高中化學(xué) 第3單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 課題3 高分子化合物與材料學(xué)案 新人教版選修2-新人教版高二選修2化學(xué)學(xué)案

課題3高分子化合物與材料1．能舉例說明合成高分子的組成與結(jié)構(gòu)特點，能依據(jù)簡單合成高分子的結(jié)構(gòu)分析其鏈節(jié)和單體。2．知道加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點。3．舉例說明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，討論有機合成在發(fā)展經(jīng)濟、提高生活質(zhì)量方面的貢獻(xiàn)。一、兩種新型的化學(xué)反應(yīng)類型eq\a\vs4\al(1.)合成聚氯乙烯的化學(xué)反應(yīng)方程式為nCH2CHCl，這種反應(yīng)類型是加聚反應(yīng)，氯乙烯稱為單體，鏈節(jié)為—CH2CHCl—，n稱為聚合度。分子結(jié)構(gòu)中含有雙鍵、三鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子，都可以通過加聚反應(yīng)生成高分子化合物。eq\a\vs4\al(2.)對苯二甲酸和乙二醇反應(yīng)生成聚對苯二甲酸乙二醇酯的化學(xué)反應(yīng)方程式為這種反應(yīng)類型是縮聚反應(yīng)。發(fā)生此類反應(yīng)的必要條件是兩種單體分子都含有兩個以上能夠相互反應(yīng)的官能團。二、合成材料及其性能eq\a\vs4\al(1.)聚乙烯塑料受熱到一定范圍時開始軟化，直到熔化成流動的液體。熔化的聚乙烯塑料冷卻后又變成固體，加熱后又熔化，這種現(xiàn)象稱為熱塑性。聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等都是熱塑性塑料。熱塑性塑料具有線型結(jié)構(gòu)。eq\a\vs4\al(2.)熱固性塑料在形成初期也是長鏈狀的，受熱會軟化，可以被制成一定的形狀。但在進(jìn)一步受熱時，鏈與鏈之間會形成化學(xué)鍵產(chǎn)生一些交聯(lián)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬化定型。再受熱時，鏈狀分子的滑動受到限制，因此不會熔化。eq\a\vs4\al(3.)復(fù)合材料一般是由起黏結(jié)作用的基體和起增強作用的增強體兩種材料構(gòu)成的。例如，玻璃鋼就是一種復(fù)合材料，它具有強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗沖擊、絕緣性好等優(yōu)良性能。eq\a\vs4\al(4.)高分子材料在使用過程中，由于環(huán)境的影響，其強度、彈性、硬度等性能逐漸變差，這種現(xiàn)象稱為高分子材料的老化。eq\a\vs4\al(5.)降解是指化學(xué)和物理因素引起的聚合物分子鏈斷裂的過程，主要涉及生物降解、光降解、化學(xué)降解三種過程。eq\a\vs4\al(1.)下列有關(guān)高分子化合物的敘述中正確的是()A．高分子化合物的特點之一是組成元素簡單、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相對分子質(zhì)量大B．高分子鏈之間靠分子間作用力結(jié)合，因此分子間作用弱，高分子材料強度較小C．高分子均為長鏈狀分子D．高分子材料均為混合物解析：選D。高分子材料中各個分子的n值不一定相同，故應(yīng)為混合物。eq\a\vs4\al(2.)下列敘述不正確的是()A．乙烯和聚乙烯的性質(zhì)不同B．聚乙烯是由—CH2—CH2—分子組成的化合物，加熱至某一溫度則可完全熔化C．同質(zhì)量的乙烯和聚乙烯完全燃燒后生成的CO2的質(zhì)量相等D．乙烯和聚乙烯的最簡式相同解析：選B。