5.2 高分子材料 第2课时（导学案）化学人教版选择性必修3

该高中化学导学案聚焦功能高分子材料，涵盖合成橡胶的分类、结构及硫化原理，高吸水性树脂和高分子分离膜的结构特点、合成方法与应用。课堂导入通过列举生活橡胶制品和全球轮胎销量数据提问，引导学生从生活现象思考天然橡胶性能局限及功能高分子材料需求，搭建从生活到化学的学习支架。 资料以“结构—性质—用途”为主线，通过任务驱动的问题探究和小组讨论，培养学生宏观辨识与微观探析的化学观念，提升证据推理与模型认知的科学思维。针对训练结合实际应用，强化科学态度与社会责任，助力学生构建知识体系，提升分析解决问题的能力。

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，能正确写出顺式聚异戊二烯、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与合成方法，了解高分子分离膜的分离原理和常见应用 二、核心素养目标 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，提升从微观角度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，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：认识高分子材料在生产生活、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、学习重点 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、学习难点 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 一、合成橡胶 1）橡胶的概念 橡胶是一类具有弹性的物质，在外力作用下，橡胶的形状发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状 2）橡胶的分类 3）天然橡胶 （1）单体：异戊二烯即2­甲基­1,3­丁二烯 （2）合成反应方程式为： 4）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）性能：具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油性、耐高温或耐低温等性能 （3）顺丁橡胶合成：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1,3-丁二烯 （4）橡胶的硫化 将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，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。 （5）顺丁橡胶的用途：顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造轮胎。 （6）几种常见的合成橡胶 名称 单体 结构简式 顺丁橡胶 CH2==CH—CH==CH2 丁苯橡胶 (SBR) 氯丁橡胶 (CR) 三、功能高分子材料 1、定义：具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。如，高分子催化剂；各种滤膜；磁性高分子；形状记忆高分子；高吸水性材料；医用高分子材料；高分子药物等 2、分类 功能高分子材料 3、高吸水性树脂 （1）结构特点 ①含有强亲水性原子团(如羧基、羟基、酰氨基等)的支链 ②具有网状结构 （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，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用 （3）改进思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子 （4）合成方法 ①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性。在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可以提高它们的吸水能力。如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂 ②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。聚丙烯酸钠的结构简式为 这两种方法有一个共同特点，都要在反应中加入少量交联剂，让线型结构变为网状结构 （5）应用：可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；可用于婴幼儿使用的纸尿裤 4、高分子分离膜 （1）分离原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一侧，称为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。 （2）特点：让某些物质有选择地通过，而把另外一些物分离掉。 （3）分类：分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。 （4）制作材料：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。 （5）应用：高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等。 