第5章 第2节 高分子材料-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第二节　高分子材料 [学业要求]　1.知道塑料、合成纤维、合成橡胶的组成和结构特点，能列举重要的合成高分子。2.了解功能高分子材料的结构和主要功能，在日常生活、工农业生产、科学研究等方面的重要作用。3.能参与材料选择与使用、垃圾处理等社会性议题的讨论，并作出科学的判断与评价。 通用高分子材料 1．塑料 (1)主要成分：合成树脂。 (2)分类 (3)几种常见的塑料 ①聚乙烯 聚乙烯按合成方法可分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯，这两种聚乙烯加热均可熔融，可溶于某些溶剂中。 ②酚醛树脂 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。 2．合成纤维 (1)纤维的分类 (2)几种常见的合成纤维 ①聚酯纤维 合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的涤纶，涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称，其合成反应为 。 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，其中聚己二酰己二胺纤维的合成反应为 。 3．合成橡胶 (1)原料：以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃等为单体聚合而成。 (2)橡胶的分类 橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。 (3)性能：具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。 (4)①顺丁橡胶是以1，3­丁二烯为原料，在催化剂作用下，通过加聚反应，得到以顺式结构为主的聚合物。化学方程式为 nCH2===CH—CH===CH2 。 ②天然橡胶是异戊二烯的顺式聚合物，异戊二烯和天然橡胶的结构简式分别为 和。 功能高分子材料 1．功能高分子材料 具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。 2．高吸水性树脂 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，成为浓缩液，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，以分离不同的杂质。 (3)制备：现在制作分离膜的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：高分子分离膜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。 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)塑料根据其加热是否能熔融分为热塑性塑料和热固性塑料。(　　) (2)高压法聚乙烯比低压法聚乙烯的熔点高、密度大。(　　) (3)酚醛树脂由和HCHO发生加聚反应制得，可用作电工器材。(　　) (4)棉花、羊毛、黏胶纤维和聚酯纤维均为化学纤维。(　　) (5)顺式聚1，3­丁二烯是线型结构，具有较好的弹性。(　　) (6)丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分。(　　) (7)高吸水性树脂加交联剂使其由网状结构变为线型结构，利于吸水和耐挤压。(　　) (8)高分子分离膜用于污水、工业废液处理和海水淡化等。(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√ 2．下列说法不正确的是(　　) A．聚硫橡胶具有良好的耐严寒、耐高温的性能 B．合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃等为单体聚合而成的高分子 C．天然橡胶分子中含有碳碳双键，能发生加成反应 D．硫化橡胶遇汽油能发生溶胀现象 答案　A 3.下列材料中，属于功能高分子材料的是(　　) ①高分子分离膜　②生物高分子材料　③导电高分子材料　④离子交换树脂　⑤医用高分子材料　⑥高吸水性树脂 A．仅①③⑤⑥ B．仅②③⑤⑥ C．仅②③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 答案　D 4．