Question

碳纖維強(qiáng)化塑料是一種新型的高強(qiáng)度復(fù)合材料，其強(qiáng)度比鋼鐵材料大而密度比鋁小。據(jù)報(bào)道，每架波音767飛機(jī)使用了1 t碳纖維材料，一種新型的波音757飛機(jī)則使用9 t以上的碳纖維。

    制取碳纖維的一種方法是將聚丙烯腈纖維在稀有氣體氣氛中進(jìn)行高溫處理而獲得，這種碳纖維的結(jié)構(gòu)可表示如下：

(1)構(gòu)成這種碳纖維的元素是__________，其原子個(gè)數(shù)比為__________。

(2)這種碳纖維能否導(dǎo)電？請說明理由。

(3)用乙炔和HCN為原料合成這種碳纖維的流程可表示如下：

用化學(xué)方程式表示以下過程：

①CH≡CH與HCN反應(yīng)：____________。

②A→B：________________________。

Answer 1

解析:碳纖維材料是一種重要的新型復(fù)合材料。題目已給出制取這種碳纖維是將聚丙烯腈經(jīng)高溫處理而得，聚丙烯腈的結(jié)構(gòu)為

    注意到題給碳纖維的結(jié)構(gòu)，可以將聚丙烯腈結(jié)構(gòu)寫為：

    這種變換寫法是解答本題關(guān)鍵的一步。根據(jù)生產(chǎn)流程所示，聚丙烯腈經(jīng)兩步反應(yīng)獲得碳纖維，第一步高溫處理，應(yīng)是在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將氰基(—C≡N)中的三鍵打開而結(jié)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即生成C：

    再經(jīng)第二步在催化劑作用下脫氫，在C中環(huán)狀結(jié)構(gòu)的—CH₂—與上各脫去一個(gè)氫原子而形成雙鍵結(jié)構(gòu)，形成碳纖維。

    顯然，在—CH₂—原子團(tuán)上脫去一個(gè)H原子后，還有一個(gè)氫原子，所以可知這種碳纖維由C、H、N三種元素構(gòu)成，考查其中的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元“”可看出C、H、N三種原子個(gè)數(shù)比應(yīng)為3∶1∶1。

    上述思路的要點(diǎn)有三處要特別注意：①將聚丙烯腈結(jié)構(gòu)按碳纖維的結(jié)構(gòu)改寫；②理解高溫處理過程是在聚丙烯腈的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上環(huán)化；③在環(huán)狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上脫氫形成雙鍵。這三點(diǎn)在課內(nèi)知識中沒有接觸過，但按聚丙烯腈與題給碳纖維結(jié)構(gòu)簡式，對比其差異，大膽創(chuàng)新，應(yīng)能推出符合邏輯。

答案:(1)C、H、N  3∶1∶1

(2)能。碳纖維中的氮原子還有未成鍵的電子，在外加電壓作用下，可定向移動(dòng)而導(dǎo)電。

(3)①CH≡CH+HCNCH₂=CH—CN

②nCH₂=CH—CN