5、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 四、白色污染与高分子降解 （1）废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。为了根除“白色污染”，人们联想到淀粉、纤维素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光线的光敏剂的帮助下也能降解的事实，研究出微生物降解和光降解两类高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再进一步转变为CO2和H2O等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用下，高分子的化学键被破坏而发生降解。它们为消除“白色污染”带来了希望 （2）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，可以用于手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释材料等，手术后不用拆线或取出固定材料，减轻了患者与医生的负担。现在还出现了聚乳酸与淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和药品包装等；以及加入光敏剂的聚乙烯等光降解塑料，可用于农用地膜、包装袋等 （3）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。CO2是稳定分子，要让它转化为高分子是很困难的。然而他们发现稀土催化剂能活化CO2，使之与环氧丙烷()等反应生成聚合物。这种工艺目前已投入小规模生产，为消除“白色污染”和减轻温室效应作出了贡献。 【课堂导入 问题探究】 1.列举你生活中见过的橡胶制品：________________________ 2.结合2024年全球轮胎总销量达27.5亿条的数据，思考：天然橡胶的产量和性能能满足现代工业的全部需求吗？你还知道哪些有特殊功能的高分子材料？ 任务一 合成橡胶 活动1：橡胶的分类与天然橡胶的结构 问题思考 1.天然橡胶的主要来源和分类是什么？写出对应成分的结构简式： 种类 来源 成分名称 结构简式 普通天然橡胶 三叶橡胶树 杜仲胶 杜仲树 答案： 两种结构简式均为，二者为顺反异构体，区别为双键两侧碳链的空间排布不同。 2.天然橡胶有哪些不足之处？为什么要开发合成橡胶？ 答案：天然橡胶产量低，容易老化，强度不足，性能无法满足工业、国防等领域的多种需求，因此需要开发性能更优良的合成橡胶。 活动2：合成橡胶的合成与性能优化 问题思考 1.合成橡胶按用途分为哪两类？分别列举常见实例： 分类 常见实例 通用橡胶 特种橡胶 答案： 通用橡胶：顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶等； 特种橡胶：耐臭氧的乙丙橡胶、耐油的聚硫橡胶、耐高低温的硅橡胶等。 2.写出1,3-丁二烯合成顺丁橡胶的化学方程式： 3.刚合成的顺丁橡胶是线型结构，性能有什么缺点？如何改进？ 答案：线型顺丁橡胶分子链柔软，强度差，整体性能差；通过硫化处理改进，硫原子在线型分子链之间形成硫桥，使线型结构转变为网状结构。 归纳总结 请写出硫化改性的原理和性能规律： 原理：________________________ 性能规律：____________________ 答案： 原理： 性能：硫化后橡胶既有弹性，又有强度；硫化程度越高，强度越大，弹性越差，交联过度会完全失去弹性。 问题探究 为什么盛放酸性高锰酸钾溶液、溴水的试剂瓶不能使用橡胶塞？请从结构角度分析： 答案：橡胶分子结构中含有碳碳双键，碳碳双键可以被酸性高锰酸钾氧化，也能与溴发生加成反应，会腐蚀橡胶塞，因此不能用橡胶塞。 【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： 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。 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： 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。 任务二 功能高分子材料 活动1：高吸水性树脂 问题思考 开发高吸水性树脂的灵感来源于哪里？为什么纤维素能吸水？ 答案：灵感来源于棉花、纸张等天然纤维素材料；纤维素分子中含有大量羟基，羟基是亲水基团，可以和水形成氢键，因此纤维素可以吸水。 问题探究（小组讨论） 棉花只能吸收自身质量倍的水，且保水性差，请从结构角度分析原因，并提出改进思路： 原因：①________________________；②________________________ 改进思路：______________________ 答案： 原因：①亲水基团强度不足，亲水性顺序：，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，吸水后易溶解。 改进思路：在纤维素/淀粉分子上接入强亲水基团，再加入交联剂，将线型结构转变为网状结构。 归纳总结 请总结高吸水性树脂的结构特点、合成方法和应用： 1.结构特点：①______________________；②______________________ 2.合成方法：①______________________；②______________________ 3.常见应用：________________________________________________ 答案： 1.结构特点：①含有强亲水基团（如、、等）；②具有网状结构 2.合成方法：①对淀粉/纤维素接枝改性，接入强亲水基团，再加交联剂得到网状共聚物；②直接合成带有强亲水基团的高分子，加交联剂得到网状结构 3.