Question

碳纖維強化塑料是一種新型的高強度復合材料，其強度比鋼鐵材料大而密度比鋁小。據報道，每架波音767飛機使用了1 t碳纖維材料，一種新型的波音757飛機則使用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行高溫處理而獲得，這種碳纖維的結構可表示如下：

(1)構成這種碳纖維的元素是__________，其原子個數比為__________。

(2)這種碳纖維能否導電？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：

用化學方程式表示以下過程：

①CH≡CH與HCN反應：____________。

②A→B：________________________。

Answer 1

解析:碳纖維材料是一種重要的新型復合材料。題目已給出制取這種碳纖維是將聚丙烯腈經高溫處理而得，聚丙烯腈的結構為

    注意到題給碳纖維的結構，可以將聚丙烯腈結構寫為：

    這種變換寫法是解答本題關鍵的一步。根據生產流程所示，聚丙烯腈經兩步反應獲得碳纖維，第一步高溫處理，應是在上述結構的基礎上將氰基(—C≡N)中的三鍵打開而結成環狀結構，即生成C：

    再經第二步在催化劑作用下脫氫，在C中環狀結構的—CH₂—與上各脫去一個氫原子而形成雙鍵結構，形成碳纖維。

    顯然，在—CH₂—原子團上脫去一個H原子后，還有一個氫原子，所以可知這種碳纖維由C、H、N三種元素構成，考查其中的一個基本結構單元“”可看出C、H、N三種原子個數比應為3∶1∶1。

    上述思路的要點有三處要特別注意：①將聚丙烯腈結構按碳纖維的結構改寫；②理解高溫處理過程是在聚丙烯腈的結構基礎上環化；③在環狀結構基礎上脫氫形成雙鍵。這三點在課內知識中沒有接觸過，但按聚丙烯腈與題給碳纖維結構簡式，對比其差異，大膽創新，應能推出符合邏輯。

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，可定向移動而導電。

(3)①CH≡CH+HCNCH₂=CH—CN

②nCH₂=CH—CN