第3章 第3节 第2课时 高分子化学反应 合成高分子材料-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（鲁科版2019）

第2课时　高分子化学反应　合成高分子材料 核心素养 学业要求 科学探究与创新意识 从高分子化合物所含官能团的角度，了解通过高分子化学反应可以合成带有特定功能基团的新的高分子化合物，理解高分子材料结构与性质的关系。 1.能举例说明塑料、合成橡胶、合成纤维的组成与结构特点，以及它们在材料领域的作用。 2．能参与材料选择与使用、垃圾处理、环境保护等社会热点讨论，并作出科学判断、评价和决策。 宏观辨识与微观探析 通过在生产、生活中的应用，了解新型高分子材料优异的性能，知道高分子材料对环境的污染。 高分子化学反应 1．概念 高分子化学反应是有高分子化合物参与的化学反应。 2．应用 将已有的天然或合成高分子转变为新的高分子。 3．目的 (1)为高分子带来某种特定的功能或性质，或者是得到一种全新的高分子化合物。 (2)合成不能直接通过小分子物质聚合而得到的高分子化合物。如由聚醋酸乙烯酯与甲醇在一定条件下反应可制得聚乙烯醇。 。 4．类型：聚合度变大、变小和不变的反应。 (1)将聚丁二烯橡胶溶解在苯乙烯中，并引发苯乙烯聚合，实现了高分子聚合度的变大，得到具有高抗冲击性能的聚苯乙烯。 (2)高分子化合物可以在力、热、光、化学物质、水或微生物等作用下降解，发生聚合度变小的反应。 (3)聚苯乙烯的苯环上可以发生磺化反应，化学方程式为。这一过程只是高分子链上某些原子或原子团的化学变化，高分子链的聚合度并没有发生变化。 合成高分子材料 1．合成高分子材料 (1)概念 ①合成高分子材料：以合成高分子化合物为基本原料，加入适当助剂(包括填料、增塑剂、颜料、发泡剂等)，经过一定加工过程制成的材料。 ②树脂：凡是人工合成的、未经加工处理的任何聚合物都称为树脂，其是三大合成材料的主要成分。 (2)常见的合成高分子材料 ①塑料：塑料通常是由树脂及各种助剂组成的。 ②涂料：涂料是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，起到美化和保护内部物体的作用。 ③黏合剂：目前使用的黏合剂的主要成分是各种树脂。 2．功能高分子材料 (1)概念 功能高分子材料一般在高分子链的主链、侧链或交联网络的内部或表面含有某种功能性基团，使它们除了具有一般高分子的力学性能外，还具有特殊物理、化学或生物等功能。 (2)制备方法 ①将功能性基团通过某种反应或作用连接到已有的高分子中。 ②将含有功能性基团的单体进行聚合。 (3)分类 (4)实例 ①离子交换树脂 离子交换树脂主要用于物质的分离和提纯。离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 ②医用高分子 最早使用的医用高分子是聚乳酸，目前，常见的医用高分子包括硅橡胶()、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。它们的生物相容性较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)聚丙烯可使酸性KMnO4溶液褪色。(　　) (2)所有的高分子材料都有一定的弹性。(　　) (3)天然橡胶的成分为聚异戊二烯，它属于合成高分子材料。(　　) (4)功能高分子材料具有传统高分子材料的机械性能和某些特殊功能。(　　) (5)高分子分离膜用于污水、工业废水处理和海水淡化等。(　　) (6)线型PAA()具有高吸水性，与—COONa有关。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√ 2．有机高分子种类繁多，应用广泛。下列有关高分子的说法不正确的是(　　) A．黏胶纤维是用木材、秸秆等富含纤维素的物质经化学变化后制成的合成纤维，其中的长纤维一般称为人造丝，短纤维称为人造棉，都可用于纺织工业 B．聚苯乙烯(PS)绝缘性好、耐化学腐蚀、无毒，可制成日常用品、绝缘材料；还可制成泡沫塑料用于防震、保温、隔音 C．高密度聚乙烯(HDPE)是乙烯在较低压力、温度下发生加聚反应合成的一种支链较少、密度和软化温度较高的有机高分子，常用于生产瓶、桶、板、管等 D．脲醛树脂(UF)是由甲醛和尿素发生缩聚反应制成的一种具有线型或网状结构的有机高分子，可用于生产木材黏合剂、生活器具和电器开关 答案　A 解析　黏胶纤维是用木材、秸秆等富含纤维素的物质经化学变化后制成的人造纤维，故A错误。 3．下列有关功能高分子材料用途的叙述中不正确的是(　　) A．