5.2 高分子材料 知识清单-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

选修三 第五章 第二节 高分子材料 知识点总结 知识点一：通用高分子材料 1、塑料 （1）概念：合成材料品种很多，按用途和性能可分合成高分子材料（包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等）；功能高分子材料（包括高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等）和复合材料。被称为”“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最广泛。 塑料的主要成分是合成树脂，根据需要，可在塑料中加入适当的添加剂，如为了提高塑料的可塑性，使塑料柔软，需加入增塑剂；为了防止塑料的老化，需加入防老化剂等。 （2）分类 a、热塑性塑料，如聚乙烯等制成的塑料可以反复加热熔融加工。 b、热固性塑料，如用酚醛树脂等制成的塑料不能加热熔融，只能一次成型。 （3）几种常见塑料 a、聚乙烯 高压聚乙烯 低压聚乙烯 准备条件 150MPa—300MPa、170℃—200℃、引发剂 较低压力、 催化剂 相对分子质量 较低 较高（≥50万） 密度 低（0.91g/cm3—0.93g/cm3） 较高（0.94g/cm3—0.96g/cm3） 熔融 温度 105℃—115℃ 131℃—137℃ 结构 带有长短不一的支链（支链型结构） 少有或没有支链（线型结构） 产物 名称 低密度聚乙烯（LDPE） 高密度聚乙烯（HDPE） 用途 食品包装袋等薄膜制品 瓶、桶、板、管、棒材料 b、酚醛树脂 酚醛树脂是酚类（如苯酚）和醛类（如甲醛）在酸或碱的催化作用下相互缩合而成的高分子化合物。 ①在酸催化下，等物质的量的苯酚与甲醛反应，苯酚邻位或对位上的氢原子与甲醛的羰基加成，生成羟甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子。 O + H-C-H n H[ ]OH+(n-1)H2O ②在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚（或过量的甲醛与苯酚）反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，然后加热继续反应，可以生成网状结构的酚醛树脂。 c、其他几种常见塑料的结构、性质及用途 名称 结构简式 性能 用途 聚丙烯 CH3 [CH-CH2]n 机械强度好，电绝缘性好，耐腐蚀，质轻，无毒 制薄膜、管道、日常用品、包装材料 聚苯乙烯 电绝缘性好，透光性好，耐水，耐腐蚀，无毒 制高频绝缘材料、电视或雷达部件、医疗卫生用具 有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯） CH3 [CH2-C]n COOCH3 透光性好，耐腐蚀，耐水，质轻，抗霉，易加工 制飞机或汽车用玻璃、光学仪器、医疗器械 聚四氟乙烯 耐低温，耐高温，耐腐蚀，电绝缘性好 可制电器、航空、化学、医药、冷冻等工业用品 2、合成纤维 （1）分类 天然纤维：棉花、羊毛、麻、蚕丝、木材、 草类等 ( 纤维 )人造纤维：人造丝、人造毛及粘胶纤 ( 化学 纤维 )维等 ( 合成 纤维 ) 六大纶：涤纶、锦纶、腈纶、 丙纶、维纶、氯纶 特种合成纤维 （2）合成纤维的性质 合成纤维具有强度高、弹性好、耐性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点。随着科学技术的发展，近年还出现了许多特殊性能的合成纤维。如芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维等。 （3）涤纶 合成纤维中目前占第一位的是聚酯纤维——涤纶，涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的商品名。 注意：（1）纤维和纤维素不是一回事，纤维素是一种天然高分子化合物，是构成植物细胞壁的基础物质，有固定的组成)——(C6H1005)n；纤维在工业上是指柔韧、纤细的丝状物，具有相当的长度、弹性和吸湿性，没有固定的组成。 （2）人造纤维的主要原料是天然高分子化合物，主要是纤维素；而合成纤维的主要原料是石油化工或煤化工产品——气态或液态烃及其衍生物，是小分子化合物。 （3）人造纤维的主要生产目的是改变天然高分子化合物的性能，如火棉比纤维素更容易燃烧，而醋酸纤维比纤维素更难燃烧；合成纤维的生产目的是把非纤维状的物质转变为纤维状的物质。 3、合成橡胶 （1）分类 根据来源不同，橡胶可以分为天然橡胶和合成橡胶。 天然橡胶：聚异戊二烯 ( 橡胶 ) ( 合成橡胶 ) 通用橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、 氯丁橡胶 特种橡胶：聚硫橡胶、硅橡胶等 （2）合成橡胶 合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子。其性能具有高弹、耐磨、绝缘、气密、耐油、耐热、耐寒、耐燃、耐腐蚀、耐老化等性能，例如，特种橡胶有耐油性的聚硫橡胶、耐高温和耐严寒的硅橡胶等。 （3）顺丁橡胶 a、主要原料：1,3-丁二烯 b、合成原理： [CH2 CH2]n nH2C=CH-CH=CH2 C=C H H 在催化剂存在下，1,3-丁二烯得到以顺式结构为主的聚1,3-丁二烯。 顺式聚1,3-丁二烯与硫黄等硫化剂混炼即得到顺丁橡胶。硫化剂的作用是打开顺式聚1,3-丁二烯的双键，以-S-S-键将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构,得到既有弹性强度又大的橡胶。 c、性能与用途:顺丁橡胶的特点是弹性高、耐磨、耐寒性好。主要用于制造轮胎、胶鞋、胶带等。 d、天然橡胶 天然橡胶是顺式聚异戊二烯，结构式为 为线型结构的高分子。其单体为异戊二烯（2- 甲基-1,3丁二烯）[CH2=CH-C=CH2]。 CH3 注意：①绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性物质(如硫)，故橡胶有较强的还原性。因此， 在实验室中，盛放强氧化剂的试剂瓶不能用橡胶塞。 ②未经硫化的橡胶容易磨损，易溶于汽油、四氯化碳等有机溶剂，分子内有双键，易发生加成反应，容易老化。硫化后,高分子链之间经交联而变成网状结构,结构稳定,不溶于有机溶剂，不易被氧化，不易老化。 知识点二：功能高分子材料 1、 概念 指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。包括具有新型骨架结构的高分子材料，还包括在合成高分子的主链或支链上引人的某种功能原子团（功能基），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。 注意：新型有机商分子材料与传统的三大合成材料的区别与联系： 新型有机高分子材料与传统的三大合成材料在本质上并没区别，它们只是相对而言。从组成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素构成；从合成反应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，都是分为线型结构和体型结构。它们的重要区别在于功能与性能上，与传统材料相比，新型有机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。 2、 常见的功能高分子材料 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、 处理废水、废液； 2、海水淡化； 3、浓缩果汁、乳制品加工、酿酒 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、 具有优异的生物兼容性； 2、具有某些特殊功能 人造器官等 注意：高吸水性树脂也是常见功能高分子材料。 3、高吸水性树脂 （1）结构特点：含有强亲水性基团如羧基、羟基、酰氨基等。 （2）性能：不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的时间内溶胀，可吸收几百至几千倍于自重的水，同时保水能力强，还能耐一定挤压作用。 （3）合成方法 ①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力。 ②以带强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物，如丙烯酸单体用NaOH中和得到丙烯酸钠，再在引发剂作用下，聚合生成聚丙烯 COONa 酸钠[CH2-CH]n。 这两种方法有一个共同的特点，都要在反应中加入少量含两个双键的二烯化合物作交联剂，让高聚物分子链间发生交联，得到具有网状结构的树脂。 （4）应用：干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗早保水，改良土壤，改造沙漠。例如，在苗木根部放上一些吸足了水的高吸水性树脂，使它们在发育过程中始终有充足的水分，保障它们苗壮成长而不会干燥而死。再如，婴儿用的“尿不湿”可吸入其自身重量约几百倍的尿液而不滴不漏，可以保证婴儿夜晚安睡和白天的活动。 注意：（1）合成高吸水性树脂的两种方法中都加入少量含两个双键的二烯化合物作为交联剂，让高聚物分子键间发生交联，得到具有网状结构的树脂，其目的是使它可以大量吸水又不溶解于水。 （2）高吸水性树脂有许多不同形式，但高分子链中却都含有强亲水性基团。 （3）有机化学中常见的具有亲水性的官能团有—CHO、－OH、—S03H、－NH2、－COOH；具有憎水性的官能团有卤原子、—COOR（酯基）、一NO2等。 4、复合材料 （1）概念 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。钢筋混凝土、轮胎就是复合材料。 （2）性能 复合材料具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异功能，在综合性能上超过了单一材料。 （3）应用 在宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。 注意：复合材料的增强材料主要是硼纤维、碳纤维和石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、芳纶纤维；基体材料主要是热固性树脂（酚醛树脂、环氧树脂）、热塑性树脂（聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、热望性聚酯树脂）、泡沫塑料、橡胶等。 拓展应用 拓展一：常见纤维的单体与高聚物及其命名技巧 （1） nCH=CH2[CH-CH2]n（氯纶） Cl Cl （2）nCH=CH2[CH-CH2]n（丙纶） CH3 CH3 （3）nCH2=CH2[CH-CH2]n（腈纶） CN CN 基团，故名为聚酯纤维，俗名涤纶（的确良）。 O C H O （6）H2C NH+H2OH-N-(CH2)5-C-OH H2C CH2 H2C CH2 己丙酰胺 6-氨基乙酸 O H O H nHO-C-(CH2)5-N-HHO[C-(CH2)5-N]nH+ (n-1)H2O 拓展二：酚醛树脂的实验室制法 （1）实验药品：苯酚、甲醛溶液、浓盐酸或浓氨水。 （2）反应原理：酚醛树脂是由酚类和醛类在酸或碱的催化作用下相互缩合而成的高分子化合物。 （3）实验现象： ①长玻璃管中有回流现象； ②浓盐酸作催化剂生成粉红色的固体，浓氨水作催化剂生成黄色粘稠状的酚醛树脂。 （4）浓盐酸和浓氨水的作用： 浓盐酸的作用：酚醛反应的催化剂，生成线型酚醛树脂； 浓氨水的作用：酚醛反应的催化剂，生成体型酚醛树脂； 长玻璃导管的作用：空气冷凝管——冷凝回流。 （5）实验注意事项 ①加热方法：沸水浴加热，不需要温度计； ②要使用冷凝管，因为反应物易挥发； ③根据实验要求的不同确定用不同的催化剂。 + 注意：①清洗试管的方法是倒掉试管上部的液体后，在试管底部剩下的酚醛树脂中，加入约1 ml的福尔马林，再用玻璃棒刮擦，可将酚醛树脂成团低拉出来。若是体型结枃的酚醛树脂，取出后，试管壁上还会留下一些橙红色的碎粒，同样可用福尔马林清洗，如果管壁尚有少量高聚物，可用软质纸卷成与管口粗细相仿的纸棒，伸入试管底部，沿管壁刮擦。 ②此实验需在通风良好的实验室进行，树脂及残液需统一回收处理。 拓展三：高分子化合物的结构与性质 1、线型高分子与体型高分子的比较 线型高分子 体型（网状）高分子 结构 分子中的原子以共价键相连，构成一条很长的卷曲状态的“链” 分子链于分子链之间还有许多共价键交联起来，形成二维空间的网状结构 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、制薄膜、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、高分子化学反应的特点 （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。生物降解塑料，化学降解塑料，光降解塑料等。 ②橡胶硫化 CH3 天然橡胶（[CH2-CH=C-CH2]n）经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键CH（—S－）或双硫键（—S－S－），线型结构变为体型结构。 c．催化裂化 塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃气体等。 拓展四：功能高分子材料的分类 功能高分子材料 ( 高分子膜 ) ( 高分子吸附剂 ) ( 高吸水性树脂 ) ( 高分子 催化剂与试剂 ) ( 微生物降解 高分子 ) ( 生物医药 高分子 ) ( 交换型 高分子 ) ( 导电 高分子 ) ( 光敏 高分子 ) ( 电子交换树脂 ) ( 高分子药物 ) ( 医用高分子 ) ( 仿生高分子 ) ( 离子交换树脂 ) ( 超导 高分子 ) ( 高分子 导体 ) ( 高分子 半导体 ) ( 光导电高分子 ) ( 感 光 树 脂 ) ( 光致变色高分子 ) 学科网（北京）股份有限公司 注意：医用高分子材料应该是 （1） 无毒，且是化学惰性的； （2）与人体组织和血液相容性好； （3）具有较高的机械性能； （4）容易制备、纯化、加工和消毒。 拓展五：两类高分子材料的异同 材料名称 功能高分子材料 复合材料 概念 既具有传统高分子材料的机械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料 两种或两种以上材料组成的新型材料，一种材料为基体，另一种材料为增强剂 性能 不同的功能高分子材料，具有不同的特征性质 一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀性等优异性能，在综合性能上超过了单一材料 应用 1、 高分子分离膜 2、 传感膜 3、 热电膜 4、 医用高分子材料、人造器官 5、 高吸水性高分子 6、 隐形材料 7、 智能材料 8、 生物材料等 1、 汽车工业 2、 机械工业 3、 体育用品 4、 航空航天 5、 人类健康等 $