第5章 第2节 高分子材料-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第二节　高分子材料 学习目标 素养解读 1.结合典型实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点。 2．结合典型实例，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的应用 1.通过实验探究，分析线型高分子与网状高分子的区别，理解结构对性能的影响，提升科学探究与创新意识。 2．通过认识高分子化合物对环境的影响，培养关注和爱护环境的意识，了解高分子材料在科学、社会、技术中的作用，提高科学素养和社会责任 任务一　通用高分子材料 一、高分子材料概述 1．分类 2．命名 (1)天然高分子：习惯使用专有名称，如淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等。 (2)合成高分子 一种 单体 在单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚丙烯等 两种 单体 ①在缩合产物或两种单体前加上“聚”，如聚对苯二甲酸乙二酯等 ②在两种单体名称后加上“树脂”，如酚醛树脂等 (3)合成橡胶：通常在单体名称后加上“橡胶”，如顺丁橡胶等。 (4)合成纤维：名称常用“纶”，如氯纶(聚氯乙烯纤维)、腈纶(聚丙烯腈纤维)等。 二、通用高分子材料 1．塑料 (1)组成和分类 组成 主要成分是合成树脂，为改善性能，提高实用价值，还需加入加工助剂 分类 热塑性塑料 可以反复加热熔融加工，如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料 热固性塑料 不能加热熔融，只能一次成型，如酚醛树脂 (2)常见的塑料 ①聚乙烯 a．分类及比较 按合成方法的不同，聚乙烯可分为高压法聚乙烯与低压法聚乙烯。 比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯 聚合反应条件 高温、高压，使用引发剂 低温、低压，使用催化剂 高分子链的结构 含有较多支链 支链较少 密度 相对较低 相对较高 软化温度 相对较低 相对较高 主要性能 无毒，较柔软 无毒，较硬 主要用途 生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等 生产瓶、桶、板、管等 相似处 加热均可熔融，也可溶于某些溶剂 b.聚乙烯的弹性 c．聚乙烯分子结构与其软化温度、密度的关系 d．聚乙烯的转化 线型结构的聚乙烯可以在一定条件下转变为网状结构的聚乙烯，以增加强度。 ②酚醛树脂 a．定义：酚醛树脂是酚(如苯酚)与醛(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。 b．合成 在酸催化下，等物质的量的苯酚与甲醛反应生成线型结构的高分子，化学方程式为： ＋(n－1)H2O 在碱催化下，苯酚与过量甲醛反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂 2.合成纤维 (1)纤维的分类 (2)合成纤维的性能 合成纤维是以石油、天然气、煤和农副产品等为原料加工制得单体，再经过聚合反应制得的。涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等合成纤维具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点，但除维纶外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不及天然纤维。 (3)常见的合成纤维 ①聚酯纤维 合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的涤纶。涤纶的合成方程式为 (2n－1)H2O。 ②聚酰胺纤维 聚酰胺纤维中的锦纶是较早面世的合成纤维之一。锦纶66(尼龙66)由己二胺与己二酸缩聚合成，方程式为nH2N—(CH2)6—NH2nHOOC(CH2)4COOH (2n－1)H2O。 3．合成橡胶 (1)天然橡胶 具有顺式结构，称为顺式聚异戊二烯，为线型高分子，合成反应方程式为 。 (2)合成橡胶 ①性能：耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等。 ②顺丁橡胶合成方程式为nCH2===CH—CH===CH2。 (3)橡胶的硫化 将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，以二硫键(—S—S—)等把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的橡胶。 【易错辨析】 (1)所有的高分子材料都有一定的弹性。(×) (2)塑料根据其加热能否熔融分为热塑性塑料和热固性塑料。(√) (3)合成酚醛树脂()的单体是苯酚和甲醇。(×) (4)顺丁橡胶、涤纶和酚醛树脂都属于天然高分子材料。