5.2.1 通用高分子材料 教学设计-2024-2025学年人教版（2019）高二化学选择性必修3

教学设计 课题 第5章 合成高分子 第二节 高分子材料 第1节 通用高分子材料 授课类型 新授课 授课对象 授课时间 高中 课时 1课时 教材 选择性必修3（人教版） 教材分析 本课时教材安排在高分子基本合成方法和结构特点之后，以聚乙烯、酚醛树脂、 聚酯纤维、聚酰胺纤维和顺丁橡胶为代表物，依次介绍塑料、合成纤维、合成橡胶三大合成材料。教材对比高压法聚乙烯和低压法聚乙烯的性质，从线型和支链型结构的角度分析分子间作用力对材料性质和用途的影响；对比聚乙烯与酚醛树脂，顺丁橡胶和硫化橡胶的结构与性质，说明线型结构与网状结构对材料性能和用途的影响。通过这些具体事例，进一步阐释材料结构、性质和用途之间的关系，从而培养学生的宏观辨识与微观探析的核心素养。 学情分析 在初中和高中必修教材都常识性介绍了高分子材料，已经具备有机化学相关知识。但前面限于学生的知识基础，并未涉及高分子材料的微观本质。本节安排在整个有机模块的最后，，能够让学生综合运用多方面知识，从微观结构的层次来分析和认识高分子材料的组成、合成方法和性质。 教学目标 1.认识塑料和合成纤维的组成和结构特点； 2.通过对比分析线型、支链和网状结构对材料性质的影响，了解高分子与有机小分子的主要不同之处； 3.认识到化学反应是可以控制的，条件不同产物不同。 教学重点、难点 重点: 橡胶与功能高分子材料的结构与应用 难点：橡胶的硫化和高吸水性树脂的生产原理 核心素养 1. 宏观辨识与与微观探析：了解功能高分子材料的结构特点和重要性能。 2. 科学态度与社会责任:了解合成高分子在高新技术领域的应用以及在发展经济、提高生活质量方面中的贡献。 教学方法和手段 PPT 演示、 教学过程(表格描述) 教学环节 主要教学活动 设置意图 导入 新课 展示生活中的塑料、纤维和合成橡胶，让学生感知生活的合成材料。 讲授 新课 【讲解】高分子材料按用途和性能可分为通用高分子材料（包括塑料、合成纤维、合成橡胶、粘合剂、涂料等）和功能性高分子材料（包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等）等类别。我们本节课所要学习的是通用高分子材料。 【PPT展示】 一、合成材料的分类 1.概念：相对分子质量很大，达到几万甚至几千万的有机化合物（≥10000），简称为高分子或聚合物。 2.分类 (1)按来源分:天然高分子、合成高分子 (2)按结构分:线型高分子、体型高分子 (3)按性质分:热塑性高分子、热固性高分子 3.基本性质 (1)溶解性 线型高分子:不溶于水,能溶解在适当的溶剂里。 体型高分子:不溶于任何溶剂,只能发生一定程度的溶胀。 (2)热塑性和热固性 线型高分子:具有热塑性，在一定温度范围内可软化、熔化，冷却时又硬化(如聚乙烯塑料)。 体型高分子:具有热固性，加热后不能熔化，只能裂解(如酚醛树脂即电木)。 (3)高分子材料强度大、电绝缘、不耐高温,易燃烧。 二、塑料 1.主要成分是合成树脂，还可加入各种加工助剂。 树脂：未经加工处理的，没有与添加剂混合的聚合物 合成树脂 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂等。 加工助剂 提高柔韧性：增塑剂 防止老化：防老剂 提高柔韧性：热稳定剂 着色剂 【提问】为什么废品回收站，收购矿泉水瓶，洗衣液等塑料制品，不收购锅盖手柄、插线板等塑料制品呢？ 【学生】小组讨论交流，小组代表展示讨论结果。 【教师】点评并讲述原因，展示塑料的分类。 【PPT展示】 2.塑料的分类 热塑性塑料 如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等；加热软化，冷却硬化，可反复加工，多次使用。 热固性塑料 如酚醛树脂（电木）、脲醛树脂等；不能加热熔化，只能一次成型。 【提问】食品保鲜膜塑料和洗衣液塑料桶，都是以聚乙烯为原料，为什么合成的塑料性能不能呢？ 【学生】小组讨论交流，小组代表展示讨论结果。 【教师】点评、完善。 【过渡】合成工艺决定高分子材料的结构，高分子材料的结构决定其他材料的性能，性能决定用途。 【学生】阅读教材，对比学习高压法聚乙烯和低压法聚乙烯，小组讨论交流，归纳总结。 【讲解并PPT展示】 (1)聚乙烯 按合成方法分类： ①高压法聚乙烯： 在较高压力与较高温度，并在引发剂作用下，使乙烯发生加聚反应得到的，含有较多支链，密度和软化温度较低，属于低密度聚乙烯(LDPE) ②低压法聚乙烯： 在较低压力和温度下，用催化剂使乙烯发生加聚反应得到的，支链较少，密度和软化温度较高，属于高密度聚乙烯(HDPE) 【思考与讨论】 同为聚乙烯制品，为什么性质差别如此之大呢？ 【学生】认真思考，随机点名回答。 【教师】评价、补充。 【PPT展示】 聚乙烯分子结构与软化温度、密度的关系： 低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比高密度聚乙烯的小；相反，高密度聚乙烯的支链较少，链之间易于接近，相互作用力较大。所以高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点低、密度也低。 高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比 两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融，也可溶于某些溶剂中。 通过改进聚合反应的催化剂，现已得到超高相对分子质量的聚乙烯，其具有高强度和高耐磨性，使用温度范围广，耐化学腐蚀，可用于制造防弹服、防弹头盔、绳缆等。 【学生】阅读教材【科学、技术、生活】——聚氯乙烯薄膜能用于食品包装吗？ 【PPT展示】 聚氯乙烯薄膜能用于食品包装吗？ 聚氯乙烯本身较硬，需加入增塑剂提高其塑料制品的可塑性。增塑剂在常温下会“逃逸”出来，使柔软的塑料制品逐渐变硬，有的增塑剂还有一定毒性。所以，不能用含增塑剂的聚氯乙烯薄膜生产食品包装材料。 【提问】什么是酚树脂呢？ 【学生】明确实验5-1的内容，观看实验视频——酚醛树脂的制备，根据实验现象和结论，思考实验原理。 【教师】点评并展示。 【PPT展示】 （2）酚醛树脂 ①定义：酚醛树脂是用酚(如苯酚或甲苯酚等)与醛(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。 ②酚醛树脂的性质特点和用途 具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于一般溶剂。 酚醛树脂主要用作绝缘（开关、灯头）、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。可用于烹饪器具的手柄，一些电器与汽车的零部件，火箭发动机、返回式卫星和宇宙飞船外壳等的烧蚀材料。 ③尿素(H2NCONH2)可以与甲醛发生反应，最终缩聚成具有线型或网状结构的脲醛树脂。脲醛树脂可用于生产木材黏合剂、生活器具和电器开关。 尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式为： 【过渡】纤维是人们生活中的必需品。棉花、羊毛、蚕丝和麻等是大自然赋予人们的天然纤维；合成纤维创立于20世纪30年代。合成纤维性能优异，用途广泛，而且生产条件可控，原料来源丰富，不受自然界条件影响。 【学生】阅读教材，小组讨论总结合成纤维的分类、性能及用途，小组代表回答。 【教师】点评、补充。 【PPT展示】 三、合成纤维 1.分类： 天然纤维 棉花、羊毛、蚕丝、麻、木材、秸秆 化学纤维 再生纤维：以木材、秸秆等农副产品为原料，经过一系列的化学处理和机械加工而制得的纤维 合成纤维：以石油、天然气、煤和农副产品等为原料加工制得单体，经聚合反应制成的纤维 如“六大纶”：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶 2.合成纤维的性能和应用 （1）优点：强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖 （2）缺点：吸湿性和透气性明显不及天然纤维(维纶吸湿性较好，且有“人造棉花”的美称) （3）改性方法：将天然纤维和合成纤维混合纺织，使它们的性能互补得以改善 （4）应用：工业用隔音、隔热、绝缘材料 渔业用的渔网、缆绳 医疗用的缝合线、止血棉 航空航天用的降落伞、航天服等 【学生】阅读教材，思考常见的两种合成纤维（聚酯纤维和聚酰胺纤维）的制备方法及用途是什么，随机点名回答。 【教师】点评并补充。 【PPT展示】 3.重要的合成纤维 （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。其合成反应为： 性能：涤纶纤维的强度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得改进。 （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。聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66,两个数字6分别代表二胺和二酸分子中所含碳原子的个数) 聚己二酰己二胺不溶于普通溶剂，熔化温度高于260℃,拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨性和强度较大。 【总结】20世纪40年代前后，使用尼龙生产的丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等产品陆续问世。此后，人们开始生产又6-氨基己酸合成的锦纶6、由癸二酸和癸二胺合成的锦纶1010等脂肪族聚酰胺纤维（锦纶），以及耐高温、高强度的芳香族聚酰胺纤维。 【过渡】橡胶是一类具有弹性的物质，在外力作用下，橡胶的形状会发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状。橡胶广泛应用于工业、农业、国防、交通及日常生活的方方面面。 【学生】阅读教材，思考橡胶是如何分类的，随机点名回答。 【教师】点评并补充。 【PPT展示】 四、合成橡胶 在耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀、耐老化等方面各有其优势。 橡胶的相对分子质量比大多数塑料和合成纤维的都要高，一般在105~106。 1.