 (C)聚合物可依其來源分為天然聚合物和合成聚合物 (D)聚合物均為共聚物。

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( ) 10. 下列敘述何者正確? (A)聚合物無固定分子量,故常以平均分子量表示之 (B)聚合物分子間作用力強,故均以結晶成晶體的形式存在 (C)聚合物均為直鏈分子 (D)聚合物中存在的官能基已失去其特性。 ( ) 11. 有關聚合物的性質,何者正確? (A)聚合物為純物質 (B)易結晶,為晶體 (C)組成單體僅限一種 (D)聚合物的分子量為平均分子量。 ( ) 12. 塑膠回收再利用是減廢及資源再利用的方式之一,保特瓶可被回收是因為 (A)可裂解成單體 (B)熱塑性可熔融再次加工 (C)可焚化產生能源 (D)可掩埋分解。 二、多重選擇題  ( ) 01. 下列各項敘述,何者正確? (A)聚乙烯為乙烯的聚合體 (B)達克綸是己二胺與乙二醇的縮合聚合物 (C)耐綸 66 是一種聚醯胺化合物,由己二酸和 1,6-二胺基己烷縮合而得 (D)蛋白質是天然的聚醯胺類,由若干種-胺基酸結合而成 (E)纖維素與澱粉是葡萄糖的天然聚合體。 ( ) 02. 下列何者為聚合物? (A)血糖 (B)澱粉 (C)蛋白質 (D)脂肪 (E)去氧核糖核酸(DNA)。 ( ) 03. 下列何項聚合物是同元聚合物? (A)蛋白質 (B)新平橡膠 (C)耐綸 (D)達克綸 (E)澱粉。 ( ) 04. 下列何者為二種或二種以上單體縮合聚合而成之聚合物? (A)纖維素 (B)耐綸 66 (C)蛋白質 (D)達克綸 (E)聚二甲矽氧。 ( ) 05. 下列何者為合成聚合物? (A)聚矽氧 (B)耐綸 (C)PVC (D)新平橡膠 (E)橡膠。 ( ) 06. 下列何者為天然聚合物? (A)聚矽氧 (B)耐綸 (C)橡膠 (D)蛋白質 (E)核酸。

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( ) 07. 下列何者是聚合物?

(A)澱粉 (B)脂肪酸 (C)蛋白質 (D)葡萄糖 (E)多氯聯苯。

單一選擇題解答※

1.B 2.C 3.C 4.B 5.A 6.D 7.A 8.A 9.D 10.A 11.D 12.B

多重選擇題解答※

1.ACDE 2.BCE 3.BE 4.BCD 5.ABCD 6.CDE 7.AC

第二節 天然聚合物

※ 天然聚合物種類甚多,本節討論橡膠、澱粉、纖維素、蛋白質。 一、天然橡膠:(natural rubber) 主要來源:橡膠樹,盛產於東南亞。單體是異戊二烯的加成聚合物(聚異戊二烯)。 H3C H H CH3 H H ︳ ︳ ︳ | | ︳ H2C=C—C=CH2 聚合 (—C—C = C—C—)n ︳ ︳ H H

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1.加工處理: (1)加入 碳黑 :可增加天然橡膠的強度和耐久性。 (2)加 硫 橡膠:加 8%硫的橡膠,增加彈性。 (3)硬橡膠:加硫達 30%~50%的橡膠。 (4)泡沫橡膠(俗稱泡綿):硫化時打入空氣或加入碳酸銨等發泡劑。 4 2 3( ) 3( ) 2( ) 2 ( ) (NH ) CO s 2NH gCO gH Og (5)加抗氧化劑:可防止橡膠因氧化變得硬而脆。 2.討論: (1)天然橡膠是異戊二烯的加成聚合物,分子間為凡得瓦力,是軟而彈性不大的物 質。 (2)硫化時,加入約 8%的硫,則硫原子將架橋( 2~6 個 S 原子)相連於長鏈與長鏈間, 形成立體的網狀結構,具有彈性。 二、醣類: 多羥醛 或 多羥酮 和其衍生物或聚合物。通式為:C H On( 2 )m,又稱為碳水化合物。 1.分類: (1)單醣:均具有 還原性 ,不能被稀酸或酵素水解的最簡單醣類,含 3~7 個碳, 通常為五碳醣[如:核糖(C H O5 10 5)、去氧核糖(C5H10O4)]; 或六碳醣[如:葡萄糖(C H O6 12 6)、果糖(C H O6 12 6)和半乳糖(C H O6 12 6), 三者互為同分異構物]。 (2)雙醣:由 2 個單醣脫水縮合而成,水解後可產生二分子的單醣。 例如:蔗糖、麥芽糖和乳糖…等,分子式為C H O12 22 11。

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(3)多醣:由 n 個單醣脫去(n-1)個水分子縮合而成,水解後又得原來的單醣。 例如:澱粉、纖維素…等,分子式為(C6H10O5n。 2.單醣: (1)葡萄糖: (A)存在於血液中的葡萄糖稱為血糖,過少會發生休克,過多則患糖尿病。 (B)為醛己醣,直鏈狀結構含 1 個醛基(CHO)、5 個羥基 (OH)。在水溶液中直 鏈(1%)與環狀(99%)平衡共存。 (C)特性: (a)白色晶體,易溶於水,甜味不及蔗糖。 (b)含有醛基,故具還原性,可發生銀鏡反應(多侖試劑反應)及斐林試劑反應 可被溴水或次溴酸根(OBr)氧化產生葡萄糖酸。 (c)葡萄糖溶液加入酵母菌,則發酵而成乙醇。 (d)直鏈狀葡萄糖是五羥醛,加氫還原後,可轉變為己六醇。 直鏈狀     α–葡萄糖 β–葡萄糖 (2)果糖: (A)為酮己醣,直鏈狀結構含 1 個酮基(C O )在第 2 個碳原子上(故為酮醣), 及 5 個羥基 ,具有還原性。

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(B)雖不含醛基,但因含有 的部分構造,可發生銀鏡反應及斐林反應。 (C)易溶於水,是種很甜的的糖,甜度較葡萄糖強,約為蔗糖的 2 倍。 (D)沒有醛基,不能被溴水或次溴酸根(OBr)氧化,此特性可用來做區別葡萄 糖和果糖的檢驗。 (E)有直鏈狀及環狀兩種結構。(水溶液中環狀佔優勢)  α–式果糖     β–式果糖 直鏈狀   環狀結構(半縮酮)       ※果糖的直鏈狀與環狀(占優勢)結構平衡共存 ※ 葡萄糖與果榶的比較: 葡 萄 糖 果 糖 分 子 式 C H O6 12 6 C H O6 12 6 官 能 基 醛基、羥基 酮基、羥基 環狀結構 六邊環 五邊環 斐林試液 產生Cu O2 產生Cu O2 多侖試液 產生銀鏡反應 產生銀鏡反應 溴 水 褪色 不褪色 (3)半乳糖: (A)為醛己醣,含 1 個醛基(CHO)及 5 個羥基(OH),具有還原性,故為還原 醣。 (B)可發生銀鏡反應及斐林反應。 (C)腦組織中的一種成分,發育過程中尤為重要,母乳中乳糖含量 高 於牛乳。