乙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH2=CH2，聚乙烯為，結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)不同；聚乙烯分子中的重復(fù)單元為—CH2—CH2—，聚乙烯是混合物；乙烯、聚乙烯的最簡式都為CH2，故C、D正確。eq\a\vs4\al(3.)航天科學(xué)家正在考慮用塑料飛船代替鋁制飛船，進(jìn)行太空探索。其依據(jù)是()A．塑料是一種高分子化合物，可以通過取代反應(yīng)大量生產(chǎn)B．塑料生產(chǎn)中加入添加劑可得到性能比鋁優(yōu)良的新型材料C．塑料用途廣泛，可從自然界中直接得到D．塑料是有機物，不會和強酸強堿作用解析：選B。飛船飛行速度很大，所以說其材料要求質(zhì)輕，耐高溫耐摩擦，因此所用塑料代替品要加入合適的添加劑制成優(yōu)良的新型材料。要點1高分子化合物的合成eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引1)高分子化合物是純凈物嗎？提示：高分子化合物是混合物，不是純凈物。這是因為：對單個高分子來說，相對分子質(zhì)量是確定的，但對一塊高分子材料來說，它是由許多相對分子質(zhì)量不等的高分子聚集起來的，實驗測得的高分子的相對分子質(zhì)量是平均值。eq\a\vs4\al(1.)高分子化合物的特點(1)有機高分子化合物的相對分子質(zhì)量一般高達(dá)104～106，且是一個平均值；低分子有機物的相對分子質(zhì)量一般在1000以下，且是一個固定的數(shù)值。(2)有機高分子化合物由若干個重復(fù)單元組成，低分子有機物分子組成、結(jié)構(gòu)固定。(3)有機高分子化合物與低分子化合物的物理、化學(xué)性質(zhì)有較大差異。eq\a\vs4\al(2.)加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)是有機合成高分子的兩大重要反應(yīng)類型(1)加聚反應(yīng)特點：①無小分子的副產(chǎn)物生成；②所生成的高分子的相對分子質(zhì)量是單體相對分子質(zhì)量的整數(shù)倍；③高分子與單體具有相同的元素質(zhì)量組成；④通過共價鍵結(jié)合，具有特定結(jié)構(gòu)，故化學(xué)組成并不復(fù)雜。(2)縮聚反應(yīng)特點：①反應(yīng)中總伴隨有小分子副產(chǎn)品如H2O、HCl、NH3等生成；②單體和聚合物的組成不同。eq\a\vs4\al(3.)兩大聚合反應(yīng)的單體結(jié)構(gòu)特點及加聚產(chǎn)物和縮聚產(chǎn)物的書寫方式(1)單體結(jié)構(gòu)特點：①加聚反應(yīng)單體一般常含等結(jié)構(gòu)，也就是說含有雙鍵、三鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的低分子在一定條件下可發(fā)生加聚反應(yīng)。②縮聚反應(yīng)：一般來說其單體至少有兩個官能團。例如：HOCH2COOH；H2NCH2COOH；HOOC—COOH；HOCH2—CH2OH等等。(2)加聚產(chǎn)物和縮聚產(chǎn)物的書寫方程式不同：加聚產(chǎn)物沒有端基原子或原子團，縮聚產(chǎn)物有端基原子或原子團。【歸納小結(jié)】合成高分子化合物的主要化學(xué)反應(yīng)加成聚合反應(yīng)縮合聚合反應(yīng)含義許多小分子(含不飽和鍵)通過加成反應(yīng)形成高聚物的聚合反應(yīng)許多小分子通過縮合形成高聚物，同時有小分子生成的聚合反應(yīng)單體特征含不飽和鍵如碳碳雙鍵、碳碳三鍵含特征官能團如—OH、—COOH、—NH2等單體種類數(shù)相同或不同的單體相同或不同的單體高聚物特征鏈節(jié)與單體的組成相同鏈節(jié)與單體的組成不同產(chǎn)物種類只有高聚物高聚物和小分子舉例eq\a\vs4\al(1.)下列塑料的合成，所發(fā)生的反應(yīng)類型與另外三種不同的是()解析：選C。判斷反應(yīng)類型，對高聚物進(jìn)行識別，實際是變相地找單體。單體依次為：乙烯、氯乙烯、苯酚和甲醛、苯乙烯，進(jìn)而得出酚醛樹脂是縮聚產(chǎn)物，另外三種是加聚產(chǎn)物。