新教材高中人教化學(xué)選擇性必修3學(xué)案第5章第2節(jié)高分子材料

第二節(jié)高分子材料發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建結(jié)合合成高分子實(shí)例，認(rèn)識(shí)塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。培養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。一、高分子材料的分類(lèi)高分子材料按用途和性能可分為通用高分子材料(包括塑料、合成纖維、合成橡膠、黏合劑、涂料等)和功能高分子材料(包括高分子分離膜、導(dǎo)電高分子、醫(yī)用高分子、高吸水性樹(shù)脂等)等類(lèi)別。二、通用高分子材料(一)塑料(1)改善塑料性能的加工助劑：為提高柔韌性加入增塑劑，為提高耐熱性加入熱穩(wěn)定劑，為賦予它各種漂亮的顏色加入著色劑……。(2)分類(lèi)1．聚乙烯高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的對(duì)比比較項(xiàng)目高壓法聚乙烯低壓法聚乙烯聚合反應(yīng)條件150MPa～300MPa,200℃左右，使用引發(fā)0.1MPa～2MPa,60～100℃，使用催化高分子鏈的結(jié)構(gòu)含有較多支鏈支鏈較少密度/(g·cm－3)0.91～0.930.94～0.97軟化溫度/℃105～120120～140主要性能無(wú)毒，較柔軟無(wú)毒，較硬主要用途生產(chǎn)食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等生產(chǎn)瓶、桶、板、管等微點(diǎn)撥：①高壓法聚乙烯的密度和熔點(diǎn)均低于低壓法聚乙烯的原因?yàn)楦邏悍ň垡蚁┑闹麈溣休^多的支鏈，支鏈結(jié)構(gòu)有礙碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)和鏈之間的接近，鏈之間的作用力就比低壓法聚乙烯的小，熔點(diǎn)和密度也就較低。②兩種聚乙烯塑料均有熱塑性，加熱均可熔融。2．酚醛樹(shù)脂(1)定義：酚醛樹(shù)脂是酚(如苯酚)與醛(如甲醛)在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子。(2)合成①在酸性(濃鹽酸)下生成線型結(jié)構(gòu)的高分子。其反應(yīng)方程式為②在堿催化下，等物質(zhì)的量的甲醛與苯酚或過(guò)量甲醛與苯酚反應(yīng)，生成羥甲基苯酚、二羥甲基苯酚、三羥甲基苯酚等，然后加熱繼續(xù)反應(yīng)，生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹(shù)脂。3．脲醛樹(shù)脂可以用尿素(H2NCONH2)與甲醛縮聚反應(yīng)合成其化學(xué)方程式為(二)合成纖維1．纖維的分類(lèi)纖維eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(天然纖維：如羊毛、棉花、蠶絲、麻等,化學(xué)纖維\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(再生纖維：如人造絲、人造棉等,合成纖維：如“六大綸”等))))(1)合成纖維：以石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品等為原料加工制得的單體，再經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)而制得的纖維。其原料本身不是纖維。(2)再生纖維：以木材、秸稈等農(nóng)副產(chǎn)品為原料，經(jīng)過(guò)加工處理得到的纖維。(3)六綸包括：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸。其性能具有強(qiáng)度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質(zhì)輕保暖等優(yōu)點(diǎn)，除維綸外，其他合成纖維的吸濕性和透氣性明顯不足。2．常見(jiàn)合成纖維的合成(1)滌綸——聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維合成方程式為(2)聚己二酰己二胺纖維(又稱(chēng)錦綸66、尼龍66)合成方程式為(3)高強(qiáng)度芳綸纖維合成(三)合成橡膠1．天然橡膠的單體為異戊二烯即2-甲基-1,3-丁二烯，合成反應(yīng)方程式為2．合成橡膠(1)優(yōu)良性能有耐磨、耐油、耐寒、耐熱、耐腐蝕等。(2)順丁橡膠合成方程式為(3)橡膠的硫化將線型結(jié)構(gòu)的橡膠與硫等硫化劑混合后加熱，硫化劑將聚合物中的雙鍵打開(kāi)，以二硫鍵(—S—S—)等把線型結(jié)構(gòu)連接為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到既有彈性又有強(qiáng)度的順丁橡膠。微點(diǎn)撥：絕大多數(shù)橡膠的結(jié)構(gòu)中有碳碳雙鍵或還原性元素(如硫)，故橡膠有較強(qiáng)的還原性。因此，在實(shí)驗(yàn)室中盛放強(qiáng)氧化性物質(zhì)(如高錳酸鉀)的試劑瓶不能用橡膠塞。三、功能高分子材料常見(jiàn)功能高分子材料有高分子分離膜、高分子催化劑、磁性高分子、記憶高分子、高吸水性材料、醫(yī)用高分子材料、高分子藥物等。1．高吸水性樹(shù)脂(1)改進(jìn)思路：一是改造纖維素或淀粉分子，接入強(qiáng)親水基團(tuán)；二是合成新的帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的高分子。(2)合成方法：①淀粉、纖維素等天然吸水材料的改性。在它們的主鏈上再接入帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈，以提高它們的吸水能力。如淀粉與丙烯酸鈉在一定條件下發(fā)生共聚后與交聯(lián)劑反應(yīng)生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂。②以帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的化合物為單體，均聚或兩種單體共聚得到親水基團(tuán)的高聚物。如在丙烯酸鈉中加入少量交聯(lián)劑，在一定條件下發(fā)生聚合，得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂。聚丙烯酸鈉的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。2．高分子分離膜(1)原理：分離膜一般只允許水及一些小分子物質(zhì)通過(guò)，其余物質(zhì)則被截留在膜的另一側(cè)，成為濃縮液，達(dá)到對(duì)原液凈化、分離和濃縮的目的。(2)分類(lèi)：分離膜根據(jù)膜孔大小分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。(3)應(yīng)用：高分子分離膜已廣泛用于海水淡化和飲用水的制取，以及果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等領(lǐng)域。1．判斷正誤(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“√”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”。)(1)三大合成材料是指塑料、合成纖維和合成橡膠。 ()(2)高壓聚乙烯比低壓聚乙烯的熔點(diǎn)高。 ()(3)苯酚與甲醛通過(guò)縮聚反應(yīng)一定形成線狀結(jié)構(gòu)高分子。 ()(4)人造絲與人造棉為合成纖維。 ()(5)天然橡膠易被氧化是因?yàn)槠滏湽?jié)中有碳碳雙鍵。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2．橡膠的硫化程度越高，強(qiáng)度越大，但彈性越差。下列橡膠制品中，硫化程度最高的是()A．醫(yī)用乳膠手套 B．皮鞋膠底C．自行車(chē)內(nèi)胎 D．橡皮筋[答案]B3．橡膠樹(shù)是熱帶植物，在我國(guó)海南已大面積種植。從橡膠樹(shù)的膠乳中可提取天然橡膠，天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。試回答下列問(wèn)題：(1)天然橡膠能溶于汽油的根本原因是______________，天然橡膠加入適量的硫化劑進(jìn)行硫化后，其結(jié)構(gòu)由________________變成________________，因而硫化橡膠________(填“能”或“不能”)溶于汽油。(2)天然橡膠的單體是一種無(wú)色液體，將該無(wú)色液體加入溴水中，溴水________(填“能”或“不能”)褪色。[解析](1)由天然橡膠的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知，天然橡膠為線型結(jié)構(gòu)的高分子，能溶于汽油等有機(jī)溶劑。天然橡膠硫化后，高分子鏈發(fā)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故硫化橡膠不能溶于汽油。(2)天然橡膠的單體是，其分子中含有碳碳雙鍵，能發(fā)生加成反應(yīng)，故能使溴水褪色。[答案](1)天然橡膠是線型高分子線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(或體型結(jié)構(gòu))不能(2)能高分子材料的結(jié)構(gòu)及其性能1．聚乙烯材料具有一定彈性的原因是什么？[提示]聚乙烯分子鏈上的碳碳單鍵可以發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使分子鏈不可能呈一條直線，只能呈不規(guī)則的卷曲狀態(tài)，當(dāng)有外力作用時(shí)，卷曲的高分子鏈被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢復(fù)卷曲狀態(tài)。2．苯酚在鹽酸和濃氨水作用下與甲醛縮聚形成的酚醛樹(shù)脂在結(jié)構(gòu)上有什么不同？[提示]鹽酸作用下，生成線型結(jié)構(gòu)高分子；濃氨水作用下，生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子。3．高分子材料在結(jié)構(gòu)上可分為哪幾種材料？[提示]線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀(體型)結(jié)構(gòu)三種。4．天然橡膠的單體是什么？鏈節(jié)是什么？寫(xiě)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。[提示]5．高吸水性樹(shù)脂比一般性吸水材料在結(jié)構(gòu)上主要差別是什么？[提示]高吸水性樹(shù)脂的分子鏈上連有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈，提高了吸水能力。1．高分子材料的結(jié)構(gòu)及其性能高分子化合物有線型、支鏈型和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它們的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)特點(diǎn)如下表：基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)舉例線型結(jié)構(gòu)由許多鏈節(jié)相互連成一條長(zhǎng)鏈的高聚物具有高彈性，在適當(dāng)?shù)娜軇┲心芫徛芙?，加熱能熔融，硬度和脆度較小(熱塑性)低壓聚乙烯支鏈型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu)與線型結(jié)構(gòu)類(lèi)似，是由許多鏈節(jié)相互連成一條長(zhǎng)鏈的高聚物，但是在鏈節(jié)的主鏈上存在支鏈熔點(diǎn)、密度比線型結(jié)構(gòu)的更低高壓聚乙烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(體型結(jié)構(gòu))一般由多官能團(tuán)單體相互作用，使主鏈與主鏈之間以共價(jià)鍵相連接，形成三維空間的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆度較大；不能反復(fù)熔化，只能一次加工成型(熱固性)堿作催化劑時(shí)制備的酚醛樹(shù)脂2.常見(jiàn)“六綸”的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、單體和性能名稱(chēng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式單體性能用途滌綸抗皺性好、強(qiáng)度高、耐酸腐蝕、耐磨、吸濕性差衣料、室內(nèi)裝修材料、電絕緣材料、繩索、漁網(wǎng)等錦綸耐磨、強(qiáng)度高、耐光、耐堿、有彈性衣料、繩索、漁網(wǎng)等腈綸CH2=CH—CN彈性高、保溫性能好、耐光、耐酸但不耐堿衣料、毛毯、幕布、工業(yè)用布等丙綸CH2=CH—CH3機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性好、耐化學(xué)腐蝕、質(zhì)輕、耐油性差可制成薄膜、日常用品、管道、包裝材料等維綸CH3COOCH=CH2和HCHO吸濕性?xún)?yōu)良，有“人造棉花”之稱(chēng)可與棉花混紡，作維棉混紡織物，制成濾布、帆布、傳送帶等氯綸CH2=CH—Cl難燃，耐酸、堿，吸濕性差可編織窗紗、篩網(wǎng)、網(wǎng)袋與繩子，制成毛線、毛毯、棉絮、濾布等3.常見(jiàn)合成橡膠的單體、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、性能和用途4.