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(D)溶液中兼具直鏈結構(如右圖)及環狀結構。 3.雙醣類(C H O12 22 11) (1)蔗糖:由一分子葡萄糖與一分子果糖脫去一分子水而成。 (A)蔗糖無銀鏡反應及斐林反應。 (B)在稀酸中加熱水解後,產物為葡萄糖和果糖(稱為轉化糖),有銀鏡反應及 斐林反應。 C H O12 22 11 (蔗糖) H O2  C H O6 12 6(葡萄糖) +C H O6 12 6(果糖)    (非還原醣)         (合成轉化糖,為還原醣) (C)一個蔗糖分子含有 8 個羥基 ,可與水形成氫鍵,故易溶於水。 (2)乳糖: (A)乳糖為 1 分子葡萄糖與 1 分子半乳糖脫去 1 分子水而成。 6 12 6 C H O (葡萄糖) + C H O6 12 6(半乳糖)  C H O12 22 11 (乳糖) H O2 (B)具有還原性,可發生銀鏡反應及斐林反應。 (C)水解產物為葡萄糖和半乳糖(二者均是還原醣)。 (D)半乳糖是腦組織中的一種成分,人類乳液中乳糖占 7%,存在於動物乳汁中 的主要醣類為乳糖。 (3)麥芽糖: 為澱粉的部分水解產物,用於糖果或作為食品添加物,是二分子的葡萄糖縮掉 一分子水結合而成。 (A)含有 8 個OH,可與水形成氫鍵,易溶於水。 (B)可發生銀鏡反應及斐林反應。

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(C)水解產物為葡萄糖,甜度不如蔗糖。 醣 類 分 子 式 範 例 水 解 產 物 單醣類 C H O6 12 6 葡萄糖、果糖、半乳糖 無法水解 雙醣類 C H O12 22 11 蔗糖 麥芽糖 乳糖 葡萄糖+果糖 葡萄糖+葡萄糖 葡萄糖+半乳糖 多醣類 HO C H O( 6 10 5)nH 澱粉、糊精、纖維素 葡萄糖 ※註:還原醣: 可被斐林試劑及多侖試劑所氧化,所有的雙醣(除了蔗糖以外)及所有 的單醣皆是還原醣。 【例題 1】 有關橡膠的敘述,下列何者正確? (A)天然橡膠的單體主要為異戊二烯 (B)加硫橡膠的結構為直鏈狀的聚合物間以 8 個硫原子相接而成 (C)泡沫橡膠係在硫化時加入硫酸銨 (D)新平橡膠乃 1-氯-1,3-丁二烯經聚合而得。 Ans: A 【例題 2】 有關異戊二烯的下列敘述,何者正確? (A)加熱天然橡膠的分解可產生 (B)分子中有 π 鍵 (C)有幾何異構物存在 (D)可發生加成聚合反應  (E)在催化劑存在下可發生加氫反應產生異戊烷。 Ans: ABDE 【例題 3】 果糖分子中的羰基,位於分子的何處? (A)末端之碳原子 (B) 2 位碳原子 (C) 3 位碳原子 (D) 4 位碳原子。 Ans:B 【例題 4】 有關蔗糖的下列敘述,何者正確? (A)分子中共有 8 個羥基  (B)可由澱粉水解生成   (C)可還原斐林試劑  (D)為雙醣,其分子式為(C H O6 12 6 2) 。

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Ans: A 【例題 5】 下列何者非還原醣? (A)蔗糖 (B)半乳糖 (C)果糖 (D)麥芽糖。 Ans: A 【例題 6】 下列有關醣類成分敘述,何者錯誤? (A)果糖為酮醣 (B)葡萄糖為醛醣 (C)蔗糖為葡萄糖和果糖的縮水物,為還原糖 (D)澱粉為葡萄糖的聚合物。 Ans:C 【例題 7】 下列有關醣的敘述,何者正確?  (A)蔗糖是一種雙醣  (B)纖維素不是醣類  (C)在常溫時葡萄糖主要以直鏈式存在 (D)醣類氧化最終產物是CO2和H O2   (E)澱粉的分子量大於纖維素,且都不是還原醣。 Ans: AD 【例題 8】 下列何組物質屬於同分異構物?  (A)果糖與葡萄糖  (B)蔗糖與乳糖  (C)蔗糖與麥芽糖  (D)麥芽糖與乳糖  (E)澱粉與纖維素。 Ans: ABCD 【例題 9】 蔗糖(分子量=342)3.42 克及澱粉(分子量=162×整數)3.24 克的混合物,完全水解後可得 葡萄糖(G)及果醣(F)各多少克? (A) G=7.20、F=0  (B) G=5.40、F=1.80  (C) G=4.95、F=1.71 (D) G=1.80、F=5.40。    Ans: B 4.多醣類: 能水解產生許多個單醣分子的醣類稱為 多醣 ,或 n 個分子單醣脫去 n-1 個水分子

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連接而成者。 (1)澱粉:是一種儲存於植物中的多醣。 (A)單體: α – 葡萄糖 。 α–葡萄糖 α–葡萄糖聚合成澱粉 (B)聚合物:HO C H O( 6 10 5)nH (或以(C H O6 10 5)n表示)。 (C)是 α–葡萄糖分子 縮合 聚合而成的同元聚合物,是一種聚醚類。 (D)澱粉無甜味,但以稀酸水解可得 葡萄糖 。 6 10 5 2 6 12 6 (C H O )nnH OnC H O 在人體內消化過程為:澱粉酵素 糊精 消化 麥芽糖 水解 葡萄糖。 (E)澱粉無還原性,澱粉遇碘液呈 藍 色。 (2)纖維素:構成多數植物 細胞壁 的主要部份。 (A)單體: β – 葡萄糖 。 β–葡萄糖 β–葡萄糖聚合成纖維素 (B)聚合物:HO C H O( 6 10 5)nH 。可以(C H O6 10 5)n表示。 (C)是 β–葡萄糖分子縮合而成的同元聚合物,是一種聚醚類,不能被人類消化 道消化。 (D)用途: (a)製造炸藥:以硫酸及硝酸處理可製得硝酸纖維素,是一種無煙火藥。

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(b)造紙:纖維素不溶於水,也只會和極少數的化學品反應,故濾纸可用來 過濾各種沉澱物。 (c)製造賽璐珞:將酒精(40%)加至硝酸纖維素(75%)和樟腦(25%)的混合物 中,摻和後,加以顏色、填料、安定劑,熱至80~90℃即軟而易於 成形,可用以製造玩具、刷柄等加工品。 三、蛋白質: 由各種α – 胺基酸 經脫水縮合而成的聚醯胺,藉氫鍵維繫其螺旋體結構,但是加 熱、酸、鹼、酒精等會破壞氫鍵,致使蛋白質的螺旋性消失,發生變性或變質。 (A)最簡單的 α–胺基酸為 甘胺酸 ( 胺基乙酸 ) 。味精為麩胺酸一鈉。 甘胺酸(胺基乙酸) 麩胺酸一鈉 (B)組成:蛋白質水解後,得其各單體單元 α–胺基酸,常見的 α–胺基酸約有 20 種 。 (C)胺基酸含有酸性的COOH 和鹼性的NH2基,故為兩性化合物。 (D)肽鍵(peptide bond):或稱為醯胺鍵( )。 1.由兩個胺基酸分子縮合可得二肽(dipeptide),二肽分子中 稱為肽鍵,