关于功能高分子材料的下列说法中，不正确的是(　　) A．离子交换树脂主要用于分离和提纯，如硬水的软化、回收工业废水中的金属等 B．婴儿用的“尿不湿”的主要成分是具有强吸水性的树脂 C．导电塑料应用于电子工业，可用来制造电子器件 D．医用高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到与生物相容的程度 答案　D 解析　医用高分子材料一般具有优异的生物兼容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻要求。 知识点　高分子的结构与性质 1．高分子结构的类型与性质 分类 线型高分子 网状高分子 结构 线型结构 支链型结构 网状结构 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、可制成薄膜、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 酚醛树脂、硫化橡胶 2.有机高分子的化学性质 (1)与结构的关系：结构决定性质，高分子的化学反应主要取决于结构特点、官能团与基团之间的影响。如碳碳双键易氧化和加成，酯基易水解、醇解，羧基易发生酯化、取代等反应。 (2)常见的有机高分子化学反应 ①降解：在一定条件下，高分子材料降解为小分子。如有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)热解为甲基丙烯酸甲酯；聚苯乙烯用氧化钡处理，能分解为苯乙烯。常见的高分子降解方法有：生物降解、化学降解、光降解等。 ②橡胶硫化：天然橡胶 ()经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键(—S—)或双硫键 (—S—S—)，把线型结构变为网状结构。 ③催化裂化：塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃气体等。 [练1]　交联聚合物P的结构片段如图所示(图中表示链延长)。下列说法不正确的是(　　) A．P中有酯基，能水解 B．合成P的反应为缩聚反应 C．制备P的原料之一丙三醇可由油脂水解获得 D．邻苯二甲酸和乙二醇也可聚合成类似P的交联结构 答案　D 解析　由X与Y的结构可知，X与Y直接相连构成了酯基，酯基能在酸性或碱性条件下水解，A正确；聚合物P为聚酯，合成P的反应不仅生成了高分子P，还有小分子水生成，所以合成P的反应为缩聚反应，B正确；油脂为高级脂肪酸甘油酯，则水解可生成甘油(丙三醇)，C正确；邻苯二甲酸和乙二醇发生缩聚反应生成直链结构的高分子，不能形成类似聚合物P的交联结构，D错误。 [练2]　橡胶树是热带植物，在我国海南已大面积种植。从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的成分是聚异戊二烯，其结构简式为。 请回答下列问题： (1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是______________________，天然橡胶加入适量的硫进行硫化后，其结构由________变成________，因而硫化橡胶________(填“能”或“不能”)溶于汽油。 (2)天然橡胶的单体是一种无色液体，将该无色液体加入溴水中，溴水________(填“能”或“不能”)褪色。 答案　(1)天然橡胶是线型结构　线型结构　网状结构　不能 (2)能 解析　(1)从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型结构的高分子，能溶于汽油等有机溶剂，天然橡胶硫化后，引入的硫原子使高分子链发生交联，形成网状结构，故硫化橡胶不能溶于汽油。 [练3]　(1)已知聚苯乙烯为线型结构的高分子。试推测：聚苯乙烯________(填“能”或“不能”)溶于CHCl3，具有________(填“热塑”或“热固”)性。 (2)已知环氧化合物在一定条件下可以发生加成反应，如：。 环氧树脂具有高度黏合力，广泛用作黏合剂。环氧树脂的合成过程如图所示： 请在下面相应的横线处填写单体A、B与环氧树脂C的结构简式： A．_________________________________________， B.__________________________________________， C.__________________________________________。 