（选必3）第5章合成高分子第2节高分子材料（导学案2）

skybamboo · 发表于 5 天前

第二节　高分子材料

发展目标	体系构建
结合合成高分子实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的应用。培养“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”的核心素养。

一、高分子材料的分类
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、黏合剂、涂料等)和功能高分子材料(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。
二、通用高分子材料
(一)塑料
(1)改善塑料性能的加工助剂：为提高柔韧性加入增塑剂，为提高耐热性加入热稳定剂，为赋予它各种漂亮的颜色加入着色剂……。
(2)分类

1．聚乙烯
高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比

比较项目	高压法聚乙烯	低压法聚乙烯
聚合反应条件	150 MPa～300 MPa,200 ℃左右，使用引发剂	0.1 MPa～2 MPa,60～100 ℃，使用催化剂
高分子链的结构	含有较多支链	支链较少
密度/ (g·cm－3)	0.91～0.93	0.94～0.97
软化温度/℃	105～120	120～140
主要性能	无毒，较柔软	无毒，较硬
主要用途	生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等	生产瓶、桶、板、管等

微点拨：
①高压法聚乙烯的密度和熔点均低于低压法聚乙烯的原因为高压法聚乙烯的主链有较多的支链，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低压法聚乙烯的小，熔点和密度也就较低。
②两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融。
2．酚醛树脂
(1)定义：酚醛树脂是酚(如苯酚)与醛(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。
(2)合成
①在酸性(浓盐酸)下生成线型结构的高分子。其反应方程式为

②在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量甲醛与苯酚反应，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，生成网状结构的酚醛树脂。
3．脲醛树脂可以用尿素(H2NCONH2)与甲醛缩聚反应合成
其化学方程式为

(二)合成纤维
1．纤维的分类
(1)合成纤维：以石油、天然气、煤和农副产品等为原料加工制得的单体，再经过聚合反应而制得的纤维。其原料本身不是纤维。
(2)再生纤维：以木材、秸秆等农副产品为原料，经过加工处理得到的纤维。
(3)六纶包括：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶。
其性能具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点，除维纶外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不足。
2．常见合成纤维的合成
(1)涤纶——聚对苯二甲酸乙二酯纤维
合成方程式为

(2)聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)
合成方程式为

(3)高强度芳纶纤维合成

(三)合成橡胶
1．天然橡胶的单体为异戊二烯即2甲基1,3丁二烯，合成反应方程式为

2．合成橡胶
(1)优良性能有耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等。
(2)顺丁橡胶合成方程式为

(3)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。
微点拨：绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性元素(如硫)，故橡胶有较强的还原性。因此，在实验室中盛放强氧化性物质(如高锰酸钾)的试剂瓶不能用橡胶塞。
三、功能高分子材料
常见功能高分子材料有高分子分离膜、高分子催化剂、磁性高分子、记忆高分子、高吸水性材料、医用高分子材料、高分子药物等。
1．高吸水性树脂
(1)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。
(2)合成方法：
①淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性。在它们的主链上再接入带有强亲水基团的支链，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共聚后与交联剂反应生成具有网状结构的淀粉聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
②以带有强亲水基团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，在一定条件下发生聚合，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

。
2．高分子分离膜
(1)原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质则被截留在膜的另一侧，成为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
(2)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。
(3)应用：高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)三大合成材料是指塑料、合成纤维和合成橡胶。       (　　)
(2)高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点高。       (　　)
(3)苯酚与甲醛通过缩聚反应一定形成线状结构高分子。       (　　)
(4)人造丝与人造棉为合成纤维。       (　　)
(5)天然橡胶易被氧化是因为其链节中有碳碳双键。       (　　)
[答案]  (1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
2．橡胶的硫化程度越高，强度越大，但弹性越差。下列橡胶制品中，硫化程度最高的是(　　)
A．医用乳胶手套　　       B．皮鞋胶底
C．自行车内胎       D．橡皮筋
[答案]　B
3．橡胶树是热带植物，在我国海南已大面积种植。从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，其结构简式为

。
试回答下列问题：
(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是______________，天然橡胶加入适量的硫化剂进行硫化后，其结构由________________变成________________，因而硫化橡胶________(填“能”或“不能”)溶于汽油。
(2)天然橡胶的单体是一种无色液体，将该无色液体加入溴水中，溴水________(填“能”或“不能”)褪色。
[解析](1)由天然橡胶的结构简式可知，天然橡胶为线型结构的高分子，能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后，高分子链发生交联，形成网状结构，故硫化橡胶不能溶于汽油。
(2)天然橡胶的单体是

，其分子中含有碳碳双键，能发生加成反应，故能使溴水褪色。
[答案] (1)天然橡胶是线型高分子　线型结构　网状结构(或体型结构)　不能　(2)能

高分子材料的结构及其性能

1．聚乙烯材料具有一定弹性的原因是什么？
[提示]　聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转，使分子链不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态，当有外力作用时，卷曲的高分子链被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢复卷曲状态。
2．苯酚在盐酸和浓氨水作用下与甲醛缩聚形成的酚醛树脂在结构上有什么不同？
[提示]　盐酸作用下，生成线型结构高分子；浓氨水作用下，生成网状结构高分子。
3．高分子材料在结构上可分为哪几种材料？
[提示]　线型结构、支链型结构、网状(体型)结构三种。
4．天然橡胶的单体是什么？链节是什么？写出结构简式。
[提示]　

5．高吸水性树脂比一般性吸水材料在结构上主要差别是什么？
[提示]　高吸水性树脂的分子链上连有强亲水基团的支链，提高了吸水能力。

1．高分子材料的结构及其性能
高分子化合物有线型、支链型和网状结构，它们的结构及性质特点如下表：

基本结构类型	结构特点	性能特点	举例
线型结构	由许多链节相互连成一条长链的高聚物	具有高弹性，在适当的溶剂中能缓慢溶解，加热能熔融，硬度和脆度较小(热塑性)	低压聚乙烯
支链型结构	支链型结构与线型结构类似，是由许多链节相互连成一条长链的高聚物，但是在链节的主链上存在支链	熔点、密度比线型结构的更低	高压聚乙烯
网状结构(体型结构)	一般由多官能团单体相互作用，使主链与主链之间以共价键相连接，形成三维空间的立体网状结构	不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆度较大；不能反复熔化，只能一次加工成型(热固性)	碱作催化剂时制备的酚醛树脂

2.常见“六纶”的结构简式、单体和性能

名称	结构简式	单体	性能	用途
涤纶			抗皱性好、强度高、耐酸腐蚀、耐磨、吸湿性差	衣料、室内装修材料、电绝缘材料、绳索、渔网等
锦纶			耐磨、强度高、耐光、耐碱、有弹性	衣料、绳索、渔网等
腈纶		CH2===CH—CN	弹性高、保温性能好、耐光、耐酸但不耐碱	衣料、毛毯、幕布、工业用布等
丙纶		CH2===CH—CH3	机械强度高、电绝缘性好、耐化学腐蚀、质轻、耐油性差	可制成薄膜、日常用品、管道、包装材料等
维纶		CH3COOCH===CH2 和HCHO	吸湿性优良，有“人造棉花”之称	可与棉花混纺，作维棉混纺织物，制成滤布、帆布、传送带等
氯纶		CH2===CH—Cl	难燃，耐酸、碱，吸湿性差	可编织窗纱、筛网、网袋与绳子，制成毛线、毛毯、棉絮、滤布等

3.常见合成橡胶的单体、结构简式、性能和用途

4.高吸水性树脂的结构与性能
(1)结构特点：含有强亲水基团，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)制取高吸水性树脂的方法
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子主链上再接入带有强亲水基团的支链，以提高它们的吸水能力。
②以带有强亲水基团的化合物，如丙烯酸钠CH2===CH—COONa等为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水性高聚物。

1．有甲、乙两种高聚物，甲能溶于有机溶剂，加热可熔融；乙不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中错误的是(　　)
A．高聚物甲可能具有弹性，而高聚物乙没有弹性
B．高聚物甲可能是线型高分子化合物材料
C．高聚物甲一定是体型高分子化合物材料
D．高聚物乙一定是体型高分子化合物材料
C　[根据题意可知，甲为热塑性高分子材料，乙为热固性高分子材料，故甲可能是线型高分子化合物材料也可能是支链型高分子化合物材料，乙一定是体型高分子化合物材料，所以选项C错误。]
2．PVC是聚氯乙烯的英文缩写，为保证PVC塑料制品的性能，通常需要加入多种有机助剂。下列选项中的事实均能支持“PVC保鲜膜对人体健康带来危害”这种假设的是(　　)
①PVC塑料属于高分子材料
②使用的有机助剂有毒
③含氯的化合物不一定有毒
④在高温下会分解出有害物质
A．①②　　　　　　　 B．③④
C．②④ D．①③
C　[聚氯乙烯是一种高分子化合物，在日常生活中应用非常广泛，但在高温或光照老化过程中会分解出HCl等有害物质，同时其所含的增塑剂(有机助剂)有毒，不宜用聚氯乙烯塑料制品盛装食品或直接接触食品。②④符合要求。]
3．奥运吉祥物福娃外材料为纯羊毛线，内充物为无毒的聚酯纤维(

)。下列说法正确的是 (　　)
A．羊毛与聚酯纤维的化学成分相同
B．聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能水解
C．该聚酯纤维单体为对苯二甲酸和乙醇
D．由单体合成聚酯纤维的反应属于加聚反应
B　[羊毛的主要成分为蛋白质，A项错误；聚酯纤维能水解生成对苯二甲酸和乙二醇，而羊毛水解最终产物为氨基酸，B项正确，C项错误；合成聚酯纤维的反应为缩聚反应，D项错误。]
4．橡胶是一种重要的战略物资，一般分为天然橡胶和合成橡胶两类。丁苯橡胶是合成橡胶的一种，其结构简式为

。下列说法正确的是(　　)

C．装液溴或溴水的试剂瓶可用丁苯橡胶作瓶塞
D．丁苯橡胶会老化
D　[丁苯橡胶是通过1,3丁二烯(CH2===CH—CH===CH2)和苯乙烯(

)发生加聚反应得到的；由于链节中含有碳碳双键，故丁苯橡胶能与溴发生加成反应，因此装液溴或溴水的试剂瓶不能用丁苯橡胶作瓶塞；丁苯橡胶受氧气、臭氧、日光，特别是高能辐射的作用会老化。]
5．聚丙烯酸钠(单体为CH2===CHCOONa)是一种高性能吸水树脂，可在干旱地区用于农业、林业、植树造林时的抗旱保水。下列关于聚丙烯酸钠的说法正确的是(　　)
A．聚丙烯酸钠的结构简式为

B．聚丙烯酸钠可以通过单体发生缩聚反应制得
C．聚丙烯酸钠具有热塑性
D．聚丙烯酸钠是一种网状结构的高分子材料
C　[碳碳双键能发生加聚反应，所以聚丙烯酸钠的结构简式为CH

，A、B项不正确；聚丙烯酸钠是一种线型结构的高分子材料，具有热塑性，C项正确，D项不正确。]

　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。
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。

(1)废弃塑料成为白色污染的根本原因是什么？为了根除白色污染，人们研究出了哪两类材料？
(2)写出聚乳酸合成的化学方程式，指明反应类型。
(3)用聚乳酸与淀粉混合制成的降解塑料容易降解的原因是什么？
(4)在特定催化剂作用下，CO2与环氧丙烷(

)发生聚合反应生成聚合物，写出化学方程式和反应类型。
[提示](1)在自然界中降解非常慢。
微生物降解高分子和光降解高分子材料。
(2)

＋(n－1)H2O。缩聚反应。
(3)聚乳酸或淀粉在自然界中可以发生水解。

通过对白色污染与高分子降解的学习，培养学生“科学探究与社会责任”的核心素养。

1．下列说法正确的是(　　)
A．合成纤维和人造纤维统称为化学纤维
B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是热固性塑料
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．可以将合成材料和塑料制品废弃物倾倒到海洋中进行处理
A　[合成纤维和人造纤维统称化学纤维，A正确；聚氯乙烯为热塑性塑料，B错；锦纶(即尼龙)属于合成纤维，燃烧时没有烧焦羽毛的气味，C错；塑料废弃物不可以乱倒，D错。]
2．角膜接触镜俗称隐形眼镜，其性能主要有良好的透气性和亲水性。下列可以作为隐形眼镜材料的是(　　)
A．聚乙烯
B．聚氯乙烯

C　[隐形眼镜的材料具有透气性和亲水性，该物质中应有亲水基团，符合要求的只有C项。]
3．下列说法正确的是(　　)
A．天然橡胶

和杜仲胶

互为同分异构体

D　[A项，高分子化合物为混合物，故二者不互为同分异构体；B项中两种物质的官能团不同，前者含有羧基，后者含有醛基和羟基，不属于同类物质，故不互为同系物；合成C项中高分子化合物的单体应为1,3丁二烯和丙烯。]
4．某航天服的材料中含尼龙1010，其结构简式为

下列有关尼龙1010的说法正确的是(　　)
A．尼龙1010是通过加聚反应制成的
B．尼龙1010的单体是H2N(CH2)10NHCO(CH2)8COOH
C．尼龙1010是通过缩聚反应制成的
D．制作舱外航天服的材料要质轻，方便航天员在舱外行走
C　[尼龙1010分子结构中含有若干个肽键

，因此它是通过缩聚反应制成的，A项错误，C项正确；合成尼龙1010的单体是H2N(CH2)10NH2和HOOC(CH2)8COOH，B项错误；由于舱外航天服是在太空失重的情况下穿的，不需要考虑材料的轻重，D项错误。]
5．(素养题)实验室制取少量酚醛树脂的过程如下：在大试管中加入2.5 g苯酚，加入2.5 mL质量分数为40%的甲醛溶液，再加入1 mL浓盐酸，加热，等反应不再剧烈进行后，再加热一会儿，即可看到黏稠的近似固体的酚醛树脂。回答下列问题：
(1)浓盐酸在该实验中的作用是________。
(2)加热的方式是________。
A．用酒精灯直接加热　　　B．沸水浴
C．50～60 ℃水浴 D．用手微热
(3)写出该反应的化学方程式：__________________________
_____________________________________________________，
反应类型________________。
(4)得到的酚醛树脂常显粉红色的原因是_________________。
[答案] (1)催化剂　(2)B
(4)反应过程中，少部分苯酚被氧化

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[人教版] （选必3）第5章合成高分子第2节高分子材料（导学案2）