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同理三個胺基酸分子縮合可得三肽,其中含2 個肽鍵。n 個胺基酸分子縮合,可 得多肽,含n-1 個肽鍵。 2.由多個胺基酸縮合而成多肽或蛋白質,分子量小於 5000 者,稱為多肽,大於 5000 者,稱為蛋白質。通常將胰島素(分子量 5733)當作最小蛋白質。蛋白質和多肽兩 者都是聚醯胺類。 3.蛋白質的氫鍵: 因為肽鍵中羰基的氧和適當位置的胺基氮上的氫之間會有氫鍵存在,所以蛋白 質的肽鏈不會是單純的直線,有的成螺旋結構,有的成摺板結構。但其遇熱或加 酒精時,將使氫鍵斷裂,喪失其緊密結構,但肽鍵不會斷,營養不變。 蛋白質的螺旋結構 蛋白質的摺板結構 (a)螺旋結構:毛皮、蹄角、羽毛等蛋白質之主要結構。 (b)褶板結構:蠶絲中纖維狀蛋白質的主要結構。 4.胺基酸單體形成肽鏈後,所形成的單體單元,稱為胺基酸殘基。 蛋白質分子中胺 基酸殘基順序不同,皆成為不同的蛋白質。

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四、酶(或稱酵素):生物催化劑,本身是蛋白質,通常分子量很大。 1.酶的蛋白質部分稱為酶蛋白,非蛋白質部分稱為輔酶。酶蛋白和輔酶拼合在一起 才有活性。 2.特性: (1)具專一性(特異性):多數的酵素只對某特殊受質才能發生催化作用,即只能 催 化某一反應。 (2)易受溫度影響:最適合溫度以 35~55℃最佳;0℃以下,酵素活性甚小,70℃ 以上則發生凝固。 (3)易受pH 值影響:一般以pH 5~8 最合適,但胃中的酶可處於較低pH 值的 環 境。 五、核酸 1. 定義:以核苷酸為單體所聚合而成的聚合物,又分為去氧核糖核酸(又稱 DNA)與核糖核酸(又稱 RNA)。 2. 核苷酸:由五碳醣、鹼基及磷酸根等三部分所組成。 3. DNA 與 RNA 的比較: 化合物 性質 DNA RNA 鹼 基 腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、脲嘧啶(U)、

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胞嘧啶(C)與鳥嘌呤(G) 胞嘧啶(C)與鳥嘌呤(G) 結 構 雙股螺旋 單股螺旋 功 能 存在細胞核內,儲存了生物遺 傳密碼 可以轉錄及轉譯遺傳密碼使體內 製造蛋白質 但有些單鏈的 RNA 亦可以髮夾形式,摺疊為雙螺旋形式。 NA 之鹼基為 A,T,C 及 G 等四種) ( 5. (A) H 亦可;(B)無機酸亦可;(E)不變色。) H 原子(-H) ,又稱為去氧核糖。 4. DNA 雙股長鏈間,是以兩相對應的 間彼此以氫鍵吸引,形成雙螺旋的結構,A 與T 之間形 支氫鍵, C 與 G 之間形 支氫鍵。 【例題 10】 纖維素與澱粉結構的兩單體單元間,含有何種官能基? (A)OH (B)   C O C (C)C O NH( )  (D)NH2。 Ans:B 【例題 11】

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有關澱粉和纖維素之敘述,哪些是正確的?  (A)澱粉遇碘呈藍色  (B)纖維素是同元聚合物 (C)澱粉以稀酸水解可得葡萄糖  (D)澱粉及纖維素均含醚鏈結構(C O C  )  (E)纖維素在人體中極易水解成葡萄糖。 Ans:ABCD 【例題 12】 有關纖維素的敘述,何者不正確?  (A)是一種多醣,化學式可表示為(C H O6 10 5)n  (B)由 β–葡萄糖結合而成的同元聚合物  (C)是一種還原糖  (D)在人體中經由酵素分解產生葡萄糖  (E)可用於製造炸藥和塑膠。 Ans:CD 【例題 13】 有關蛋白質的下列敘述,哪些是正確的?  (A)單體為 α-胺基酸  (B)常見的蛋白質約有 20 種  (C)分子量大於 5000  (D)均為螺旋結構  (E)加熱後物性、化性改變。 Ans:ACE 【例題 14】 下列各項敘述,何者有誤? (A)組成蛋白質的 α–胺基酸,其化學結構為 (B)蛋白質分子中的 基,稱為肽鍵 (C)具有多肽結構的化合物,其分子量小於 5000 者稱為蛋白質,大於 5000 稱為多肽 (D)蛋白質分子,因氫鍵存在,可能形成螺旋結構和褶板結構。 Ans:C 【例題 15】 在蛋白質中,相鄰的肽鏈間,主要是以下列何種引力,形成螺旋或褶板結構?

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(A)離子鍵 (B)共價鍵 (C)氫鍵 (D)肽鍵。 Ans:C 【例題 16】 下列蛋白質的敘述,哪幾項是正確的? (A)為甘油及胺基酸的聚合物  (B)以醯胺鍵結合之胺基酸聚合物  (C)分子內常見出現許多氫鍵  (D)加熱或加酒精皆會破壞其原有的結構  (E)蛋白質的結構一經破壞,其物性、化性便截然不同。 Ans:BCDE 【例題 17】 下列有關 DNA 的敘述,何者錯誤? (A)與 RNA 同為核苷酸的聚合物  (B)又稱核糖核酸  (C)為生命體最重要的遺傳訊息儲存者 (D)為一雙股螺旋的結構 。 。  Ans:B 【例題 18】 下列有關核苷酸的敘述,何者錯誤? (A)由五碳醣、鹼基及磷酸根等三部分所組成  (B)去氧核糖核酸中的鹼基有 A、U、C 及 G 等四種  (C)核苷酸是由核苷與磷酸根所形成的化合物  (D)核苷酸以磷酸二酯鍵結合,形成的核酸。 Ans:B 【例題 19】 有關核酸的敘述何者正確?  (A)核酸是蛋白質的一種 (B) DNA 是核酸的一種,以染色體的形式存在於細胞核中  (C)去氧核糖核酸呈單螺旋結構 (D)去氧核糖核苷與不同的酸結合形成不同的核苷酸。 Ans:B

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一、單一選擇題: ( ) 01. 有關橡膠的敘述,下列何者錯誤? (A)天然橡膠的單體主要為異戊二烯 (B)加硫橡膠的結構為直鏈狀的聚合物 (C)新平橡膠是由 2-氯-1,3-丁二烯聚合而得