答案　(1)能　热塑 (2)　 易错警示 (1)功能高分子材料与通用高分子材料在本质上并没有区别，它们只是相对而言。 ①从组成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素组成； ②从合成反应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成； ③从结构看，都分为线型结构、支链型结构和网状结构。 (2)它们的重要区别在于功能与性能上，与通用高分子材料相比，功能高分子材料的性能更优异，往往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．工业上以煤、石油和天然气为原料，生产三大合成材料——塑料、合成橡胶和合成纤维。下列有关说法错误的是(　　) A．淀粉、纤维素、蔗糖等都属于天然高分子 B．塑料、合成橡胶和合成纤维属于合成高分子 C．石油裂解得到的乙烯、丙烯等是生产合成材料的基本原料 D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类 答案　A 解析　蔗糖不属于高分子，A错误。 2．下列说法正确的是(　　) A．尼龙是一种合成纤维 B．涤纶是加聚反应的产物 C．乙醛不能作为缩聚反应的单体 D．橡胶的老化实质上发生的是酯化反应 答案　A 解析　尼龙是一种合成纤维，它的单体是己二酸和己二胺；涤纶是缩聚反应的产物；酚醛树脂的单体是酚类和醛类；橡胶的老化是由于其高分子链中的不饱和键被氧化。 3．复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，这样可发挥每一种材料的长处，并避免其弱点。下列物质中不属于复合材料的是(　　) ①聚苯乙烯树脂　②铝塑管　③涤棉织品　④纯棉内衣 A．①③ B．①④ C．②③ D．③④ 答案　B 解析　聚苯乙烯树脂是以苯乙烯为单体的高聚物；纯棉内衣的主要成分是纤维素，不符合复合材料的定义。 4．下列对合成材料的认识不正确的是(　　) A．高分子链之间靠分子间作用力结合，因为分子间作用力弱，高分子材料强度较小 B．的单体是和 C．聚乙烯(CH2—CH2)是由乙烯加聚生成的 D．塑料的主要成分是合成树脂 答案　A 解析　高分子材料的强度一般都较大，如链间以二硫键结合成网状结构的顺丁橡胶有较大强度。 5．高聚物L是一种来源于生物学灵感的新型黏合剂，其原料取材于植物和贻贝。下列关于高聚物L的说法中不正确的是(　　) A．单体之一为 B．在一定条件下能发生水解反应 C．1 mol L最多可与3 mol H2发生加成反应 D．生成1 mol L的同时，会有(x＋y－1) mol H2O生成 答案　C 解析　生成高聚物L的反应类型为缩聚反应，单体是与，A正确；根据L的结构简式可知，L中含有酯基，因此在一定条件下可以发生水解反应，B正确；L中能与H2发生加成反应的结构是苯环，1 mol L中含有x mol苯环，因此1 mol L最多与3x mol H2发生加成反应，C错误；根据原子守恒可知，生成1 mol L时生成H2O的物质的量为(x＋y－1)mol，D正确。 6．在国际环境问题中，使用一次性聚苯乙烯材料带来的“白色污染”极为严重，因为这种材料难分解，处理麻烦。科学家研制出了一种新材料能代替聚苯乙烯，它是由乳酸缩聚而成，能在乳酸菌的作用下降解而消除对环境的污染。下列关于聚乳酸的说法正确的是(　　) A．聚乳酸是一种纯净物 B．聚乳酸在碱性条件下可以稳定存在 C．聚乳酸的单体是 D．其聚合方式与聚苯乙烯的聚合方式相同 答案　C 解析　高聚物都是混合物，因而聚乳酸也是一种混合物；聚乳酸中含有—COOR和—COOH，因而聚乳酸不可以在碱性条件下稳定存在；合成聚乳酸的单体是，它是经缩聚得到的，与苯乙烯经加聚得到聚苯乙烯的聚合方式不同。 7．合成高分子材料PC的反应： 下列说法不正确的是(　　) A．PC含有酯基 B．合成PC的反应为缩聚反应 C．与互为同系物 D．1 mol 最多能与2 mol NaOH完全反应 答案　C 解析　同系物需要两者结构相似且官能团种类、数目相同，这两种有机物结构不相似且官能团个数不同，不是同系物，C错误。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 8．关于下列三种常见高分子材料的说法正确的是(　　) A．顺丁橡胶、涤纶和酚醛树脂都属于合成高分子材料 B．顺丁橡胶的单体与反­2­丁烯互为同分异构体 C．涤纶是对苯二甲酸和乙二醇通过缩聚反应得到的 D．酚醛树脂的单体是苯酚和甲醇 答案　AC 解析　顺丁橡胶的单体是1，3­丁二烯，与反­2­丁烯的分子式不同，二者不互为同分异构体，B错误；酚醛树脂的单体是苯酚和甲醛，D错误。 