应用：婴幼儿纸尿裤、干旱地区农林抗旱保水、土壤改良等 问题探究（小组讨论） 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？说明理由： 答案：不相同。高吸水性树脂加交联剂的目的是使线型变为网状，让高分子既能吸水，又不溶于水，提升保水性和耐挤压性；橡胶硫化的目的是使线型变为网状，提升橡胶的强度和弹性，优化使用性能。 活动2：高分子分离膜 问题思考 1.高分子分离膜的分离原理是什么？ 答案：高分子分离膜具有选择性透过性，只允许水和小分子物质通过，大分子、杂质被截留在膜的另一侧，从而实现混合物的分离、提纯和浓缩。 2.列举高分子分离膜的常见应用： 答案：海水淡化制取饮用水；医院血液透析治疗肾功能疾病；净水领域制备RO反渗透膜；医学领域制备人造器官（人造血管、人造皮肤等）。 【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： 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。 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 【解析】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 【解析】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 【解析】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 【解析】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 【解析】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。 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．天然橡胶具有弹性，但强度差，易发黏。研究人员在研究天然橡胶改性过程中，意外发现橡胶与硫磺混合共热，可以使橡胶制品性能大为改观。橡胶硫化程度越高，强度越大，弹性越差。下列橡胶制品中，硫化程度较高的是 A．医用橡皮手套 B．皮鞋胶底 C．自行车内胎 D．橡皮筋 【答案】B 【解析】A．医用橡皮手套强度小，可伸缩，弹性强，不符合硫化程度较高的弹性差的性质，A不符合题意；B．皮鞋胶底可承重大，强度大，但伸缩性差，弹性小，符合硫化程度较高的强度大、弹性差的性质，B符合题意；C．自行车内胎弹性大，强度较小，不符合硫化程度较高的强度大、弹性差的性质，C不符合题意误；D．橡皮筋弹性大，强度小，不符合硫化程度较高的强度大、弹性差的性质，D不符合题意；故选B。 2．下列说法错误的是 A．丁腈橡胶没有固定的熔点 B．丁腈橡胶的链节中只含两种官能团，由两种单体经加聚反应得到 C．此酚醛树脂受热不能熔融，可用于生产宇宙飞船外壳的烧蚀材料 D．涤纶是对苯二甲酸与乙二醇在催化剂作用下发生缩聚反应生产的 【答案】C 【解析】A．高分子化合物属于混合物，没有固定熔点，故A正确；B．丁腈橡胶的链节中含有碳碳双键和氰根，丁腈橡胶主碳链为6个碳原子，且含有碳碳双键结构，由两种单体经加聚反应得到（即含有一个碳碳双键的有机物和二烯烃），单体分别为1，3-丁二烯、丙烯腈，故B正确；C．网状的酚醛树脂具有热固性，受热后不能软化或熔融，可用于生产宇宙飞船外壳的烧蚀材料，此酚醛树脂是线型结构，故C错误；D．对苯二甲酸与乙二醇发生缩聚反应生成涤纶 ，反应的化学方程式为：+nHOCH2 CH2OH+（2n-1）H2O，故D正确；故选：C。 3．下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，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．医用高分子材料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】A．保水剂是一种强吸水树脂，能在短时间内吸收自身重量几百倍至上千倍的水分，高吸水性树脂可做保水剂，A正确；B．离子交换树脂是带有官能团（有交换离子的活性基团）、具有网状结构、不溶性的高分子化合物，主要用于分离和提纯物质，B正确；C．医用高分子材料是指用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料，可用于制造医用器械和人造器官，C正确；D．聚乙炔膜属于导电高分子，主要用于电子元件，D错误；故选D。 4．结构简式为的聚合物是一种医用高分子，可用于隐形眼镜材料。下列说法错误的是 A．该聚合物含2种官能团 B．分子中含极性键 C．该聚合物的单体为 D．该聚合物含有键 【答案】D 【解析】A．该聚合物含羟基、酯基两种官能团，A项正确； B．该聚合物含碳氢、碳氧等极性键，B项正确； C．该聚合物是由加成反应得到，则其单体为，C项正确； D．聚合物 中的值不确定，则其所含键数目无法确定，D项错误； 故答案选D。 5．合成高分子材料用途广泛、性能优异，其功能与分子结构有密切的关系。下面是几种高分子材料的结构简式，有关说法不正确的是    A．甲是天然橡胶的主要成分，易老化，能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．乙是由两种单体形成的网状高分子化合物，具有是热塑性 C．丙与NaOH溶液在一定条件下反应，生成高吸水性树脂 D．丁是合成纤维中目前产量第一的聚酯纤维，可由两种单体缩聚合成 【答案】B 【解析】A．甲是天然橡胶的主要成分，甲中含有碳碳双键，易老化，能使酸性高锰酸钾褪色，故A项正确；B．