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(D)新平橡膠具有較佳的耐熱性及耐燃性。 ( ) 02. 醣類水解的生成物,何者錯誤? (A)蔗糖+水葡萄糖+果糖 (B)乳糖+水葡萄糖+半乳糖 (C)麥芽糖+水葡萄糖+果糖 (D)澱粉+水葡萄糖。 ( ) 03. 酵素是生物體內的催化劑,下列有關酵素的敘述,何者正確? (A)酵素是一種蛋白質 (B)酵素可升高其催化反應的活化能 (C)溫度愈高,酵素的催化能力愈強 (D)酵素通常對其催化反應之反應物沒有選擇性。 二、多重選擇題: ( ) 01. 有關澱粉和纖維素之敘述,何項正確? (A)澱粉遇 KI(aq)呈藍色 (B)纖維素是植物細胞壁的主要成分 (C)纖維素是一種還原醣 (D)澱粉及纖維素均為多醣 (E)纖維素在人體中極易水解成葡萄糖。 ( ) 02. 下圖為某分子之結構:則有關該分子之敘述何者正確? (A)此分子含有四個胺基酸 (B)此分子完全水解後可得四種胺基酸 (C)此分子有十個碳原子具 sp2混成軌域 (D)此分子有三種官能基可以和三級胺形成氫鍵 (E)此圖所示為一個三肽分子。 ( ) 03. 下列有關蛋白質與酶之敘述,何者有誤? (A)具有多肽結構的化合物,其分子 量小於5000 者稱蛋白質,大於 5000 者稱多肽 (B)加熱或加入酒精均會破壞 蛋白質的氫鍵而凝固,稱為變性,此時蛋白質的營養完全喪失 (C)皮膚觸及 濃硝酸呈黃色,此為蛋白質之反應 (D)酶具有特異性,只能催化特定的反應 (E)酶為生物催化劑,故溫度愈高,酶的催化反應速率愈快。

單一選擇題解答※

1.B 2.C 3.A

多重選擇題解答※

(21)

1.BD 2.AC 3.ABE

第三節 合成聚合物

一、加成聚合物: 由一種或多種單體經加成反應而結合之聚合物。 (一)塑膠:烯烴或其衍生物為單體的加成聚合物。      1.加成聚合之單體須有不飽和鍵,如烯或炔。 2.單體在催化劑,高溫、高壓下,不飽和鍵中的 π 鍵打開,單體與單體間以 σ 鍵相 互連接起來。 3.單體之重量百分組成與聚合物之重量百分組成相同。 4.常見的加成聚合物,如下表: 單體結構 單體名稱 聚合物結構 聚合物名稱 用途 2 2 H C CH 乙烯 (–CH2CH2–)n 聚乙烯(PE) 塑膠袋、塗料、玩具。 丙烯 (–CH2-CH–)n CH3 聚丙烯(PP) 杯皿、奶瓶。 氯乙烯 聚氯乙烯 (PVC) 地板、雨衣、信用卡、 建築用塑膠水管。 丙烯腈 (–CH2-CH–)n CN 聚丙烯腈 (奧綸) 地氈。 苯乙烯 聚苯乙烯(PS) 聚苯乙烯泡沫 (保麗龍) 甲基丙烯 酸甲酯 聚甲基丙烯酸 甲酯(壓克力) 高品質透明塑膠製品 2 2 F C CF 四氟乙烯 聚四氟乙烯 (特夫綸) 襯墊、絕緣體、軸承。 5.上表所列之聚合物,最終成品皆為固體,製造過程中,由於加熱及加壓而軟化,

(22)

是可加以塑形的物質,所以都屬於塑膠。 (二)合成橡膠: A. 聚氯丁二烯,又稱新平橡膠 (1)單體:氯丁二烯(2-氯-1,3-丁二烯) (2)單體製備:可由乙炔和氯化氫反應而得。 2 2HC CH H C CH C CH   (乙烯乙炔) (3)加成聚合反應: (4)特性: (A)耐熱性和耐燃性高,可耐天候變化。 (B)耐油及耐化學腐蝕性,適合各種工業用途,可用以製造汽油軟管和特殊輸 送 帶。 B.丁苯橡膠 (1)丁苯橡膠(SBR)是合成橡膠的一種,由苯乙烯和丁二烯聚合而成 (2)特性:丁苯橡膠可用於製造輪胎、球鞋及橡皮管等。

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二、縮合聚合物: 1.達克綸 (Dacron)--- 聚酯纖維 (1)單體:乙二醇和對苯二甲酸。 2 2 HO CH CH OH (2)縮合聚合: (3)用途:作為人造纖維、紡織物及張力強大的薄膜。 (因為其CHO聚合物,與植物纖維相似,故常與棉混紡) 2.耐綸 66 (Nylon-6,6)--- 聚醯胺纖維 (1)單體:己二胺H N CH2 ( 2 6) NH2和己二酸HOOC CH( 2 4) COOH 。 耐綸66 是表示胺和酸單體的碳數都是 6。 (2)縮合聚合:nH N CH2 ( 2 6) NH2nHOOC CH( 2 4) COOH  (3)為堅韌的織物材料,且聚合長鏈兼有許多氫鍵,具有彈性。 3.耐綸 6 (Nylon-6) (1)單體:己內醯胺

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(2)聚合物:     4.聚矽氧 (Silicone) (1)單體:二氯二甲矽烷 3 2 2( ) 2 3 2 2( ) (CH ) SiCl aq 2H O(CH ) Si OH( ) aq (二羥二甲矽烷)2HCl 3 2 2( ) (CH ) Si OH( ) aq 自行縮合 (n1)H2O (2)性質與用途: (A)聚二甲矽氧是一種很安定的油狀物,可作為高溫浴用的油與浴缸塞隙劑。 (B)高分子量的直鏈聚矽氧經過特殊處理時,成為具有彈性的聚矽氧橡膠。 具有斥水性和不可燃的特性。 (C)高溫或低溫皆具有彈性,可用以製造襯墊、密封劑和電的絕緣體。 【例題 1】 (1)下列聚合物為哪些常見單體聚合而成?

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(2)試寫出利用下列單體組成聚合物的結構式? 【例題 2】 下列單體何者可由相同分子縮合而成聚合物? (A)丙烯腈 (B) 2-甲基丙烯酸甲酯 (C)己二胺 (D)葡萄糖 (E)甘胺酸。       Ans:DE 【例題 3】 下列物質中具有醯胺鍵結者為? (A)對-胺基苯甲酸 (B)耐綸 (C)達克綸 (D)蛋白質 (E)乙醯胺苯。 Ans:BDE 【例題 4】 下列何組單體可製成縮合聚合物? (A)乙烯 (B)乙二醇與對苯二甲酸 (C)二羥二甲矽烷 (D)己二胺和己二酸 (E)氯丁二烯。 Ans:BCD 【例題 5】 下列有關縮合聚合物的敘述,何者錯誤? (A)縮合聚合物的單體需具有二個官能基,才能在縮合聚合時,左右延伸鍵結而成一個 巨大的分子 (B)達克綸是由乙二醇和對酞酸所縮合聚合而成的聚酯 (C)耐綸 66 是由己二胺和己二酸縮合聚合而成的聚酯 (D)澱粉、纖維素及蛋白質均屬於聚醚類 (E)聚二甲矽氧是一種非揮發性、很安定的油,可由二羥二甲矽烷縮合聚合而成。 Ans:CD