高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠 B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质 C．医用高分子可用于制造医用器械和人造器官 D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水淡化 答案　D 解析　聚乙炔膜属于导电高分子材料，主要用于电子器件。 4．硅橡胶是一种医用高分子材料，用于制造人造心脏、人造乳房、人造肌肉、人造皮肤等，它具有良好的生物相容性和稳定性，有足够的机械强度，而且易于加工、消毒，是一种耐高温橡胶，它是由二甲基二氯硅烷经过两步反应制得的： (1)上述合成反应的反应类型是________反应和________反应。 (2)反应的化学方程式分别为________________________________________ _______、_____________________________________________________________。 答案　(1)取代(或水解)　缩聚 (2) (n－1)H2O 探究　功能高分子材料 1．功能高分子材料的比较 常见功能高分子材料 主要功能 主要应用 高分子膜 高分子分离膜 选择性地允许某些物质通过 ①废水处理； ②海水淡化； ③浓缩果汁、乳制品加工、酿酒等 高分子传感膜 把化学能转换成电能 ①发电； ②开发新型电池 高分子热电膜 把热能转换成电能 ①发电； ②开发新型电池 医用高分子材料 ①具有优异的生物相容性； ②具有某些特殊功能 人造器官 2.离子交换树脂 (1)离子交换树脂是通过普通高分子化合物的化学反应制得的，最常用的树脂母体是苯乙烯和二乙烯基苯的交联聚合物。 (2)分类 (3)作用：用于高纯水、软水的制备及工业废水的处理。 3．医用高分子 (1)医用高分子材料可用于制作医疗部件或装置，也可用于诊断治疗或代替人体的组织和器官。 (2)分类 1．下列物质不属于功能高分子材料的是(　　) A．高分子分离膜 B．液晶高分子材料 C．生物高分子材料 D．有机玻璃 答案　D 解析　有机玻璃不具备功能高分子材料所具有的特殊功能，因而不属于功能高分子材料。 2．下列关于功能高分子材料的说法不正确的是(　　) A．在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能 B．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子链上再接入含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力 C．以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到链状的树脂 D．功能高分子材料的优异性能在通信、交通、航空航天、医疗、医药等许多领域发挥了重要作用 答案　C 解析　以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到网状结构的树脂，具有较高的强度、韧性及化学稳定性，C错误。 本课小结 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．角膜接触镜俗称隐形眼镜，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，下列有关该材料的说法不正确的是(　　) A．该材料是通过加聚反应得到的产物 B．该材料在一定条件下能发生水解反应 C．该材料的单体是 D．该材料分子的聚合度是n 答案　C 解析　该材料的单体是CH2==CHCOOCH2CH2OH，C错误。 2．高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，下列应用不属于高分子分离膜的应用范围的是(　　) A．分离工业废水，回收废液中的有用成分 B．食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒 C．将化学能转换成电能，将热能转换成电能 D．海水淡化 答案　C 3．下列高聚物经简单处理可以由线型结构变成体型结构的是(　　) A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 答案　B 解析　有机高分子材料中若含有易反应的官能团，在一定条件下使官能团发生反应，高分子链之间将形成化学键，从而形成网状结构，其线型结构就可变成体型结构。 4．用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨钉的原料是(　　) A．CH2==CH—CH2Cl B．CH2==CH—COOH C．CH3—CH(OH)—COOH D．H2N—CH2—COOH 答案　C 5．下列关于功能高分子材料的说法错误的是(　　) A．硅橡胶属于生物非降解型的医用高分子材料 B．软水的制备及工业废水的处理通常会用到离子交换树脂 C．用于制造CPU芯片的良好半导体材料属于功能高分子材料 D．高分子半导体材料主要用于聚合物电致发光二极管中 答案　C 解析　用于制造CPU芯片的半导体材料是单晶硅，属于无机非金属材料。 6．交联聚合物P的结构片段如图所示。[图中表示链延长，R为—(CH2)n—] 下列说法不正确的是(　　) A．聚合物P难溶于水，但有高吸水性 B．合成聚合物P的反应为加聚反应 C．聚合物P的单体之一存在顺反异构现象 D．1，4­戊二烯与丙烯共聚也可形成类似聚合物P骨架的交联结构 答案　C 解析　聚合物P中虽然含有—COONa结构，但由于碳原子数较多，所以难溶于水，由于—COONa有强极性，所以聚合物P有高吸水性，故A正确；聚合物P的高分子链全部为碳原子，所以合成聚合物P的反应为加聚反应，故B正确；根据聚合物P的结构可知，合成聚合物P的单体为CH2==CH—R—CH==CH2和CH2==CH—COONa，不存在顺反异构现象，故C错误；1，4­戊二烯、丙烯与聚合物P的单体结构相似，能形成类似交联结构，故D正确。 7．X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为，已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2和CH3COOH三种单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有(　　) ①加成反应　②取代反应　③缩聚反应　④加聚反应　⑤酯化反应 A．①④⑤ B．①④ C．①②④ D．①②③ 答案　B 8．下列有关橡胶的叙述正确的是(　　) A．从废轮胎上刮下的橡胶粉末可溶于有机溶剂 B．天然橡胶的成分是顺式聚异戊二烯()，能溶于汽油 C．天然橡胶()和杜仲胶()互为同分异构体 D．硅橡胶()属于无机橡胶，是无机高分子化合物 答案　B 解析　轮胎上刮下的橡胶为硫化橡胶，其结构为网状结构，不溶于有机溶剂；天然橡胶是线型结构，可溶于汽油；天然橡胶和杜仲胶二者的单体互为顺反异构体；硅橡胶为合成橡胶中的特种橡胶，属于有机高分子。 9．在卤水精制中，纳滤膜对Ca2＋、Mg2＋有很高的脱除率。一种网状结构的纳滤膜J的合成路线如图(图中表示链延长)。 已知： 下列说法不正确的是(　　) A．合成J的反应为缩聚反应 B．MPD的核磁共振氢谱有3组峰 C．J具有网状结构与单体TMC的结构有关 D．J有亲水性可能与其存在正负离子对有关 答案　B 解析　对比有机物的结构可知，MPD的结构简式为，分子中有4种化学环境不同的氢原子，即MPD的核磁共振氢谱中有4组峰，故B错误。 二、非选择题 10．常用作风信子等香精的定香剂D以及可用作安全玻璃夹层的高分子化合物PVB的合成路线如下： 已知： Ⅰ.RCHO＋R′CH2CHO ＋H2O(R、R′表示烃基或氢原子) Ⅱ.醛与二元醇(如乙二醇)可生成环状化合物： (1)A的核磁共振氢谱有两组峰，则A的名称是________。 (2)A与合成B的化学方程式为__________________________ _________________________________。 (3)C为反式结构，由B还原得到，则C的结构简式为__________________ _____________________________。 (4)E能使Br2的CCl4溶液褪色。N由A经反应①～③合成。 a．①的反应试剂和条件是__________。 b．②的反应类型是________________。 c．③的化学方程式是______________________________________________。 (5)PVAc由一种单体经加聚反应得到，该单体的结构简式是______________。 (6)碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是________________________ __________________________________________________________________。 答案　(1)乙醛 (2) (3) (4)a.稀NaOH，加热　b．加成(或还原)反应 c．2CH3(CH2)2CH2OH＋O22CH3(CH2)2CHO＋2H2O (5)CH3COOCH==CH2 (6) ＋nNaOH ＋nCH3COONa 解析　(4)由PVB的结构可知，其是N与PVA发生已知信息Ⅱ中的反应生成的，逆向分析可知，N为CH3CH2CH2CHO，则PVA为，故A到E增长了碳链。