要點2高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引2)按結(jié)構(gòu)特點高分子化合物可分為哪兩大類？提示：高分子化合物從結(jié)構(gòu)特點上可分為線型高分子和體型高分子。線型結(jié)構(gòu)、體型結(jié)構(gòu)高分子材料比較合成材料線型高分子材料體型高分子材料常見物質(zhì)合成纖維、部分塑料(如聚乙烯)部分塑料(如電木)續(xù)表合成材料線型高分子材料體型高分子材料結(jié)構(gòu)特點以共價鍵結(jié)合成高分子鏈，鏈與鏈之間以分子間作用力相結(jié)合以共價鍵構(gòu)成高分子鏈，鏈與鏈之間以共價鍵大量交聯(lián)性質(zhì)特點具有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度、脆性較小，不能導(dǎo)電沒有彈性和可塑性，不能溶解或熔融，在溶劑中能溶脹，硬度和脆性較大，不能導(dǎo)電eq\a\vs4\al(2.)現(xiàn)有兩種高聚物A、B，A能溶于苯、四氯化碳等有機溶劑，并加熱到一定溫度下熔融成粘稠狀的液體，B不溶于任何溶劑，加熱不會變軟或熔融，則下列敘述中不正確的是()A．高聚物A可能具有彈性，而高聚物B沒有彈性B．高聚物A一定是線型高分子材料C．高聚物A一定是體型高分子材料D．高聚物B一定是體型高分子材料解析：選C。A具有熱塑性，應(yīng)是線型結(jié)構(gòu)，因而A可能有彈性和一定的溶解性；B具有熱固性，應(yīng)是體型結(jié)構(gòu)，沒有彈性，一般也不溶解于溶劑。要點3功能高分子材料與復(fù)合材料eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引3)什么是功能高分子材料？提示：功能高分子材料包括具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料，還包括在合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能原子團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的特殊功能。功能高分子材料與復(fù)合材料比較材料名功能高分子材料復(fù)合材料概念既具有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料兩種或兩種以上材料組成的新型材料，分基體和增強體性能不同的功能高分子材料，具有不同的特征性質(zhì)一般具有強度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的性能應(yīng)用用于制作高分子分離膜、人體器官等用于汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品、航天航空、人類健康等eq\a\vs4\al(3.)“耐高溫長壽命抗氧化陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)”曾獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎。該復(fù)合材料的強度比鋼還大，在航空航天器中用來替代金屬材料，可節(jié)約20%～30%的燃料。下列關(guān)于該材料的敘述中不正確的是()A．該材料屬于新型無機非金屬材料B．該材料的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定C．與金屬一樣有較好的傳熱性能D．可以替代金屬作耐高溫結(jié)構(gòu)材料解析：選C。該物質(zhì)為陶瓷復(fù)合材料，是熱的不良導(dǎo)體，選項C不正確。它是新型的無機非金屬材料，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點。題型1由高分子化合物找單體合成結(jié)構(gòu)簡式為：CH2—CH2—CH2—CH=CH—CH2n的高聚物，其單體是()①苯乙烯②丁烯③丁二烯④丙炔⑤乙烯A．①② B．④⑤C．③⑤ D．①③【思路點撥】解答此題注意以下兩點：(1)要判斷高聚物的單體，首先要判斷高聚物是加聚產(chǎn)物還是縮聚產(chǎn)物。(2)判斷高聚物所屬類別的方法是看鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)。若結(jié)構(gòu)中在主鏈中只有碳鏈，則是加聚產(chǎn)物；若結(jié)構(gòu)中含有其他的基團(如等)，則是縮聚產(chǎn)物。【解析】根據(jù)加聚產(chǎn)物找單體的方法：有雙鍵，四個碳，然后兩個兩個斷下來，所以單體有CH2=CH2、CH2=CH—CH=CH2?！敬鸢浮緾題型2功能高分子材料下列材料中屬于功能高分子材料的是()①高分子膜②生物高分子材料③隱身材料④液晶高分子材料⑤光敏高分子材料⑥智能高分子材料A．①②⑤ B．②④⑤⑥C．③④⑤ D．全部【解析】既有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能，又有某些特殊功能的高分子材料都屬于功能高分子材料?！敬鸢浮緿題型3復(fù)合材料下列物質(zhì)不屬于復(fù)合材料的是()A．碳化硅纖維 B．生物陶瓷C．鋼化玻璃 D．氮化硅陶瓷【解析】復(fù)合材料具備的特征是：能夠承受高溫、高強度，具備電學(xué)、光學(xué)特性，具有生物功能。而傳統(tǒng)的非金屬材料主要是指以硅酸鹽為原料而制備的材料，如水泥、玻璃、傳統(tǒng)陶瓷等。選項C中的鋼化玻璃跟普通玻璃的成分是一樣的，只是制作工藝稍有差別，鋼化玻璃是將玻璃熔融體經(jīng)過急速冷卻而制得的。【答案】Ceq\a\vs4\al(1.)下列物質(zhì)一定不是天然高分子的是()A．橡膠 B．蛋白質(zhì)C．尼龍 D．纖維素解析：選C。尼龍屬于合成高分子。eq\a\vs4\al(2.)下列物質(zhì)屬于純凈物的是()A．純凈的汽油 B．甲苯C．聚乙烯 D．酚醛樹脂解析：選B。汽油屬于混合物；C、D項均屬于高聚物，均為混合物。eq\a\vs4\al(3.)下列不屬于有機高分子材料的基本性質(zhì)的是()A．熱塑性和熱固性 B．延展性C．高強度 D．電絕緣性解析：選B。高分子化合物的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，原子之間不能隨便移動，故不具有延展性。eq\a\vs4\al(4.)某復(fù)合材料是由碳纖維為增強體、金屬鈦為基體復(fù)合而成的。估計這種材料()①耐高溫②不耐熱③導(dǎo)電、導(dǎo)熱④不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱⑤可用于飛機機翼⑥可用于導(dǎo)彈的殼體A．①③⑤⑥ B．②③⑤⑥C．②③④ D．③④⑤解析：選A。碳纖維為增強體、金屬鈦為基體的復(fù)合材料應(yīng)具有增強體的優(yōu)點和基體的優(yōu)點。碳纖維熔點高、硬度大，金屬鈦熔點高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱，二者的密度都較小。因此該復(fù)合材料具有：耐高溫；導(dǎo)電、導(dǎo)熱；密度小的特點，可用于制造飛機和導(dǎo)彈。eq\a\vs4\al(5.)通常所說的三大合成材料是指____________、__________、________。合成材料廢棄物的急劇增加會帶來____________________問題，而一些塑料制品所帶來的__________尤為嚴(yán)重。__________是目前處理城市垃圾的一個主要方法，但這仍會造成__________污染和________污染。解析：三大合成材料指的是塑料、合成纖維和合成橡膠，而合成材料廢棄物的增加會帶來“環(huán)境污染”問題，尤其是“白色污染”問題，填埋作業(yè)只是將“白色污染”從地面轉(zhuǎn)入地下，這仍會造成水污染和土壤污染。答案：塑料合成纖維合成橡膠環(huán)境污染白色污染填埋作業(yè)水土壤[經(jīng)典案例]使用某些高分子材料給環(huán)境造成“白色污染”，后果嚴(yán)重。最近研究的一些可分解性塑料有良好的生物適應(yīng)性和分解性，能自然腐爛分解。如：已知3HB的單體叫3-羥基丁酸，則(1)4HB的單體名稱是____________；3HV的單體名稱是________