(26)

【例題 6】 下列那些聚合物結構所代表的是加成聚合物? Ans:ACD 【例題 7】 下列有關聚合物的敘述,何者正確? (A)達克綸為一種縮合聚合物,屬於聚酯類 (B)天然橡膠與合成橡膠(新平橡膠)的單體單元比較( ),天然橡膠X 為 3 CH  ,合成橡膠X 為Cl。 (C)氟氯烷(freon)為一種加成聚合物 (D)蛋白質為胺基酸的聚合物,呈螺旋狀,靠分散力維持。 (E)特夫綸、澱粉、耐綸等均為加成聚合物。 Ans:AB 【例題 8】 下列敘述何者正確? (A)二氯二甲矽烷水解產生二羥二甲矽烷 (B)聚矽氧對熱非常安定,鏈較短的可為高溫浴油 (C)聚矽氧有良好的親水性 (D)高分子量的直鏈聚矽氧有良好的彈性,不可燃,可為襯墊、電的絕緣體。 Ans:ABD 【例題 9】 在下列聚合物之結構中,寫出其單體的結構式:

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***********牛 刀 小 試***********

一、單一選擇題: ( ) 01. 下列各項何者錯誤? (A)合成橡膠用乙炔和氯化氫為原料 (B)磺胺的結構式為 H2N- -SO3NH2 (C)天然橡膠單體為 H2C=C(CH3)-CH=CH2 (D)PVC 單體為 CH2=CHCl。 ( ) 02. 下列何項物質可發生加成聚合反應,且產生的聚合物之實驗式為 CH2? (A)丙烯 (B)環己烷 (C)苯乙烯 (D)1,3-丁二烯。 ( ) 03. 下列關於聚合物的敘述何者正確? (A)保麗龍為一縮合聚合物 (B)天然橡膠的單體為 2-甲基-1,3-丁二烯 (C)達克綸為一同元聚合物 (D)耐綸是一種聚酯類。 ( ) 04. 何種人造纖維是屬於聚醯胺類? (A)聚丙烯 (B)聚丙烯 (C)達克綸 (D)耐綸。 ( ) 05. 下列關於聚乙烯的生成反應敘述,何者錯誤? (A)加壓時,反應有利於聚乙烯的生成 (B)聚乙烯和乙烯均可使溴水褪色 (C)此為加成聚合反應 (D)聚乙烯分子中,碳原子與氫原子數之比,恰與乙烯分子相同。 ( ) 06. 下列聚合物,何者可用作襯墊、絕緣體、軸承及鍋塗膜?

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( ) 07. 下列關於聚合物的敘述,何者正確? (A)耐綸(nylon)為己二酸與 1,6-二胺基己烷縮合聚合而成 (B)聚乙烯為由乙烯縮合聚合而成 (C)蔗糖為葡萄糖與果糖加成聚合而成 (D)脂肪或油為由丙三醇和脂肪酸加成聚合而成。 ( ) 08. 關於聚酯纖維的合成,下列何者不正確? (A)其主要原料為對苯二甲酸與乙二醇 (B)對苯二甲酸可由對二甲苯氧化而得 (C)聚酯纖維的化學結構是 (D)該纖維俗稱耐綸(Nylon) 二、多重選擇題: ( ) 01. 下列各項敘述,何者正確? (A)聚乙烯為乙烯的聚合體 (B)達克綸是己二胺與乙二醇的縮合聚合物 (C)耐綸是一種聚醯胺化合物,由己二酸與己二胺縮合而得 (D)蛋白質是天然的聚醯胺類,由若干種-胺基酸結合而成 (E)纖維素與澱粉都是葡萄糖的天然聚合體。 ( ) 02. 有關耐綸 66(Nylon-66)的陳述,何項正確? (A)耐綸 66 是天然高分子化合物 (B)耐綸 66 是屬於加成聚合物 (C)耐綸 66 是一種合成的纖維 (D)耐綸 66 包含許多氫鍵。 (E)耐綸 66 是由對-苯二甲酸與乙二醇縮合而成的 ( ) 03. 下列何者為耐綸 66 的單體? (A) (B)H2N-(CH2)6-NH2

(29)

(E) 。 ( ) 04. 下列關於耐綸-6 的性質敘述,何者正確? (A)為加成聚合物 (B)屬聚酯類化合物 (C)單體為己二酸和己二胺 (D)結構中具有分子間氫鍵 (E)可利用己內醯胺加少量水共熱製得。 ( ) 05. 下列聚合物中,何者不具有順反異構物的存在? (A)聚氯乙烯 (B)聚丁二烯 (C)聚苯乙烯 (D)聚氯丁二烯 (E)聚四氟乙烯。 ( ) 06. 關於聚酯纖維的合成,下列何者正確? (A)其主要原料為對苯二甲酸與乙二醇 (B)對苯二甲酸是由對二甲苯氧化而得 (C)聚酯纖維的化學結構為 (D)由於相鄰聚合物鏈間產 生氫鍵,該纖維具有彈性 (E)該纖維俗稱達克綸(Dacron)。 ( ) 07. 下列物質中具有醯胺鍵結者為: (A)對-胺基苯甲酸 (B)耐綸 (C)達克綸 (D)蛋白質 (E)乙醯胺苯。 ( ) 08. 下列有關高分子的敘述,何者正確? (A)五十肽分子中含 50 個肽鍵 (B)新平橡膠由異戊二烯聚合而成 (C)達克綸是由乙二醇和對酸縮合而成的聚合物 (D)蠶絲中纖維狀蛋白的主要結構為褶板結構 (E)纖維素是由葡萄糖縮合而成聚合物。

天然油脂結構的核心為甘油(HOCH2CH(OH)CH2OH),有一瘦身用的非

天然油脂,其結構的核心則為蔗糖(C12H22O11)。該非天然油脂可由直鏈型的

不飽和油酸(C17H33COOH)與蔗糖反應而得,其反應示意圖如圖 3。

(30)

( ) 09 試問該非天然油脂含有下列哪些官能基? (A)炔 (B)烯 (C)酯 (D)酮 (E)酸 ( ) 10 油酸與蔗糖的反應屬於下列哪些反應? (A)加成反應 (B)皂化反應 (C)脫水反應 (D)酯化反應 (E)聚合反應 ( ) 11 該非天然油脂與氫氧化鈉溶液共熱,水解後的產物,可與下列哪些試劑 反應? (A)斐林試液 (B)多侖試液 (C)溴的四氯化碳溶液 (D)澱粉溶液 (E)鹼性過錳酸鉀溶液

單一選擇題解答※

1.B 2.A 3.B 4.D 5.B 6.C 7.A 8.D

多重選擇題解答※

1.ACDE 2.CD 3.BC 4.DE 5.ACE 6.ABE 7.BDE 8.CDE 9.BC 10.CD 11.CE

第四節 現代科技 一、半導體 1.材料可依導電性區分為導體、半導體與絕緣體:   (1)一般金屬如銀、銅、金、鋁等其導電性良好,稱為______________。   (2)導電性不良的物質稱為___________,例如陶瓷、石蠟、純水、乾燥的空氣。   (3)導電性介於導體與絕緣體之間稱為_______,例如_____或____等類金屬, 其 導電性可隨著光照、外加電場或磁場等因素改變外,亦可以因摻雜(doping) 其他微量物質而增加。 說明:不含雜質的半導體稱為本質半導體,在本質半導體中摻雜少量的物 質,則稱為含雜質半導體(或外質半導體),有______型半導體及 _______型半導體兩類。