高吸水性樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)與性能(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含有強(qiáng)親水基團(tuán)，如羧基、羥基、酰氨基等。(2)性能：不溶于水，也不溶于有機(jī)溶劑，與水接觸后在很短的時(shí)間內(nèi)溶脹，可吸收其本身質(zhì)量的數(shù)百倍甚至上千倍的水，同時(shí)保水能力要強(qiáng)，還能耐一定的擠壓作用。(3)制取高吸水性樹(shù)脂的方法①對(duì)淀粉、纖維素等天然吸水材料進(jìn)行改性，在它們的高分子主鏈上再接入帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈，以提高它們的吸水能力。②以帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的化合物，如丙烯酸鈉CH2=CH—COONa等為單體，均聚或兩種單體共聚得到親水性高聚物。1．有甲、乙兩種高聚物，甲能溶于有機(jī)溶劑，加熱可熔融；乙不溶于任何溶劑，加熱不會(huì)變軟或熔融，則下列敘述中錯(cuò)誤的是()A．高聚物甲可能具有彈性，而高聚物乙沒(méi)有彈性B．高聚物甲可能是線型高分子化合物材料C．高聚物甲一定是體型高分子化合物材料D．高聚物乙一定是體型高分子化合物材料C[根據(jù)題意可知，甲為熱塑性高分子材料，乙為熱固性高分子材料，故甲可能是線型高分子化合物材料也可能是支鏈型高分子化合物材料，乙一定是體型高分子化合物材料，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。]2．PVC是聚氯乙烯的英文縮寫(xiě)，為保證PVC塑料制品的性能，通常需要加入多種有機(jī)助劑。下列選項(xiàng)中的事實(shí)均能支持“PVC保鮮膜對(duì)人體健康帶來(lái)危害”這種假設(shè)的是()①PVC塑料屬于高分子材料②使用的有機(jī)助劑有毒③含氯的化合物不一定有毒④在高溫下會(huì)分解出有害物質(zhì)A．①② B．③④C．②④ D．①③C[聚氯乙烯是一種高分子化合物，在日常生活中應(yīng)用非常廣泛，但在高溫或光照老化過(guò)程中會(huì)分解出HCl等有害物質(zhì)，同時(shí)其所含的增塑劑(有機(jī)助劑)有毒，不宜用聚氯乙烯塑料制品盛裝食品或直接接觸食品。②④符合要求。]3．奧運(yùn)吉祥物福娃外材料為純羊毛線，內(nèi)充物為無(wú)毒的聚酯纖維()。下列說(shuō)法正確的是()A．羊毛與聚酯纖維的化學(xué)成分相同B．聚酯纖維和羊毛在一定條件下均能水解C．該聚酯纖維單體為對(duì)苯二甲酸和乙醇D．由單體合成聚酯纖維的反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)B[羊毛的主要成分為蛋白質(zhì)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；聚酯纖維能水解生成對(duì)苯二甲酸和乙二醇，而羊毛水解最終產(chǎn)物為氨基酸，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；合成聚酯纖維的反應(yīng)為縮聚反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．橡膠是一種重要的戰(zhàn)略物資，一般分為天然橡膠和合成橡膠兩類(lèi)。丁苯橡膠是合成橡膠的一種，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。下列說(shuō)法正確的是()C．裝液溴或溴水的試劑瓶可用丁苯橡膠作瓶塞D．丁苯橡膠會(huì)老化D[丁苯橡膠是通過(guò)1,3-丁二烯(CH2=CH—CH=CH2)和苯乙烯()發(fā)生加聚反應(yīng)得到的；由于鏈節(jié)中含有碳碳雙鍵，故丁苯橡膠能與溴發(fā)生加成反應(yīng)，因此裝液溴或溴水的試劑瓶不能用丁苯橡膠作瓶塞；丁苯橡膠受氧氣、臭氧、日光，特別是高能輻射的作用會(huì)老化。]5．聚丙烯酸鈉(單體為CH2=CHCOONa)是一種高性能吸水樹(shù)脂，可在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、植樹(shù)造林時(shí)的抗旱保水。下列關(guān)于聚丙烯酸鈉的說(shuō)法正確的是()A．聚丙烯酸鈉的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為B．聚丙烯酸鈉可以通過(guò)單體發(fā)生縮聚反應(yīng)制得C．聚丙烯酸鈉具有熱塑性D．聚丙烯酸鈉是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子材料C[碳碳雙鍵能發(fā)生加聚反應(yīng)，所以聚丙烯酸鈉的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH，A、B項(xiàng)不正確；聚丙烯酸鈉是一種線型結(jié)構(gòu)的高分子材料，具有熱塑性，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)不正確。]白色污染與高分子降解(1)廢棄的塑料制品會(huì)危害環(huán)境，造成“白色污染”。為了根除“白色污染”，人們聯(lián)想到淀粉、纖維素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光線的光敏劑的幫助下也能降解的事實(shí)，研究出微生物降解和光降解兩類(lèi)高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切斷某些化學(xué)鍵，降解為小分子，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O等物質(zhì)而消失。光降解高分子在陽(yáng)光等的作用下，高分子的化學(xué)鍵被破壞而發(fā)生降解。它們?yōu)橄鞍咨廴尽睅?lái)了希望。(2)一些微生物降解高分子，如聚乳酸()具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可以用于手術(shù)縫合線、骨科固定材料、藥物緩釋材料等，手術(shù)后不用拆線或取出固定材料，減輕了患者與醫(yī)生的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了聚乳酸與淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和藥品包裝等；以及加入光敏劑的聚乙烯等光降解塑料，可用于農(nóng)用地膜、包裝袋等。近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)工作者已成功研究出以CO2為主要原料生產(chǎn)可降解高分子材料的技術(shù)。CO2是穩(wěn)定分子，要讓它轉(zhuǎn)化為高分子是很困難的。然而他們發(fā)現(xiàn)稀土催化劑能活化CO2，使之與環(huán)氧丙烷()等反應(yīng)生成聚合物。這種工藝目前已投入小規(guī)模生產(chǎn)，為消除“白色污染”和減輕溫室效應(yīng)作出了貢獻(xiàn)。(1)廢棄塑料成為白色污染的根本原因是什么？為了根除白色污染，人們研究出了哪兩類(lèi)材料？(2)寫(xiě)出聚乳酸合成的化學(xué)方程式，指明反應(yīng)類(lèi)型。(3)用聚乳酸與淀粉混合制成的降解塑料容易降解的原因是什么？(4)在特定催化劑作用下，CO2與環(huán)氧丙烷()發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚合物，寫(xiě)出化學(xué)方程式和反應(yīng)類(lèi)型。[提示](1)在自然界中降解非常慢。微生物降解高分子和光降解高分子材料。(2)＋(n－1)H2O?？s聚反應(yīng)。(3)聚乳酸或淀粉在自然界中可以發(fā)生水解。通過(guò)對(duì)白色污染與高分子降解的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。1．下列說(shuō)法正確的是()A．合成纖維和人造纖維統(tǒng)稱(chēng)為化學(xué)纖維B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是熱固性塑料C．錦綸絲接近火焰時(shí)先卷縮，燃燒時(shí)有燒焦羽毛的氣味，灰燼為有光澤的硬塊，能壓成粉末D．可以將合成材料和塑料制品廢棄物傾倒到海洋中進(jìn)行處理A[合成纖維和人造纖維統(tǒng)稱(chēng)化學(xué)纖維，A正確；聚氯乙烯為熱塑性塑料，B錯(cuò)；錦綸(即尼龍)屬于合成纖維，燃燒時(shí)沒(méi)有燒焦羽毛的氣味，C錯(cuò)；塑料廢棄物不可以亂倒，D錯(cuò)。]2．角膜接觸鏡俗稱(chēng)隱形眼鏡，其性能主要有良好的透氣性和親水性。下列可以作為隱形眼鏡材料的是()A．聚乙烯B．聚氯乙烯C[隱形眼鏡的材料具有透氣性和親水性，該物質(zhì)中應(yīng)有親水基團(tuán)，符合要求的只有C項(xiàng)。]3．下列說(shuō)法正確的是()A．天然橡膠和杜仲膠互為同分異構(gòu)體D[A項(xiàng)，高分子化合物為混合物，故二者不互為同分異構(gòu)體；B項(xiàng)中兩種物質(zhì)的官能團(tuán)不同，前者含有羧基，后者含有醛基和羥基，不屬于同類(lèi)物質(zhì)，故不互為同