9．维纶(聚乙烯醇缩甲醛纤维)可用于生产服装、绳索等。其合成路线如下： 下列说法不正确的是(　　) A．反应①是缩聚反应 B．高分子A的链节中含有一种官能团 C．通过质谱法测定高分子B的平均相对分子质量，可得其聚合度 D．反应③的化学方程式为： 答案　AD 解析　发生加聚反应生成A()，A错误；由A的结构可知，A的链节中只含有酯基一种官能团，B正确；由题可知，A在发生水解后生成B()，对于聚合物，其平均相对分子质量＝链节的相对质量×聚合度，C正确；由题可知，维纶的结构为，维纶是由聚乙烯醇和甲醛缩聚而来，聚乙烯醇的结构为，因此，每生成一个维纶的链节需要2个聚乙烯醇的链节和1分子甲醛发生缩合，脱去1分子水；所以反应的方程式为，D错误。 10．聚乙烯胺可用于合成染料Y，增加纤维着色度，乙烯胺(CH2===CHNH2)不稳定，所以聚乙烯胺常用聚合物X水解法制备。下列说法错误的是(　　) A．聚合物X在酸性或碱性条件下发生水解反应后的产物相同 B．测定聚乙烯胺的平均相对分子质量，可得其聚合度 C．乙烯胺与CH3CH===NH互为同分异构体 D．聚乙烯胺和R—N===C===S合成聚合物Y的反应类型是加成反应 答案　A 解析　聚合物X在碱性条件下水解成和HCOO－，在酸性条件下水解成和HCOOH，A错误。 11．下面所示的某聚酰胺树脂是波音飞机材料中的一种，具有较好的耐热性、耐水性。则下列说法正确的是(　　) A．碳纤维复合材料中，碳纤维是增强材料，该树脂是基体材料 B．复合材料是未来材料发展的趋势，因此应该停止对金属材料的研究 C．该树脂中所有碳原子可能共平面 D．该树脂可以由单体和通过加聚反应得到 答案　A 解析　B项，复合材料不是唯一的发展方向，不应停止对金属材料的研究；C项，该树脂中的N原子为sp3杂化，所有碳原子不可能共平面；D项，该树脂是缩聚产物，反应中有小分子水生成。 三、非选择题 12．(2023·石家庄市高三教学质量检测)E和J均为生活中常用的高分子化合物，二者可由如下路线合成。 (1)B的化学名称为__________________。 (2)C的结构简式为__________________。 (3)D→E的化学方程式为_______________________________ _______________________________。 (4)G中含有的官能团名称为____________________________；I→J的反应类型为__________________。 (5)已知羟基直接与碳碳双键相连的结构不稳定，H的同分异构体中与其所含官能团类型完全相同的还有________种(不考虑立体异构)；其中核磁共振氢谱峰面积之比为3∶3∶1∶1∶1∶1的同分异构体的结构简式为_________________ _____________________。 (6)参照上述合成路线，以2­丙醇和乙炔为主要原料，设计合成的路线(无机试剂任选)。 答案　(1)丙烯或1­丙烯　 (2) (3) (4)碳碳三键和羟基　加聚反应或加成聚合反应 (5)12　CH3CH===CHCHOHCH3 (6) 解析　由A、B的结构简式、C的分子式及D和F的结构可推出C的结构简式为，由J的结构简式和I的分子式可推出I的结构简式为H2C===CH—C(CH3)===CH2，结合F的结构简式和G的分子式以及转化条件可推出G的结构简式为HC≡CC(OH)(CH3)2，则H的结构简式为H2C===CHC(OH)(CH3)2。 (5)H的同分异构体可以看成是C5H10的取代产物，又羟基直接与碳碳双键相连的结构不稳定，H的同分异构体中与其所含官能团类型完全相同，故符合条件的同分异构体有CH2===CHCHOHCH2CH3、 CH2===CHCH2CHOHCH3、 CH2===CHCH2CH2CH2OH、 HOCH2CH===CHCH2CH3、 CH3CH===CHCHOHCH3、 CH3CH===CHCH2CH2OH、 CH2===C(CH2OH)CH2CH3、 CH2===C(CH3)CHOHCH3、 CH2===C(CH3)CH2CH2OH、 HOCH2C(CH3)===CHCH3、 (CH3)2C===CHCH2OH、 HOCH2CH(CH3)CH===CH2，共12种；其中核磁共振氢谱峰面积之比为3∶3∶1∶1∶1∶1的同分异构体的结构简式为CH3CH===CHCHOHCH3。 (6)先由催化氧化生成，再由与乙炔反应生成，与氢气加成即可得到产物。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$