(31)

2.矽晶體(Si):   (1)晶格中的矽原子如金剛石一樣,與鄰近的四個矽 原子以sp3混成軌域連結。兩者不同之處在於矽 晶體比金剛石(絕緣體)具有較小的價帶與傳導 帶間的能量差距。   (2)雖然矽在常溫下導電性差,然而高溫時,矽晶體 中的電子可以躍遷到______帶成為自由電子而具導 電性。 3.p 型半導體:   (1)在矽(或鎵)元素的基體(即矽晶圓)上摻雜少許如 _______、________的Ⅲ A 族元素,即形成 p 型半導體。   (2)由於Ⅲ A 族元素比矽(IVA)族少一個價電子,因此在 晶格中僅與三個矽形成三個共價鍵,本身尚留一個空位,此 空位即稱為________,鄰近的電子亦可來填補這個 電洞,造成本身少一個電子,留下電洞,此連續的行為 ,好比電洞移動一樣。   (3)由於硼比原來純矽少了一個帶負電荷的電子,可視為 多了一個正電荷,因此稱為__________型半導體。  (4)若將摻雜後的矽晶兩端通入電流,就能使價電子自由移 動而增加其導電性。 4. n 型半導體:  (1)在矽晶圓中摻雜少許如_________、__________的 VA 族元素, 則稱為_______型半導體。   (2)當 VA 族元素與矽形成共價鍵時會多出一個_______,這些自 由電子,躍遷至傳導帶所需的能量較低,較容易在半導體 材料晶格中移動。   (3)此種因摻雜後,獲得多餘電子(帶負電荷)提供傳導的半導 體,即稱為_________型半導體。 5.二極體:   (1)當一個 p 型半導體與一個 n 型半導體結合在一起, 即形成_____________體。

(32)

  (2)當外接電壓時,正極接於_______端,負極接於______ 端,則電流可以通過,若連接相反,則電流無法通過。 因此二極體具有_________的功能,可將交流電轉換成 直流電。   (3)發光二極體:目前 LED 電視及行人專用 LED 號誌即使用___________ (light-emitting diode,簡稱_________)作為光源,以順向電壓通入二極 體,導致 n 型半導體中的電子與 p 型半導體中的電洞於接觸面結合而產生光。  (4)有機發光二極體:目前發展中的有機發光二極體(organic light emitting diode,_________)更具有自發光性、低耗電、亮度鮮明、可撓曲等特性的 電子產品,不久將有體積更輕薄、尺寸更大、色彩更艷麗、更易攜帶的彩色 OLED。          6.三極體與積體電路:   (1)三個半導體的組合稱為____________(又稱電晶體),具有放大訊號及 開關等功能。   (2)將設計好的各種電路元件,如二極體、電晶體、電阻、電容等,以金屬導 線連結,集合製作在微小的晶片上,即為積體電路(integrated circuit, 簡稱___________)或稱微晶片。 【例題 1】 科技的進步豐富人類的物質生活,家電用品、筆記型電腦、手機、遙控裝置…等科技產 物都需要使用半導體材料,而構成半導體材料的主要元素為下列何者?

(A) C (B) Sr (C) Si (D) Se (E) Ti

Ans: C 二、液晶 1.液晶的發現過程:   (1)植物學家萊尼澤(F. Reinitzer,1857~1927,奧地利)於 1888 年研究 苯 甲酸膽甾酯時,發現將此化合物在加熱至 145.5℃時開始熔解,但一直維持 混濁的狀態,直至加熱至 178.5℃時,突然成為透明的液體。   (2)物理學家雷曼(O. Lehmann,1855~1922,德國)以光學顯微鏡觀測 到此苯 甲酸膽甾酯的混濁狀態(加熱至 145.5~178.5℃間)是具有________性及 __________晶體的某些光學特性,乃稱此狀態為液晶相。 2.液晶的特性:

(33)

  (1)液晶態分子間的排列具有________,但_______;即不像固態時有固定的形 狀,排列整齊,也不像液態時那樣雜亂無序,可以流動而無定形,而是介於 兩者之間。       固態       液晶態 液態           (2)當對液晶分子施加電壓時,液晶分子會隨______________作固定位向的排列, 進而改變其光學與電學的物理性質,當光線穿透這類分子時,其________出 的角度不同,我們便可以看到光線的明暗變化。 說明:液晶顯示器(LCD)即利用上述原理所製造。 3.液晶分子的結構:   (1)具有液晶性質的分子形狀有_______狀、________狀或_______狀。其中以柱 狀體較多,長度通常不超過_________奈米(3×10-9 m)。   (2)較常見的液晶材料分子大都具有一長軸且不對稱的結構,通常由一連接基 Z 連接環形化合物 A 與環形化合物 B。 說明:上圖中R 為柔軟、易彎曲的鏈基,可以是極性的或非極性的基團,對 形成的液晶具有一定穩定作用,因此也是構成液晶分子不可缺少的結構因素。 【例題 2】 下列圖示中,何者最能表示出分子在未加電壓時,處於液晶的狀態? (A)  (B)  (C)  (D) Ans: D R:末端基(如:-R'、-OR'、-CN) X:末端基(如:OR、R、CN、F) Z:連接基(如:-C=N-、-N=N-) A&B:芳香環、飽和脂肪環或雜環

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【例題 3】 目前運用於行人專用的號誌燈,是下列哪一項科技產物?  (A)電漿顯示器  (B)液晶顯示器  (C)發光體二極體  (D)氙氣燈 Ans: C 3、導電的聚乙炔 1.聚乙炔合成:   (1)科學家納他(Natta, 1903~1979,義大利)於 1958 年,利用戚格勒- 納他催化劑(Ziegler-Natta catalyst),將乙炔聚合而得聚乙炔。 說明:戚格勒-納他催化劑可由Al(C2H5)3與TiCl4混合製備(或由 Al(C2H5)2Cl 與 TiCl3混合而得)為不飽和碳-碳鍵聚合反應常用 的 催化劑。    戚格勒(K. Ziegler,1898~1973,德國)與納他因致力於不飽和 碳-碳鍵的聚合反應中催化劑的研究,共同於1963 年獲得諾貝爾 化 學獎。 (2)日本筑波大學的白川英樹(1936~,日本)於 1974 年以 Al(C2H5)3與 Ti(O(CH2)3CH3)4在不同的溶劑下分別合成順式與反式的聚乙炔。有趣的是 順式聚乙炔呈銅色而反式聚乙炔是銀色,然而它們都不是導電性好的材料。 2.導電聚乙炔的形成:   (1)麥克迪耳米德(1927~2007,美國)及希格(1936~,美國)二位教授 的合作下,共同發現當將 _________摻雜於聚乙炔可使其導電度增加 109 倍。   (2)白川英樹、麥克迪耳米德及希格因發現有機導電聚合物而共同獲得 2000 年 的諾貝爾化學獎。

(35)

3.特性:   (1)這種聚乙炔的導體特性,著實地改變人們對塑膠為絕緣體的概念。近年來多 種具芳香環的有機導電聚合物相繼研發成功。   (2)由於這些有機導電聚合物具有質輕、強韌及可塑性的優點,這些材料所製造 出來的薄膜已用在液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)、有機太 陽能 電池、觸控面板的製造。 【例題 4】 在催化劑的存在下,將乙炔分子聚合而得的聚乙炔高分子,若經摻雜後,其導電度 可媲美金屬。回答下列問題: (1) 此聚乙炔為加成聚合物或縮合聚合物? (2) 畫出聚乙炔的結構式(需將 C 與 H 標出) 【例題 5】 乙炔的衍生物苯乙炔亦可形成具有導電性之聚苯乙炔,寫出苯乙炔的結構式。 四、奈米科技 1.何謂奈米: 奈米是長度的單位,1 奈米(nm)即等於____________米 說明:一個氫原子的直徑約為10-10 m(或 1 Å),因此1 奈米大約是 10 個 氫原子排列在一起的長度。 2.奈米材料:   (1) 當一群原子或分子聚集在一起,且其長、寬或高至少有一個維度介於____ __ 奈米的尺度時,此種原子集結形成的材料就稱為__________材料。   (2)一般傳統材料(大於 10000 奈米)稱為_____________。 3.奈米材料在結構上的形式:   (1)顆粒狀(_______)(0 D)奈米材料,即此奈米材料的長、寬、高三個維

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度 均是奈米尺度,如奈米顆粒。   (2)柱狀或線狀(________)(1 D)奈米材料,即此奈米材料有二個維度為 奈 米尺度,如奈米碳管。   (3)以及層狀(_____)(2 D)奈米材料,即此奈米材料僅有一個維度為奈米 尺度,如奈米薄膜。 4.奈米材料的特性: 在奈米尺寸下,物質呈現出有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性及現象。 說明:當物質小到奈米的尺度時,其表面原子所占比例較一般的塊材 ______; 由於粒子的表面積相對變大,其活性也隨之_________。 而嶄新豐富的物質特性,如光學性質、磁性、電性、導熱性等,亦隨之出現, 因此也就衍生了許多新的應用。 例:(1)金的塊材呈惰性,而尺寸為 1~4 nm 的奈米金可為某些化學反應的催化 劑。   (2)某些奈米顆粒的螢光波長會隨著尺寸改變。   (3)常見的蓮花葉子能出淤泥而不染。   (4)奈米_______粒子混合所製成的衣物,這些衣物具有殺菌效果,而將具有 吸 收紫外線功能的___________奈米顆粒加入防曬油中,則可增強防曬油的 功 能。   (5)奈米光觸媒,其原料為奈米級的_________(TiO2)粒子,與水一起受陽 光 照射會使水分子分解而產生具有殺菌效果的物質。   (6)奈米級 TiO2的導電性為微米級TiO2的60 倍,因此可以做為光電轉換材料 或

用於_________太陽能電池(dye-sensitized solar cell,簡稱 DSSC)。 (7)奈米材料會因顆粒的形狀與尺寸的不同而有顏色的差異。   (8)奈米顆粒與其塊材在性質上亦可能有重大的差異,如銅的塊材是不透明, 熔點為1085℃,而奈米銅顆粒卻是透明,且熔點可降至約 39℃。又如金 的 熔點約為1064℃,而某些奈米尺寸金的熔點則可降至 327℃。 5.奈米碳管:   (1)發現:1991 年日本 NEC 公司的飯島澄男(1939~,日本)用電弧放電 製

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造碳六十,在炭灰中發現了多層結構的奈米碳管,隨後飯島也製造 出單層結構的奈米碳管。 說明:碳六十的發現:1985 年,柯爾(1933~,美國)、克羅托 (1939~, 英國)、史莫利(1943~2005,美國)進行以高能雷射照射石墨棒 的 實驗,發現碳六十(C60)的存在,他們共同獲得 1996 年諾貝爾 化 學獎。   (2)特性:    奈米碳管的硬度與__________相當,卻擁有良好的__________性,可以 拉伸。 例:工業上常用的強化型纖維中,其長度和直徑比(長徑比)至少是 20:1,而奈米碳管的長徑比一般在 10,000:1 以上,是理想的 高強度纖維材料。 目前奈米碳管的強度比同體積鋼的強度高100 倍,重量卻只有後者的 1/6 到 1/7。奈米碳管因而被稱「_______________」。 奈米碳管由於具有低導通電場、高發射電流密度以及高穩定性,此等 優異的光電性質,很適合作為高電壓發光管及奈米碳管場發射顯示 器(carbon nanotube field emission display,簡稱 CNT-FED)。 說明:奈米碳管場發射顯示器兼具低驅動電壓、高發光效率、無視角問 題等優點,可作為電視機及電子告示牌的顯示器。 【例題 5】 下列何種物質的大小和奈米材料的尺度最相近? (A)氫原子 (B) DNA (C)鑽石 (D)毛髮直徑 (E)蓬萊米 Ans: B 【例題 6】 下列粒子或物質由小而大的順序為何?  (A)電子、原子、分子、奈米材料、晶體 (B)原子、分子、奈米材料、晶體、電子  (C)分子、原子、電子、奈米材料、晶體 (D)電子、晶體、奈米材料、原子、分子  (E)電子、原子、奈米材料、分子、晶體 Ans: A

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【例題 7】 一般而言,同質量、同元素的奈米材料與塊材的比較,何者正確?  (A)奈米材料的總表面積較大  (B)奈米材料的活性較小  (C)塊材的尺度通常介於 1~100 奈米  (D)奈米材料與塊材具有相同的特性  (E)石墨、碳粉皆是屬於塊材的例子 Ans: AE 【例題 8】 下列有關各式奈米材料的敘述,何者正確?  (A)所謂的奈米材料是指材料的長、寬或高至少有一個維度介於 1 ~ 100 nm 之間  (B)奈米銀粒子與纖維混紡可製成具有殺菌效果的衣料  (C)奈米碳管(CNT)具有導體與半導體的性質  (D)奈米二氧化鈦經照光後會分解出 O3,而具有殺菌作用  (E)蝴蝶翅膀由不同角度觀察會呈現不同色彩,這是由於翅膀表面的奈米結構所致 Ans:ABCE ***********牛 刀 小 試*********** ( C ) 1.1 奈米=? (A) 10-11 cm (B) 10-9 cm (C) 10-7 cm (D) 10-12 m (E) 10-15 m ( D ) 2.下列有關二氧化鈦(鈦白)性質的敘述,何者正確?  (A)修正液的成分為二氧化鈦,故修正液也具有殺菌、除臭的光觸媒特性  (B)早期使用的修正液會對人體產生傷害是因為二氧化鈦的毒性高所致  (C)當二氧化鈦的微粒大小達到奈米級時性質會變得更為安定  (D)奈米等級的二氧化鈦能將有機物分解,產生二氧化碳和水,而有淨化、抗 菌等效果  (E)光觸媒二氧化鈦置於不見光之室內仍具有催化效果 ( C ) 3.下列何種現象與奈米結構無關?  (A)蓮花出淤泥而不染 (B)鴨子可浮於水面上  (C)抗紫外光線玻璃  (D)自清馬桶 ( A ) 4.牙膏、立可白及光觸媒等皆含有 TiO2,但為何立可白沒有和光觸媒一樣具有 殺菌的作用? 