常见的合成橡胶——顺丁橡胶 （1）结构特点：顺丁橡胶中存在碳碳双键，分子呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。易加成也易被氧化，所以盛放酸性高锰酸钾、溴水、浓硝酸、浓硫酸等试剂瓶的塞子不能用橡胶塞。 （2）顺丁橡胶的硫化 将顺丁橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的碳碳双键打开，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顺丁橡胶。 注意：橡胶的硫化交联程度不宜过大，否则会使橡胶失去弹性。 2.天然橡胶 【思考与讨论】 天然橡胶是三叶树胶(顺式聚异戊二烯)，杜仲胶是反式聚异戊二烯，你能写出杜仲胶的结构简式吗？ 【学生】认真思考，得出答案。 初步认识合成材料。 认识塑料的代表物——聚乙烯的塑料的两种制备方法及性质，突出反应条件不同，产物不同的化学思想。 通过实验探究塑料的代表物——酚醛树脂的两种制备方法，进一步突出反应条件对反应产物的影响，认识塑料的性能及应用。 回归教材，通过阅读思考，认识合成纤维的分类、性能及用途，理解纤维有关的概念。 认识两种合成纤维的代表物——聚酯纤维和聚酰胺纤维的合成方法、原理、性能及应用，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 认识橡胶的分类，了解天然橡胶的成分。 知识 拓展 可降解高分子 废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。这是因为它们在自然界中降解非常慢，有人估计废弃的农用地膜在土壤中可长达100年不分解。 为了根除“白色污染”，人们研究出微生物降解和光降解两类高分子材料。 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，可用于手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释材料等。 近年来，我国科学工作者已成功研究出以CO2为主要原料生产可降解高分子材料的技术，为消除“白色污染”和减轻温室效应作出了贡献。 课堂 练习 1．生活中常见的下列物质，其主要成分不属于塑料的是 A．轮胎 B．保鲜膜 C．电器插座 D．泡沫包装材料 【答案】A 【解析】轮胎主要成分是橡胶，不属于塑料，A符合题意；保鲜膜主要成分是聚乙烯，聚乙烯是塑料的一种，B不符合题意；电器插座主要成分是酚醛树脂，俗称电木，是塑料的一种，C不符合题意；泡沫包装材料主要成分是聚苯乙烯，是塑料的一种，D不符合题意。 2．下列说法正确的是 A．合成纤维和再生纤维统称为化学纤维 B．酚醛树脂和聚氯乙烯塑料都是热固性塑料 C．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦羽毛的气味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末 D．制作航天服的聚酯纤维属于天然高分子材料 【答案】A 【解析】纤维是人们生活中的必需品。棉花、羊毛、蚕丝和麻等是大自然赋予人们的天然纤维；以木材、秸秆等农副产品为原料，经加工处理可以得到再生纤维；以石油、天然气、煤、农副产品等为原料，将其转化为单体，再经过聚合反应得到的是合成纤维。再生纤维与合成纤维统称为化学纤维，A项正确；聚氯乙烯是线性结构，是热塑性塑料，酚醛树脂是体型结构，是热固性塑料，B项错误；蛋白质燃烧有烧焦羽毛的气味，锦纶不是蛋白质，C项错误； 制作航天服的聚酯纤维属于合成纤维，不属于天然高分子材料，D项错误。 3．2022北京冬奥会中使用了很多高新材料，如冬奥会颁奖礼服内胆使用了第二代石墨烯发热材料；速滑竞赛服使用了高性能合成纤维和聚酯材料；火炬“飞扬”使用了新型碳纤维树脂复合材料。下列有关材料的说法错误的是 A．石墨烯、金刚石、石墨互为同素异形体 B．合成纤维与碳纤维均属于有机高分子材料 C．聚酯是由多元醇和多元酸聚合而得到的高分子聚合物 D．一般树脂材料耐火性较差，但“飞扬”的新型碳纤维树脂复合材料具有较高的耐火性 【答案】B 【解析】石墨烯、金刚石、石墨三者都是碳单质，且结构和物理性质不同，互为同素异形体，A项错误；碳纤维只含有碳不是有机物，故碳纤维不是有机高分子材料，B项错误；聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，缩聚得到是高分子材料，C项错误；火炬“飞扬”使用了新型碳纤维树脂复合材料，火炬需要耐火，否则会反应，所以“飞扬”的新型碳纤维树脂复合材料具有较高的耐火性，D项正确。 及时巩固、消化所学，促进掌握必备知识。 板书提纲 课堂小结 教学反思 本节课从当前新科技引入，激发学生进一步了解和学习的兴趣。通过日常使用积累的感性认识，分析总结材料的性质。了解合成高分子材料（塑料、纤维、橡胶）的性质和用途。培养学生宏观辨识与微观探析的科学素养；通过分析不同纤维的单体和高分子的结构简式，巩固缩聚反应的认识思路；了解合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献。培养科学态度与社会责任的化学核心素养。 学科网（北京）股份有限公司 $$