(×) (5)顺式聚1，3­丁二烯是线型结构，具有较好的弹性。(√) (6)天然纤维和合成纤维均属于纤维素。(×) (7)聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂均为热塑性塑料。(×) 现有下列物质：聚氯乙烯凉鞋、电木插座、自行车内胎、聚乙烯塑料膜、有机玻璃。分析上述物质，思考下列问题： 问题1：它们哪些是线型高分子，哪些是网状高分子？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：线型高分子有聚氯乙烯凉鞋、自行车内胎、聚乙烯塑料膜、有机玻璃；网状高分子有电木插座。 问题2：线型高分子和网状高分子性质上有哪些差异？请具体说明。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：线型高分子能缓慢溶于有机溶剂，具有热塑性、绝缘性好，而网状高分子不易溶解，具有热固性、有可塑性。 问题3：在实验室中盛放强氧化性物质(如酸性高锰酸钾溶液)的试剂瓶一般不能用橡胶塞，这是什么原因呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性元素(如硫)，故橡胶有较强的还原性，容易被酸性高锰酸钾氧化。 【要点归纳】 线型、网状高分子材料的比较 项目 线型高分子 网状高分子 结构 分子中的原子以共价键相互连接，构成一条很长的卷曲状态的“链” 分子链与分子链之间有许多共价键交联起来，形成三维空间的网状结构 溶解 性 能缓慢溶解于适当溶剂 很难溶解，但往往有一定程度的胀大 性能 具有热塑性，无固定熔点 具有热固性，受热不熔化 特性 强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好 强度大、绝缘性好，有可塑性 常见 物质 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 硫化橡胶 【典例分析】 【典例1】 高分子材料在生产、生活中得到广泛应用。下列说法错误的是(　　 ) A．线型聚乙烯塑料为长链高分子，受热易软化 B．聚四氟乙烯由四氟乙烯加聚合成，受热易分解 C．尼龙66由己二酸和己二胺缩聚合成，强度高、韧性好 D．聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)由甲基丙烯酸甲酯加聚合成，透明度高 解析：选B。线型聚乙烯塑料具有热塑性，受热易软化，A正确；聚四氟乙烯由四氟乙烯加聚合成，具有一定的热稳定性，受热不易分解，B错误。 【对点练】 1.下列有关线型高分子和网状高分子的说法错误的是(　　) A．线型高分子是由许多链节相互连接成链状，通常不具有或很少具有支链，而网状高分子则是长链跟长链之间产生交联 B．线型高分子通常具有热塑性，而网状高分子通常具有热固性 C．线型高分子可在适当溶剂中溶解，而网状高分子通常很难溶解在任何溶剂中 D．网状高分子化合物的相对分子质量一定比线型高分子化合物的相对分子质量大 解析：选D。网状高分子化合物和线型高分子化合物都是高分子化合物，相对分子质量没有一定的大小关系，D 项错误。 2．某聚合物商品的结构简式(假设为理想单一结构)如下： 下列有关该聚合物的叙述错误的是(　　 ) A．属于线型高分子，具有热塑性 B．属于合成纤维，可降解 C．可通过缩聚反应制得 D．聚合单体有3种 解析：选D。由结构简式可知，该聚合物属于线型高分子，具有热塑性，A正确；该聚合物属于合成纤维，其中含有酯基，可以发生水解反应而降解，B正确；该聚合物可通过缩聚反应制得，C正确；生成该物质的反应为缩聚反应，其单体为和，共2种，D错误。 3．高分子材料在各个领域中得到广泛应用。下列说法正确的是(　　 ) A．高分子材料能以石油、煤等化石燃料为原料直接进行生产 B．酚醛树脂通过缩聚反应制得，可用于制作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料 C．聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料制品是热固性塑料 D.由3­羟基丁酸生产的可降解塑料——聚羟基丁酸酯的结构简式为 解析：选B。高分子材料是以石油、煤等化石燃料为原料，将其转化成单体，单体再经过聚合反应生产，A错误；酚醛树脂是由酚类和醛类物质通过缩聚反应得到的聚合物，常用作绝缘、隔热、阻燃、隔音器材和复合材料，B正确；热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶(熔)特性的塑料，如酚醛树脂即电木插座的材料，而聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等均是具有线型结构的热塑性塑料，C错误；由3­羟基丁酸[CH3CH(OH)CH2COOH]生产的可降解塑料——聚羟基丁酸酯的结构简式为，D错误。 任务二　功能高分子材料 　　　　　　　　　　　　　　　　 【情境诱思】 高吸水性树脂是一种高分子材料，具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良。高吸水性树脂为什么能吸水？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：高吸水性树脂能吸水是因为自身带有大量的亲水基团。 1．定义和分类 2．高吸水性树脂 (1)应用：在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；用于婴幼儿使用的纸尿裤等。 (2)合成方法 方法 实例 淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性，即在它们的主链上再接入带有强亲水基团的支链 淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物，同时在交联剂作用下生成具有网状结构的淀粉­聚丙烯酸钠高吸水性树脂 用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物 在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂，其结构简式为 3.高分子分离膜 (1)原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质则被截留在膜的另一侧，形成浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。 (2)分类：分离膜根据膜孔大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。 (3)制作材料：主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。 (4)应用：已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。 【易错辨析】 (1)生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料。(√) (2)由淀粉等物质制取网状结构的淀粉是为了增强其稳定性。(×) (3)丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分。(×) 高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能比较： 吸水材料 高吸水性树脂 一般吸水材料 吸水前质量m1/g 1.00 1.00 吸水现象 呈凝胶状，有较好的保水能力 吸水后变形程度小，保水能力较差 吸水后质量m2/g 84.82 11.00 吸水率(m2－m1)/m1 83.82吸水性强 10吸水性差 实验结论：其他条件相同时，高吸水性树脂的吸水性及保水性均比一般吸水材料的强。 问题1：为什么高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别这么大？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：绝大多数高吸水性树脂的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性基团。 问题2：为什么高吸水性树脂能吸水而又不溶于水？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：高吸水性树脂分子中含有强吸水性基团和一定的网状结构(具有一定的交联度)。利用分子中大量的亲水基团与水分子之间产生氢键等作用吸收水分子，并且通过网状结构将水分子束缚在高分子网格中，形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，在一定压力下也不易失水。 问题3：制作运动服的材料主要是合成纤维。用吸水性比较好的合成纤维代替纯棉，不仅穿着舒适而且美观。下列合成纤维中吸水性最好的是哪个？为什么？ ①聚酯纤维　②聚乙烯醇纤维　③聚丙烯纤维 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：②。聚酯纤维、聚丙烯纤维中不含羟基，聚乙烯醇中含有醇羟基，吸水性最好。 【典例分析】 【典例2】 新型有机高分子材料在日常生活、工农业生产和尖端科技领域中发挥着越来越重要的作用。下列有关高分子材料的叙述不正确的是(　　 ) A．在通用高分子材料基础上改进的导电塑料属于新型高分子材料 B．利用高分子分离膜可以进行海水淡化或污水净化 C．导弹技术中利用复合材料的耐腐蚀性能提高导弹的射程 D．医用高分子材料的发展可以使人类能够制造各种人工器官 解析：选C。导弹的射程取决于导弹的起飞质量、发动机性能等因素，提高导弹的射程与复合材料的耐腐蚀性能无关，C错误。 【对点练】 4.角膜接触镜俗称隐形眼镜，其性能要有良好的透气性和亲水性，目前大量使用的软性隐形眼镜常用材料是(　　 ) A．聚乙烯 B．聚氯乙烯 C． D． 解析：选C。角膜接触镜俗称隐形眼镜，其性能要有良好的透气性和亲水性，则其链节上要有亲水基，聚乙烯、聚氯乙烯、均不含亲水基，中含有亲水基，所以为隐形眼镜常用材料。 5．