同时E还可使溴的四氯化碳溶液褪色，可知E中存在碳碳双键，则两分子CH3CHO发生已知信息Ⅰ中的反应，生成的E为CH3CH==CHCHO，F为CH3CH2CH2CH2OH，N为CH3CH2CH2CHO。 (5)C为醇，C＋MD(C11H12O2)＋H2O，此反应为酯化反应，则M为酸且为CH3COOH，结合PVA的结构简式可以推出PVAc的单体是CH3COOCH==CH2。 11．树脂交联程度决定了树脂的成膜性。下面是一种成膜性良好的醇酸型树脂的合成路线： (1)B的分子式为C4H7Br，且B不存在顺反异构，B的结构简式为____________________________，A→B的反应类型是________。 (2)E中含氧官能团的名称是________，D的系统命名为________________。 (3)下列说法正确的是________(填字母)。 A．1 mol化合物C最多消耗3 mol NaOH B．1 mol化合物E与足量银氨溶液反应产生2 mol Ag C．F不会与新制Cu(OH)2悬浊液反应 D．丁烷、1­丁醇、化合物D中沸点最高的是丁烷 (4)写出D、F在一定条件下生成醇酸型树脂的化学方程式：______________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5) 符合下列条件的同分异构体有________种。 ①苯的二取代衍生物 ②遇FeCl3溶液显紫色 ③可发生消去反应 答案　(1)CH3CHBrCH==CH2　取代反应 (2)醛基　1，2，3­丁三醇　(3)A (4) ＋(2n－1)H2O (5)6 解析　结合合成路线图，可推知A为CH3CH2CH==CH2、B为CH3CHBrCH==CH2、C为CH3CHBrCHBrCH2Br、D为、E为、F为。 (5) 的同分异构体需要满足条件：①苯的二取代衍生物，说明苯环上含有两个取代基；②遇FeCl3溶液显紫色，说明分子中含有酚羟基；③可发生消去反应，说明苯环上的取代基为—OH、—CH2CH2OH或—OH、—CH(OH)CH3，两个取代基在苯环上有邻、间、对三种位置关系，所以符合条件的同分异构体有6种。 12．神舟十四号载人飞船的成功发射，标志着我国的航天航空事业达到了国际先进水平。具有高度自主产权的宇航员舱外航天服，具备高强度、耐高温、抗撞击、防辐射等特性，为宇航员的出舱活动提供了保障。这种宇航服的材料中含有聚酰胺­1010，其结构简式为。其中部分制备流程可表示如图： 最后通过G与J合成聚酰胺­1010。 已知：①RCNRCOOH ②2R1OOCR2COOHR1OOCR2—R2COOR1＋2CO2＋H2↑ 回答下列问题： (1)A→B的反应类型为________。 (2)D的化学名称是________。 (3)D共有5种同分异构体(不含立体异构)符合条件：①分子内含有2个—CH3；②能与NaHCO3溶液反应放出CO2；③能发生水解反应；④能发生银镜反应。下列给出其中4种同分异构体中，核磁共振氢谱有5组峰(或5种不同化学环境的氢)的是________(填选项序号)，写出最后一种同分异构体(Ⅴ)的结构简式：________________。 (4)E中的含氧官能团名称是________。 (5)F→G的第一步的化学方程式为________________________。 (6)芳香族聚酰胺纤维如芳纶­1414()也可用作舱外航天服材料。 写出以对二甲苯()为原料合成制备芳纶­1414的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用，合成路线示例见本题题干)。 已知：酰胺在碱性次卤酸盐条件下可发生Hofmann降解反应：R—CONH2RNH2 答案　(1)加成反应　 (2)己二酸　 (3)(Ⅰ)(Ⅱ)　 (4)羧基、酯基 (5)H3COOC(CH2)8COOCH3＋2NaOHNaOOC(CH2)8COONa＋2CH3OH (6) 解析　乙炔和HCN发生加成反应生成B，B发生二聚并还原得到C，C发生水解得到D[HOOC—(CH2)4—COOH]；D与甲醇发生酯化反应生成E，由E的分子组成可知D中只有1个羧基与甲醇发生酯化，则E为HOOC—(CH2)4—COOCH3，E发生信息中反应②生成F，F为CH3OOC(CH2)8COOCH3，F发生酯的碱性水解再经酸化得到G，G为HOOC(CH2)8COOH，G与氨气在加热条件下反应生成H，H为H2NOC(CH2)8CONH2，H脱水生成I，I与氢气发生加成反应生成J，J为H2N(CH2)10NH2。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$