乙是酚醛树脂，是苯酚和甲醛在酸催化下发生缩聚反应生成的，该高分子化合物具有线型结构，从而具有热塑性，B项错误；C．丙中含有酯基，丙与氢氧化钠溶液反应生成和CH3OH，是高吸水性树脂，C项正确；D．D是涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯），涤纶中含酯基，是合成纤维中目前产量第一的聚酯纤维，是由对苯二甲酸和乙二醇缩聚生成的，D项正确；答案为B。 6．一种基于二硫键(−S−S−)的自修复热塑性聚氨酯材料的结构如下：   ，该聚合物由X(  )和Y(  )聚合而成，二硫键在氧化剂或还原剂作用下发生变化，二硫键断裂转化为两个巯基(—SH)或者两个巯基重新结合为二硫键，基于该原理可以实现聚合物结构的修复，下列说法正确的是 A．X中碳氮双键比碳氧双键更容易与Y发生反应 B．生成该聚合物的反应属于缩聚反应 C．二硫键在氧化剂作用下断裂，在还原剂作用下恢复 D．该聚合物在一定条件下发生取代反应，能降解成两种单体分子 【答案】A 【解析】A．从X和Y的聚合反应来看，断裂的是C=N双键，故碳氮双键比碳氧双键更容易与Y发生反应，A正确；B．通过断键机理可知，X与Y的聚合反应属于加成聚合，B错误；C．二硫键在氧化剂或还原剂的作用下都可以发生断裂，生成巯基，或两个巯基重新结合成二硫键，而不是在氧化剂作用下断裂，在还原剂作用下恢复，C错误；D． 该聚合物含有酰胺基，在强酸强碱作用下可以发生水解，即取代反应，但生成的单体有三种，故D错误；故选A。 7．不饱和聚酯(UP)是生产复合材料“玻璃钢”的基本树脂材料。合成UP的工艺流程如图所示，下列说法错误的是 已知：UP为。 A．一定条件下，UP可与硫酸或NaOH溶液反应 B．丙、丁的分子式分别为、 C．单体1、2、3经缩聚反应制得UP D．甲→丙的过程中，涉及的反应类型有加成反应、取代反应 【答案】B 【分析】甲（）与溴的四氯化碳溶液发生加成反应生成乙（），乙发生在氢氧化钠溶液的作用下水解（取代反应）生成丙（），丙与溴化氢在催化剂的作用下发生加成反应生成，连续氧化生成丁(),丁在氢氧化钠乙醇溶液中发生消去反应后酸化得到单体1（），与单体2、单体3发生缩聚反应生成UP（），故单体2、单体3的结构为、。 【解析】A．UP中含有羟基、羧基、酯基、碳碳双键，酯基在硫酸或NaOH溶液中发生水解，故A正确； B．由分析可知，丙为，分子式为，丁为分子式为，故B错误； C．由分析知，单体1、2、3经缩聚反应制得UP，故C正确； D．由分析知，甲→乙发生加成反应，乙→丙发生取代反应，故D正确； 故答案选B。 8．常用感光高分子聚肉桂酸乙烯酯，它感光后形成二聚交联高分子，它的结构简式如图。据此请回答下列问题： （1）聚肉桂酸乙烯酯可水解为两种分子，一种不含苯环的名称为________。另一种含苯环的名称为肉桂酸，其结构简式为____________。 （2）乙炔与肉桂酸在催化剂的作用下发生某种反应可获得聚肉桂酸乙烯酯的单体，写出该反应的化学方程式：____________。 （3）肉桂酸有多种同分异构体，其中含苯环且苯环上只有一个链状取代基并属于酯类的肉桂酸的同分异构体，除和还有两种，请写出其结构简式：__________、____________。 【答案】（1） 聚乙烯醇 （2） （3） 【解析】（1）聚肉桂酸乙烯酯水解时断裂，生成和，不含苯环的为：，名称为聚乙烯醇；含苯环的名称为肉桂酸，其结构简式为：； （2）乙炔与肉桂酸在催化剂的作用下发生加成反应可获得聚肉桂酸乙烯酯，该反应的化学方程式为：； （3）肉桂酸有多种同分异构体，其中含有苯环且苯环上只有一个链状取代基并属于酯类的肉桂酸的同分异构体有 、、、共4种。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 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，能正确写出顺式聚异戊二烯、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与合成方法，了解高分子分离膜的分离原理和常见应用 二、核心素养目标 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，提升从微观角度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，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：认识高分子材料在生产生活、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、学习重点 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、学习难点 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 一、合成橡胶 1）橡胶的概念 橡胶是一类具有弹性的物质，在外力作用下，橡胶的形状发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状 2）橡胶的分类 3）天然橡胶 （1）单体：异戊二烯即2­甲基­1,3­丁二烯 （2）合成反应方程式为： 4）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）性能：具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油性、耐高温或耐低温等性能 （3）顺丁橡胶合成：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1,3-丁二烯 （4）橡胶的硫化 将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，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。 （5）顺丁橡胶的用途：顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造轮胎。 （6）几种常见的合成橡胶 名称 单体 结构简式 顺丁橡胶 CH2==CH—CH==CH2 丁苯橡胶 (SBR) 氯丁橡胶 (CR) 三、功能高分子材料 1、定义：具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。如，高分子催化剂；各种滤膜；磁性高分子；形状记忆高分子；高吸水性材料；医用高分子材料；高分子药物等 2、分类 功能高分子材料 3、高吸水性树脂 （1）结构特点 ①含有强亲水性原子团(如羧基、羟基、酰氨基等)的支链 ②具有网状结构 （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，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用 （3）改进思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子 （4）合成方法 ①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性。在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可以提高它们的吸水能力。如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂 ②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。聚丙烯酸钠的结构简式为 这两种方法有一个共同特点，都要在反应中加入少量交联剂，让线型结构变为网状结构 （5）应用：可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；可用于婴幼儿使用的纸尿裤 4、高分子分离膜 （1）分离原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一侧，称为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。 （2）特点：让某些物质有选择地通过，而把另外一些物分离掉。 （3）分类：分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。 （4）制作材料：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。 （5）应用：高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等。 5、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 四、白色污染与高分子降解 （1）废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。为了根除“白色污染”，人们联想到淀粉、纤维素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光线的光敏剂的帮助下也能降解的事实，研究出微生物降解和光降解两类高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再进一步转变为CO2和H2O等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用下，高分子的化学键被破坏而发生降解。它们为消除“白色污染”带来了希望 （2）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，可以用于手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释材料等，手术后不用拆线或取出固定材料，减轻了患者与医生的负担。现在还出现了聚乳酸与淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和药品包装等；以及加入光敏剂的聚乙烯等光降解塑料，可用于农用地膜、包装袋等 （3）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。CO2是稳定分子，要让它转化为高分子是很困难的。然而他们发现稀土催化剂能活化CO2，使之与环氧丙烷()等反应生成聚合物。这种工艺目前已投入小规模生产，为消除“白色污染”和减轻温室效应作出了贡献。 【课堂导入 问题探究】 1.列举你生活中见过的橡胶制品：________________________ 2.结合2024年全球轮胎总销量达27.5亿条的数据，思考：天然橡胶的产量和性能能满足现代工业的全部需求吗？你还知道哪些有特殊功能的高分子材料？ 任务一 合成橡胶 活动1：橡胶的分类与天然橡胶的结构 问题思考 1.天然橡胶的主要来源和分类是什么？写出对应成分的结构简式： 种类 来源 成分名称 结构简式 普通天然橡胶 三叶橡胶树 杜仲胶 杜仲树 2.天然橡胶有哪些不足之处？为什么要开发合成橡胶？ 活动2：合成橡胶的合成与性能优化 问题思考 1.合成橡胶按用途分为哪两类？分别列举常见实例： 分类 常见实例 通用橡胶 特种橡胶 2.写出1,3-丁二烯合成顺丁橡胶的化学方程式： 3.刚合成的顺丁橡胶是线型结构，性能有什么缺点？如何改进？ 