科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯(，R为烃基)与水的混合物，使其与沙粒结合，既能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水。下列对聚丙烯酸酯的叙述正确的是(　　 ) ①聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH2===CHCOOR ②聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点 ③聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应 ④其聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同 ⑤聚丙烯酸酯具有很强的吸水性 A．③④ B．①② C．①②③ D．①②③④ 解析：选B。①由高分子化合物的结构简式可知其单体为CH2===CHCOOR，正确；②聚合度n不确定，聚丙烯酸酯属于混合物，没有固定的熔、沸点，正确；③聚丙烯酸酯含有酯基，在一定条件下能发生水解反应，没有碳碳双键，不能发生加成反应，错误；④合成聚丙烯酸酯的反应属于加聚反应，合成酚醛树脂的聚合方式是缩聚反应，错误；⑤聚丙烯酸酯属于酯类，与水互不相溶，没有吸水性，错误。 6．医用胶能够在常温、常压下发生加聚反应，快速黏合伤口，且黏合部位牢固，它的结构中含有α­氰基丙烯酸酯(结构如图所示)。下列关于医用胶的说法正确的是(　　 ) A．碳碳双键发生加聚反应使医用胶形成网状结构 B．氰基和酯基使碳碳双键活化，更易发生加聚反应 C．医用胶中含有极性基团，故水溶性很好 D．医用胶与皮肤黏合牢固只靠氰基与蛋白质分子间形成的氢键 解析：选B。碳碳双键发生加聚反应形成线型结构，故A错误；氰基和酯基使碳碳双键的极性增大，更容易断键发生加聚反应，B正确；该医用胶中的氰基和酯基具有强极性，但其形成的聚合物更易溶于有机溶剂，C错误；α­氰基丙烯酸酯可通过吸收空气中或被黏物表面上的湿气，发生阴离子聚合实现固化，D错误。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列各选项中，对相应高分子材料的分类、功能的说法正确的是(　　) 选项 高分子材料 类型 功能 A 黏合剂 功能高分子材料 黏合作用 B 涂料 功能高分子材料 保护作用 C 离子交换树脂 功能高分子材料 分离和提纯 D 聚乙烯醇 功能高分子材料 制人工心脏 解析：选C。黏合剂属于通用高分子材料，A错误；涂料属于通用高分子材料，B错误；离子交换树脂属于功能高分子材料，主要用于硬水软化、海水淡化以及物质的分离和提纯，C正确；聚乙烯醇属于功能高分子材料，具有良好的吸水功能，可以用于制作“尿不湿”等，但不能用于制人工心脏，D错误。 2．聚氯乙烯(PVC，结构如图所示)树脂的用途十分广泛，它是当前产量最大的树脂之一，下列有关PVC的说法错误的是(　　 )  A．属于混合物 B．单体为氯乙烯 C．含有极性共价键和非极性共价键 D．将PVC加入足量的AgNO3溶液中，理论上可得到n mol AgCl 解析：选D。PVC在溶液中不能电离出氯离子，故加入硝酸银溶液不能得到AgCl，D错误。 3．有关“尿不湿”的下列说法中，错误的是(　　 ) A．“尿不湿”之所以具有吸水性是因为添加了一种高吸水性树脂 B．高吸水性树脂是含有羧基(—COOH)、羟基(—OH)等强亲水基团并具有一定交联的网状高分子化合物 C．这种纸尿片吸收尿液以后，体积虽然膨胀，但挤不出液体来 D．尿液中的水分子与亲水性基团紧密结合，排列在网状高分子结构之外 解析：选D。尿液中的水分子与亲水基团紧密结合，并被包裹在网状高分子结构之中，而不是排列在高分子结构之外，D错误。 4．下列有关新型高分子材料的应用的说法不正确的是(　　 ) A．高分子分离膜利用其选择性透过能力，可用于海水淡化、污染控制、物质制取与回收等 B．用医用高分子材料制人造器官，必须考虑其与人体的兼容性和机械性能 C．新型的聚乙烯醇是高吸水性高分子，具有与水生成易挥发物的特性，所以称为“尿不湿” D.新材料研究正向智能化、高功能的方向发展 答案：C 5．足球运动中的球衣材料通常是由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成，结构简式如图所示。下列有关该有机高分子材料的说法正确的是(　　 ) A．属于热固性塑料 B．可以通过加聚反应进行合成 C．上述材料制成的球衣不宜用热的碱性洗涤剂洗涤 D．单体为和HOCH2CH2CH2OH 解析：选C。聚对苯二甲酸乙二醇酯分子是线型分子，线型分子属于热塑性塑料，A错误；该物质是对苯二甲酸与乙二醇发生缩聚反应生成的，除生成聚对苯二甲酸乙二醇酯外，还生成了小分子水，B错误；上述材料属于聚酯，其中含有酯基，在碱性条件下会发生水解反应，导致物质分子破坏，因此制成的球衣不宜用热的碱性洗涤剂洗涤，C正确；该聚合物是由和HOCH2CH2OH通过缩聚反应产生的高分子化合物，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$