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(A)立可白中的 TiO2尺度並非屬於奈米級 (B)立可白中的 TiO2濃度太高  (C)只要將立可白置於足夠能量的光源下,亦會和光觸媒一樣具有殺菌的效果  (D)主要是因為立可白中 TiO2的之比值太高  (E)因為立可白中所含的 TiO2純度不夠 ( B ) 5.如果黃金奈米粒子的直徑大小是 3 nm,在這個粒子中有多少個 Au 原子? (Au 原子的半徑為 0.144 nm)  (A) 102 (B) 103 (C) 104 (D) 105 (E) 106 ( E ) 6.下列有關奈米碳管的敘述,何者錯誤?  (A)是石墨的同素異形體 (B)可作為場發射顯示器的組成元件  (C)有單層及多層管結構 (D)管徑大小在奈米尺度內  (E)其結構與金剛石類似 ( E ) 7.液晶顯示器(LCD)是利用下列何種方式來控制液晶分子的排列方向?  (A)重力 (B)溫度 (C)照光 (D)壓力 (E)電場 ( D ) 8.二氧化鈦光觸媒經照射哪一種光線後,才能產生殺菌、除霧的功能?  (A)微波 (B)紅外光 (C)可見光 (D)紫外光 (E) X 光 ( D ) 9.荷葉能出淤泥而不染、水珠不會分散的原因是荷葉表面有自然的微小奈米級 顆粒,讓汙泥、水粒子不容易沾附表面,這是自然界中有名的荷葉效應 (Lotus effect)。下列有關奈米的敘述,何者錯誤?  (A)1 微米=103奈米  (B)奈米碳管目前尚無法大量製造,因其成本極 高  (C)DNA 中含有奈米尺度的分子  (D)蓮花之所以可以排除灰塵,是因表面結構與水分子的作用力甚強 ( A )10.下列有關液晶的敘述,何者錯誤?  (A)是一種兼顧氣態流動性及固態晶體光學特性的有機材料  (B)形狀大多為柱狀體  (C)長度不超過 3 nm  (D)其物性會受到電場影響 (E)分子間的排列具有方向性,但不整齊 ( D )11.西元 1991 飯島澄男在製作巴克球(C60)時,無意間發現了碳的第四類原子 結構-奈米碳管,下列有關奈米碳管的敘述,何者錯誤?  (A)奈米碳管間具有金屬與半導體的性質  (B)彈性及張力強度極高  (C)重量極輕,可應用於導線、平面顯示器等  (D)奈米碳管和巴克球互為同分異構物 

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(E)奈米碳管可根據管壁層數的不同,分為單壁奈米碳管和多壁奈米碳管

( C )12.奈米材料可因顆粒大小不同而呈現不同的顏色,例如磷化銦的粒徑由大到小, 顏色則由綠色到紅色,試問磷化銦的化學式為何? 

(A) PIn (B) In2P (C) InP (D) PIn3 (E) InP3

( B )13.電子產品已是現代化生活不可或缺的物件,構成這些電子產品的主要材料為 半導體。當純矽摻雜了下列哪一種元素,便形成p 型半導體? 

(A) P (B) Ga (C) As (D) Ge (E) Cu ( B )14.下列有關材料與化學的敘述,何項正確?  (A)各種不同的玻璃其共同含有的物質是 SiO2  (B)奈米材料比塊材的活性大甚多的原因是濃度較大所致  (C)太陽能電池所使用的電極材料是屬於陶瓷  (D)蠶絲的主要成分是碳水化合物 (E)天然橡膠加硫處理的目的是增加彈性 ( B )15.下列關於奈米材料之敘述,何者正確?  E (A)奈米材料之總表面積較塊材小 (B)奈米材料之總表面積較塊材大  (C)奈米材料之催化活性較塊材大 (D)奈米材料之催化活性較塊材小  (E)奈米材料具有與塊材不同之特性 ( B )16.下列有關奈米的相關敘述,何者正確?  (A)「奈米科技」是指用一種稱為「奈米」的新物質為材料的相關科技  (B)坊間所賣的光觸媒,其主要成分是奈米級的二氧化鈦  (C)部分市售奶粉中會加入「奈米鈣」,是為了要增添香醇口感  (D)光觸媒處理過的場所,在黑暗中仍具有消毒效果  (E) 1 奈米(nm)為十億分之一公尺 ( B )17.下列關於奈米碳管的敘述,何者正確?  (A)質量輕、彈性佳,且化學性質穩定  (B)是一種精密陶瓷,可耐高溫  (C)奈米碳管與聚乙烯均是含 C、H 的聚合物  (D)鑽石、石墨、C60及奈米碳管均是碳的同素異形體  (E)奈米碳管結構與鑽石相似,質地堅硬 ( B )18.具有單雙鍵交替長鏈的高分子可具有導電性,2000 年的諾貝爾化學獎即授 予 此領域的三位科學家。下列高分子中何者可能成為導電塑膠?  (A)聚乙烯 (B)聚丁二烯 (C)聚苯乙烯 (D)聚乙炔 (E)聚苯乙炔

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牛刀小試解答※

1.C 2.D 3.C 4.A 5.B 6.E 7.E 8.D 9.D 10.A 11.D 12.C 13.B 14.AE 15.BCE 16.BE 17.AD 18.DE

實驗:耐綸的製備

【實驗目的】: 利用己二胺和己二醯氯(氯化己二醯)在互不相溶的溶劑中,在接觸面處 生成一層耐綸 66 薄膜,以了解縮合聚合的反應。 【實驗藥品】: 溶液 A:0.25M 己二胺的氫氧化鈉溶液 溶液 B:0.25M 己二醯氯的正己烷溶液 【實驗原理】: 方程式: 己二胺+己二醯氯→耐綸 66 【實驗步驟】: 1.溶液 A 裝在小燒杯中,將溶液 B 沿著杯壁緩緩倒入溶液 A 後反應即開始。 2.反應發生的位置在 。 3.以鑷子將生成物慢慢夾起並拉出,可得白色線狀的耐綸 66,先用清水洗, 再用丙酮洗。

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【注意事項】: 1.溶液 A:0.25M 己二胺的氫氧化鈉溶液比較 ,在 層。 溶液B:0.25M 己二醯氯的正己烷溶液比較 ,在 層。 傾倒兩液體時,務必非常小心,不可造成水層與正己烷層的混合。 【實驗結果】: 1. 兩溶液的界面有何變化? 答:形成一層白色的薄膜。 2. 將薄膜拉起後界面有何變化? 答:又生成一層新的薄膜。 3. 產品名稱:耐綸 66 。顏色:白色。 4. 燃燒耐綸 66 有臭味產生。 5. NaOH 的作用:可中和反應產生的 HCl

數據

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參考文獻

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