归纳总结 请写出硫化改性的原理和性能规律： 原理：________________________ 性能规律：____________________ 问题探究 为什么盛放酸性高锰酸钾溶液、溴水的试剂瓶不能使用橡胶塞？请从结构角度分析： 【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 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 任务二 功能高分子材料 活动1：高吸水性树脂 问题思考 开发高吸水性树脂的灵感来源于哪里？为什么纤维素能吸水？ 问题探究（小组讨论） 棉花只能吸收自身质量倍的水，且保水性差，请从结构角度分析原因，并提出改进思路： 原因：①________________________；②________________________ 改进思路：______________________ 归纳总结 请总结高吸水性树脂的结构特点、合成方法和应用： 1.结构特点：①______________________；②______________________ 2.合成方法：①______________________；②______________________ 3.常见应用：________________________________________________ 问题探究（小组讨论） 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？说明理由： 活动2：高分子分离膜 问题思考 1.高分子分离膜的分离原理是什么？ 2.列举高分子分离膜的常见应用： 【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 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 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 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： 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 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 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．天然橡胶具有弹性，但强度差，易发黏。研究人员在研究天然橡胶改性过程中，意外发现橡胶与硫磺混合共热，可以使橡胶制品性能大为改观。橡胶硫化程度越高，强度越大，弹性越差。下列橡胶制品中，硫化程度较高的是 A．医用橡皮手套 B．皮鞋胶底 C．自行车内胎 D．橡皮筋 2．下列说法错误的是 A．丁腈橡胶没有固定的熔点 B．丁腈橡胶的链节中只含两种官能团，由两种单体经加聚反应得到 C．此酚醛树脂受热不能熔融，可用于生产宇宙飞船外壳的烧蚀材料 D．涤纶是对苯二甲酸与乙二醇在催化剂作用下发生缩聚反应生产的 3．下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，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．医用高分子材料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 4．结构简式为的聚合物是一种医用高分子，可用于隐形眼镜材料。下列说法错误的是 A．该聚合物含2种官能团 B．分子中含极性键 C．该聚合物的单体为 D．该聚合物含有键 5．合成高分子材料用途广泛、性能优异，其功能与分子结构有密切的关系。下面是几种高分子材料的结构简式，有关说法不正确的是    A．甲是天然橡胶的主要成分，易老化，能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．乙是由两种单体形成的网状高分子化合物，具有是热塑性 C．丙与NaOH溶液在一定条件下反应，生成高吸水性树脂 D．丁是合成纤维中目前产量第一的聚酯纤维，可由两种单体缩聚合成 6．一种基于二硫键(−S−S−)的自修复热塑性聚氨酯材料的结构如下：   ，该聚合物由X(  )和Y(  )聚合而成，二硫键在氧化剂或还原剂作用下发生变化，二硫键断裂转化为两个巯基(—SH)或者两个巯基重新结合为二硫键，基于该原理可以实现聚合物结构的修复，下列说法正确的是 A．X中碳氮双键比碳氧双键更容易与Y发生反应 B．生成该聚合物的反应属于缩聚反应 C．二硫键在氧化剂作用下断裂，在还原剂作用下恢复 D．该聚合物在一定条件下发生取代反应，能降解成两种单体分子 7．不饱和聚酯(UP)是生产复合材料“玻璃钢”的基本树脂材料。合成UP的工艺流程如图所示，下列说法错误的是 已知：UP为。 A．一定条件下，UP可与硫酸或NaOH溶液反应 B．丙、丁的分子式分别为、 C．单体1、2、3经缩聚反应制得UP D．甲→丙的过程中，涉及的反应类型有加成反应、取代反应 8．常用感光高分子聚肉桂酸乙烯酯，它感光后形成二聚交联高分子，它的结构简式如图。据此请回答下列问题： （1）聚肉桂酸乙烯酯可水解为两种分子，一种不含苯环的名称为________。另一种含苯环的名称为肉桂酸，其结构简式为____________。 （2）乙炔与肉桂酸在催化剂的作用下发生某种反应可获得聚肉桂酸乙烯酯的单体，写出该反应的化学方程式：____________。 （3）肉桂酸有多种同分异构体，其中含苯环且苯环上只有一个链状取代基并属于酯类的肉桂酸的同分异构体，除和还有两种，请写出其结构简式：__________、____________。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $