5.2 高分子材料 第2课时（教学设计）化学人教版选择性必修3

该高中化学教学设计聚焦合成橡胶（分类、硫化原理）与功能高分子材料（高吸水性树脂、分离膜的结构及应用），通过生活橡胶制品提问结合轮胎销量数据引出矛盾，联系尿不湿等实例过渡，承接上一课时塑料知识，巩固高分子结构等核心概念。 以“结构决定性质”化学观念为核心，对比橡胶硫化与高吸水性树脂交联的结构差异（如轮胎硫化增强强度，尿不湿树脂网状保水）培养科学思维，结合血液透析膜等应用落实科学态度与责任，采用生活实例导入和针对训练，帮助学生建立知识关联，提升教师教学效率。

第二节 高分子材料 第2课时 功能高分子材料 一、知识目标 1. 了解橡胶的分类，能写出天然橡胶（顺式聚异戊二烯）、杜仲胶（反式聚异戊二烯）和顺丁橡胶的结构简式，掌握合成橡胶硫化的原理，理解硫化程度对橡胶性能的影响。 2. 能从结构角度解释酸性高锰酸钾、溴水试剂瓶不能使用橡胶塞的原因，区分通用橡胶与特种橡胶的用途差异。 3. 掌握高吸水性树脂的结构特点（含强亲水性基团、网状结构）与合成方法，了解高分子分离膜的分离原理和常见应用。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：建立高分子材料“结构—性质—用途”的关联，能从微观结构解释橡胶、功能高分子的宏观性能与应用，提升从微观结构分析宏观性质的能力。 2. 证据推理与模型认知：能根据实际应用需求推理高分子材料的结构特征与加工要求（如根据橡胶制品用途推断硫化程度），提升逻辑推理能力。 3. 科学探究与创新意识：通过分析天然纤维素吸水性不足的改进思路，体会科学家优化材料性能的探究过程，培养创新设计思维。 4. 科学态度与社会责任：认识高分子材料在工业生产、日常生活、医疗、农林等领域的重要价值，体会化学合成对推动社会发展的作用，增强化学学习的使命感。 一、教学重点 合成橡胶的硫化原理与“结构决定性质”的关系；常见功能高分子材料（高吸水性树脂、高分子分离膜）的结构特点与应用。 二、教学难点 理解不同高分子材料中交联形成网状结构的作用差异，掌握基于结构分析解释高分子材料性能与用途的思维方法。 本节教学内容源于新课标人教版（2019年版）高中化学选择性必修3《有机化学基础》第五章《合成高分子》第二节《高分子材料》，本课时为第二节第2课时。本课时内容承接上一课时塑料的相关知识，是高分子结构与性能关系的具体应用延伸，既巩固了加聚反应、高分子线型/体型结构等核心知识，也凸显了化学合成材料对生产生活、高新科技发展的重要价值，对发展学生“结构决定性质，性质决定应用”的化学核心观念，落实科学态度与社会责任核心素养有重要作用。 教材编排贴近生活实际，以全球轮胎销量数据导入，从天然橡胶到合成橡胶，再到功能高分子材料，结合顺丁橡胶硫化、高吸水性树脂改性、高分子分离膜应用等实例，设置递进式思考问题引导学生辨析交联工艺在不同材料中的作用差异，帮助学生建立从结构角度分析材料性能的思维模型，符合课标“认识高分子材料在生产生活和高新技术领域应用”的要求，本部分内容安排1课时完成教学。 教学对象为高二学生，学生已经学习了常见有机化合物的结构与性质，掌握了加聚、缩聚反应的原理，在前一课时也学习了高分子的基本结构与性能的关系，已经初步建立了结构决定性质的基本观念；同时学生对本课时涉及的橡胶、尿不湿、净水器反渗透膜、血液透析等都有生活认知基础，学习兴趣浓厚。但学生对材料性能背后的结构原理认识模糊，容易混淆橡胶硫化和高吸水性树脂加交联剂的不同目的，对结构改性如何调控材料性能缺乏系统分析思路，对化学材料在高新领域的应用价值也缺乏深入体会。教学中需要结合生活实例，从学生已有知识出发，引导学生自主分析结构与性能的关系，纠正认知误区，提升学生对化学学科实用价值的认识。 教学环节一 课堂导入 【互动提问】同学们，在开启今天的新课之前，老师先问问大家：你在生活中见过哪些橡胶制品呢？想到的可以举手说一说哦。（预留1~2分钟发言时间，学生通常会说出汽车/自行车轮胎、橡皮筋、橡皮擦、暖瓶橡胶塞、医用橡胶手套等常见物品） 【结合数据引出矛盾】大家说得都非常好，橡胶已经渗透到我们生活、工业、国防的方方面面了。老师给大家分享一组最新的市场数据：2024年，全球仅轮胎的总销量就达到了27.5亿条，每年对橡胶的需求量非常惊人。那大家思考一下：天然橡胶都来源于橡胶树等植物，无论是产量还是性能，天然橡胶能满足我们现在这么大的需求和各种各样的性能要求吗？ 【再拓展生活实例引发好奇】其实除了橡胶，我们身边还有很多特殊的高分子材料：大家都知道婴幼儿用的“尿不湿”能一次性吸收几百倍于自身重量的水还不渗漏，家里净水器的核心部件RO反渗透膜能过滤掉杂质让我们喝上干净的水，医院里给肾病患者做血液透析也用到特殊的高分子膜，这些材料都有普通高分子没有的特殊功能。 【导入新课】这些材料究竟是什么结构，为什么会有这些特殊的性能？今天我们就一起来学习第二节第二课时——合成橡胶与功能高分子材料，揭开这些常用材料的化学奥秘。 【设计意图】 1. 贴近生活，激发参与：以学生熟知的橡胶制品作为开场提问，贴近学生日常认知，能快速调动学生的课堂积极性，鼓励学生主动分享，提高课堂参与度，让学生感受到化学就在身边，抽象的高分子材料并不是遥不可及的知识点。 2. 矛盾驱动，自然过渡：通过最新的轮胎销量数据，引出天然橡胶产量和性能都无法满足现代需求的矛盾，自然引出合成橡胶开发的必要性，顺畅过渡到本节课第一部分合成橡胶的学习；再结合尿不湿、净水器等生活常见产品，引出功能高分子材料，提前让学生对本节课两大学习内容建立生活关联。 3. 引发认知好奇，培养核心思维：学生日常经常接触这些物品，但很少思考背后的化学原理，通过提问引发学生的好奇心，让学生带着问题进入新课学习，提升学习的主动性和探究欲，同时潜移默化渗透“结构决定性质，性质决定应用”的化学核心思维。 《高分子材料 第2课时》课堂实施环节 教学任务一 合成橡胶 活动一 橡胶的分类与天然橡胶的结构 【情景引入】最新市场报告显示：2024年，全球市场轮胎总销量将达到27.5亿条，橡胶是制造汽车轮胎胎体、胎面、侧壁的核心原材料。天然橡胶的产量和性能能不能满足我们的需求？今天我们首先来认识橡胶。【师生交互】师：大家知道天然橡胶的主要来源是什么吗？天然橡胶的结构有什么特点？生（思考回答）：天然橡胶来自橡胶树，属于高分子化合物。师：没错，天然橡胶主要有两类：一类是三叶橡胶树产出的普通天然橡胶，化学本质是顺式聚异戊二烯，结构简式为-{ - ​-}-；另一类是杜仲树产出的杜仲胶，化学本质是反式聚异戊二烯，二者属于顺反异构体。师：结合生活经验想一想，天然橡胶有什么不足？为什么我们要发展合成橡胶？生（讨论后回答）：天然橡胶产量低，而且容易老化，强度不够，满足不了轮胎、工业生产的大量需求。师（总结）：大家说的很对，天然橡胶无论是产量还是性能，都远远不能满足工业、农业、国防、交通领域的需求，因此我们开发了性能更优良的合成橡胶。 【设计意图】从生活生产的实际数据引入，结合天然橡胶的顺反异构对比，帮助学生建立结构决定性质的化学观念，自然引出合成橡胶的学习。 活动二 合成橡胶的合成与性能优化 【师生交互】师：合成橡胶按照用途可以分为哪两类？常见的合成橡胶有哪些？生（阅读教材后回答）：分为通用橡胶和特种橡胶，通用橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等；特种橡胶有耐臭氧的乙丙橡胶、耐油的聚硫橡胶、耐高低温的硅橡胶。合成橡胶有高弹性、绝缘性、耐油、耐高温、不易老化的优点，应用范围很广。师：我们以最常见的顺丁橡胶为例，看看合成橡胶的制备和性能优化过程。1,3-丁二烯[CH2=CH-CH=CH2]在催化剂作用下发生加聚反应得到顺丁橡胶，反应式为： CH2=CH-CH=CH2 [ --]- 刚合成的顺丁橡胶是线型结构，性能怎么样？ 生：线型结构的分子链较柔软，强度差，整体性能不好。 师：那怎么改进呢？ 生：硫化！加入硫进行处理。师：没错，硫化过程中，硫会在线型橡胶分子链之间形成硫桥，让线型结构转变为网状结构。硫化后的网状结构让橡胶既有弹性，又有强度。这里要注意：如果交联程度太大，橡胶会失去弹性，所以不同的橡胶制品硫化程度不同。 师（抛出思考问题）：为什么装酸性高锰酸钾、溴水的试剂瓶不能用橡胶塞？请从结构角度分析。 生（思考回答）：橡胶分子结构中有碳碳双键，碳碳双键会被酸性高锰酸钾氧化，也能和溴水发生加成反应，会腐蚀橡胶塞，所以不能用橡胶塞。 师（总结）：非常正确，这就是结构决定性质的典型体现。 【设计意图】以顺丁橡胶为例，完整呈现合成橡胶从合成到性能优化的过程，帮助学生理解高分子结构（线型/网状）对性能的影响，深化“结构-性质-应用”的化学核心思维。 针对训练 1.橡胶是重要的工业原料，生胶的弹性好但强度较差，将其硫化后，强度增大但弹性减弱，且硫化程度越高，强度越大，弹性越差。在以下橡胶制品中，你认为硫化程度最高的是（ ） A.气球 B.医用乳胶手套 C.汽车外胎 D.橡皮筋 【答案】C 【解析】气球、医用乳胶手套、橡皮筋都需要较好的弹性，因此硫化程度不宜过高；汽车外胎需要很高的强度，对弹性要求较低，因此硫化程度最高，故选C。 2.下列关于天然橡胶的说法正确的是（ ） A.天然橡胶是反式聚异戊二烯，属于体型高分子 B.天然橡胶硫化过程只发生物理变化 C.天然橡胶分子中含有碳碳双键，可以使溴水褪色 D.天然橡胶只能从天然植物中获得，无法人工合成 【答案】C 【解析】A.三叶橡胶树产出的天然橡胶是顺式聚异戊二烯，属于线型高分子，A错误；B.硫化过程是线型高分子转变为网状高分子，有化学键的形成，属于化学变化，B错误；C.天然橡胶分子中存在碳碳双键，可与溴发生加成反应使溴水褪色，C正确；D.顺式聚异戊二烯可以人工合成，D错误。 教学任务二 功能高分子材料 活动一 高吸水性树脂 【情景引入】为了满足高科技产业对材料性能的特殊要求，化学工作者开发了具有特殊功能的功能高分子材料，最贴近我们生活的就是纸尿裤用到的高吸水性树脂，它可以吸收自身质量数百倍的水，还能保水，它的结构有什么特点呢？ 【师生交互】师：人们开发高吸水性树脂的灵感来自哪里？ 生：来自棉花、纸张这些含纤维素的物质，它们本身就有吸水性。 师：为什么纤维素能吸水？ 生：纤维素结构中有很多羟基{-OH}，羟基是亲水基团，可以和水形成氢键，所以能吸水。 师：那为什么棉花纸张只能吸收自身质量20∼40倍的水，而且保水性不好呢？我们从结构分析。 生（讨论后，教师引导总结）：①亲水基团强度不足，亲水基团的亲水性顺序为：{-COO- > -COOH > -OH}，纤维素只有羟基，亲水性不够强；②纤维素是线型结构，保水性差。 师：那科学家怎么改进纤维素的不足，得到高吸水性树脂呢？有两种思路，大家阅读教材总结一下。 生：思路一：改造淀粉或者纤维素分子，接入强亲水基团（羧酸根、羧基等），再加入交联剂得到网状的接枝共聚物，比如网状淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂； 思路二：直接合成带有强亲水基团的高分子，比如丙烯酸钠加引发剂、交联剂，得到网状聚丙烯酸钠。 师：为什么两种方法都要加交联剂？生：加交联剂可以让线型结构变成网状结构，这样高分子既能吸水，又不会溶于水，还耐挤压，保水性好。 师（抛出思考问题）：高吸水性树脂加交联剂得到网状结构，橡胶硫化也得到网状结构，二者的目的相同吗？ 生（讨论后回答）：不同，高吸水性树脂加交联剂是为了让它既吸水又保水，不溶于水；橡胶硫化是为了让橡胶既有弹性，又增加强度。 师（总结高吸水性树脂的结构特点）：高吸水性树脂的结构特点是：①含有强亲水性原子团的支链，常见亲水基团有-OH、-NH2、-COOH、-COO-等；②具有网状结构。它的应用非常广泛，除了纸尿裤，还可以用于干旱地区农业、林业的抗旱保水，改良土壤。 【设计意图】从生活常见用品出发，一步步引导学生从结构分析性能，推导改进思路，提升学生运用“结构决定性质，性质决定应用”思维解决实际问题的能力，体会化学与生活的紧密联系。 活动二 高分子分离膜 【情景引入】现在很多家庭都安装了净水器，净水器的核心部件RO反渗透膜就是用功能高分子材料——高分子分离膜制备的，它的工作原理是什么？有哪些用途？ 【师生交互】 师：高分子分离膜的分离原理是什么？ 生：它只允许水及小分子物质通过，其余杂质被截留在膜的另一侧，从而实现原液的净化、分离和浓缩。 师：它都有哪些重要应用？生：①海水淡化制取饮用水；②医院的血液透析，治疗肾功能疾病；③医学上用于制备人造器官，比如人造血管、人造皮肤、人造心脏、人造骨骼等。 师（总结）：功能高分子材料已经深度融入我们的生活、生产和医疗领域，推动了高科技产业的发展。 【设计意图】联系生活实际，让学生体会化学对人类生活和社会发展的贡献，提升化学学习的兴趣。 针对训练 1.下列关于功能高分子材料的说法错误的是（ ） A.高分子分离膜具有选择透过性，可用于海水淡化 B.高吸水性树脂可用于干旱地区抗旱保水 C.高吸水性树脂和橡胶硫化都加入交联剂，目的相同 D.医用血液透析利用了高分子分离膜的分离功能 【答案】C 【解析】高吸水性树脂加入交联剂是为了得到网状结构，实现吸水保水且不溶于水；橡胶硫化加入交联剂是为了增加橡胶的强度和弹性，二者目的不同，C错误，故选C。 第五章 合成高分子 第二节 高分子材料（第2课时） 一、合成橡胶 1. 橡胶的分类 （1）天然橡胶 · 三叶橡胶：顺式聚异戊二烯 · 杜仲胶：反式聚异戊二烯（2）合成橡胶 · 通用橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等 · 特种橡胶：乙丙橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶等 2. 硫化改性 原理：线型高分子 硫化交联​ 网状结构性能：既有弹性，又有强度；交联过度会失去弹性 二、功能高分子材料 1. 高吸水性树脂 （1）结构特点：①含强亲水基团（-OH、-COOH、-COO⁻等）；②网状结构（2）合成方法：①淀粉/纤维素接枝改性接入强亲水基团；②直接合成带强亲水基团的高分子，加交联剂将线型变为网状（3）应用：婴幼儿纸尿裤、干旱地区农林抗旱保水 2. 高分子分离膜 （1）分离原理：按粒子大小选择性透过，分离提纯物质（2）应用：海水淡化、血液透析、医用人工器官 1．高分子材料在生产、生活中有广泛应用。下列说法错误的是 A．聚氨酯弹性体用于制造运动鞋鞋底，利用的是其具有良好的弹性 B．聚氯乙烯塑料常用于制造食品保鲜膜，因其化学性质稳定 C．酚醛树脂因具有良好的绝缘性，用于制造电器开关外壳 D．聚丙烯材料由于质轻、耐腐蚀，用于制造汽车发动机护板 【答案】B 【详解】A．聚氨酯弹性体具有良好的弹性和耐磨性，可用于制造运动鞋鞋底，以适应运动时的缓冲和摩擦需求，A正确； B．聚氯乙烯(PVC)塑料在使用过程中可能释放出对人体有害的物质，不能用于制造食品保鲜膜，食品保鲜膜通常使用聚乙烯(PE)等无毒材料，B错误； C．酚醛树脂具有空间网状结构不易燃烧，有良好的绝缘性，可用于制造电器开关外壳，C正确； D．聚丙烯(PP)材料密度小，具有质轻、耐腐蚀、强度较高等特点，可用于制造汽车发动机护板等部件，D正确； 故选B。 2．聚ε-己内酯(PCL)可制成微球、纳米粒或胶囊，实现药物的缓释或控释，延长药效，减少给药频率和副作用，其催化解聚(SnO催化剂体系)过程如图所示： 下列叙述错误的是 A．PCL在酸性或碱性条件下均可发生水解反应而降解 B．PEG可由乙二醇通过加聚反应得到 C．中间体能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．PCL和PEG均属于线型高分子 【答案】B 【详解】A．PCL分子中含有酯基，酯基在酸性、碱性条件下均能发生水解反应，因此可降解，A正确； B．PEG是聚乙二醇，由乙二醇通过分子间脱水的缩聚反应制得，反应过程中有小分子水生成，不属于加聚反应，B错误； C．中间体分子中含有醇羟基，可被酸性高锰酸钾溶液氧化，因此能使酸性高锰酸钾溶液褪色，C正确； D．PCL和PEG的分子结构均为无支链、无交联的长链结构，均属于线型高分子，D正确； 故答案选B。 3．通用高分子材料和功能高分子材料在生产生活中有广泛应用。下列说法错误的是 A．高压法聚乙烯支链多，密度和软化温度均高于低压法聚乙烯 B．网状聚丙烯酸钠高吸水树脂可将水分子束缚在高分子网络，因此保水能力强 C．与环氧丙烷可通过聚合反应，生成可降解聚合物： D．尿素与甲醛生成线型脲醛树脂： 【答案】A 【详解】A．高压法聚乙烯在反应过程中易发生链转移，导致高分子链上产生大量支链。支链的存在使得分子链难以紧密排列，导致其结晶度低、密度低。由于分子间作用力较弱，其软化温度也较低。低压法聚乙烯得到的是线性高分子，支链很少。线性结构使得分子链可以紧密堆积，导致其结晶度高、密度高。分子间作用力强，其软化温度也较高，A错误； B．聚丙烯酸钠是一种高吸水性树脂，其内部是三维交联的网状结构。当与水接触时，其亲水基团会吸收水分，而交联的网状结构则阻止了高分子溶解，将水分子牢牢地束缚在网络中，形成凝胶，因此具有极强的保水能力，B正确； C．二氧化碳和环氧丙烷在催化剂的作用下可以发生共聚反应，生成聚碳酸亚丙酯：，该聚合物主链上含有酯基，可以发生水解，属于可生物降解材料，C正确； D．尿素和甲醛（HCHO）在酸性或碱性催化剂作用下，首先发生加成反应生成羟甲基脲，羟甲基脲之间或羟甲基脲与尿素之间发生缩合反应，脱去水分子，形成脲醛树脂，总反应方程式为：，D正确； 故选A。 4．地处黄河中游的库布齐沙漠的治理。采用“绿进沙退”和光伏治沙协同推进的模式(如图)，将逐步实现沙化土地的全面治理。下列说法错误的是 A．光伏板发电过程中，将光能转化为电能，不涉及化学变化 B．光伏板的表面常涂覆氮化硅减反射膜，氮化硅属于新型无机非金属材料 C．治沙时常用聚丙烯酸钠作土壤保水剂，是因其结构中含有大量强亲水基团 D．沙棘能适应沙漠的干旱盐碱环境，与其细胞内积累的可溶性有机物能降低细胞液渗透压有关 【答案】D 【详解】A．光伏板发电是将光能转化为电能，该过程没有新物质生成，不涉及化学变化，A正确； B．氮化硅属于高性能无机材料，是典型的新型无机非金属材料，B正确； C．聚丙烯酸钠结构中含有大量羧酸钠强亲水基团，具有良好的吸水性，可作土壤保水剂，C正确； D．干旱盐碱环境的外界溶液渗透压较高，沙棘细胞内积累可溶性有机物，是为了提高细胞液渗透压，保证细胞可以从外界吸水，适应恶劣环境，D错误； 故选D。 5．高分子材料在生产、生活中应用广泛。下列说法错误的是 A．聚四氟乙烯耐酸碱腐蚀，可用于制作酸碱通用滴定管的活塞 B．脲醛树脂具有良好的绝缘性，可用于制作电器开关等 C．医用口罩的熔喷布主要成分为聚丙烯，其化学性质较稳定 D．天然橡胶的主要成分是顺式聚异戊二烯，不易被氧化 【答案】D 【详解】A．聚四氟乙烯化学性质稳定，耐酸碱腐蚀，可用于制作酸碱通用滴定管的活塞，A正确； B．脲醛树脂属于热固性高分子，绝缘性良好，可用于制作电器开关等绝缘部件，B正确； C．聚丙烯结构中无活泼官能团，化学性质较稳定，是医用口罩熔喷布的主要成分，C正确； D．天然橡胶主要成分顺式聚异戊二烯的分子结构中含有大量碳碳双键，碳碳双键易被氧化，D错误； 故选D。 本节课从生活中轮胎、尿不湿等常见实例切入，将抽象的高分子知识和实际应用结合，有效降低了学习难度，学生课堂参与度较高。教学中通过对比橡胶硫化和高吸水性树脂加交联剂的作用异同，帮助学生强化了“结构决定性质”的化学核心观念，突破了本节难点。但课堂反馈显示，部分学生对线型和网状结构的性能差异理解仍不够透彻，后续可增加模型演示辅助理解。此外，功能高分子的应用部分可设计学生课前搜集分享环节，进一步提升学生自主探究能力，深化对化学应用价值的认识。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $