新教材2023年高中化學(xué)第5章合成高分子第2節(jié)高分子材料課件新人教版選擇性必修3

第二節(jié)高分子材料目標素養(yǎng)1.了解高分子材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。2.了解塑料、合成纖維、合成橡膠的性能和用途。3.知道功能高分子材料的分類,能舉例說明其在生產(chǎn)生活、高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。知識概覽一、高分子材料的分類

二、通用高分子材料1.塑料。(1)主要成分和性能。微思考1聚氯乙烯塑料能否用于食品包裝?生活中黑色、紅色等塑料袋,是因為在塑料中加入了哪些加工助劑?提示:不能;著色劑。聚氯乙烯塑料中含有加工助劑,這些加工助劑在室溫下會“逃逸”出來,且有些還具有一定毒性。(2)塑料的分類。

(3)聚乙烯。①高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的比較。②結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。高分子鏈之間的作用力與鏈的長短有關(guān),高分子鏈越長,高分子相對分子質(zhì)量

越大

,高分子鏈之間的作用力

越大

,軟化溫度和密度

越大

。

微訓(xùn)練1食品保鮮膜按材質(zhì)分為聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等種類。PE保鮮膜可直接接觸食品,PVC保鮮膜則不能直接接觸食品,它對人體有潛在危害。下列有關(guān)敘述不正確的是(

)。A.PE、PVC都屬于鏈狀高分子,受熱易熔化B.PE、PVC的單體都是不飽和烴,能使溴水褪色C.焚燒PVC保鮮膜會放出有毒氣體如HClD.廢棄的PE和PVC均可回收利用以減少白色污染答案:B(4)酚醛樹脂。①合成方法:在酸催化下,等物質(zhì)的量的苯酚與甲醛發(fā)生反應(yīng),苯酚的鄰位或?qū)ξ坏臍湓优c甲醛的

羰基

加成生成羥甲基苯酚,然后羥甲基苯酚之間相互脫水縮合,生成

線型

結(jié)構(gòu)的高分子。具體反應(yīng)如下:

在堿催化下,苯酚與過量甲醛反應(yīng),生成羥甲基苯酚的同時,還生成

二羥甲基苯酚

、三羥甲基苯酚等,繼續(xù)反應(yīng)生成

網(wǎng)狀

結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂。

②性能及應(yīng)用:具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子受熱后不能軟化或熔融,不溶于一般溶劑。酚醛樹脂主要用作絕緣、隔熱、阻燃、隔音材料和復(fù)合材料?？捎糜谏a(chǎn)烹飪器具的手柄,一些電器與汽車的零部件,火箭發(fā)動機、返回式衛(wèi)星和宇宙飛船外殼等的燒蝕材料。微思考2為何酚醛樹脂能作烹飪器具的手柄而聚苯乙烯塑料不可以?提示:酚醛樹脂屬于熱固性材料,受熱不熔融或者軟化,而聚苯乙烯屬于熱塑性材料,受熱容易熔融或者軟化,不能用于制作烹飪器具的手柄。2.合成纖維。(1)纖維的分類。微思考3天然纖維和化學(xué)纖維的成分有哪些差異?提示:天然纖維的成分有糖類、蛋白質(zhì)等,而化學(xué)纖維包括再生纖維和合成纖維,前者與天然纖維的成分幾乎相同,后者主要是石油化工產(chǎn)品,主要含有碳、氫和氧元素。(2)聚酯纖維。①合成方法:合成纖維中產(chǎn)量最大的是聚酯纖維中的滌綸,是對苯二甲酸與乙二醇在催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成的,②性能與應(yīng)用:滌綸強度大,耐磨,易洗,快干,保形性好,但透氣性和吸濕性差,可以與天然纖維混紡獲得改進。滌綸廣泛應(yīng)用于服裝和床上用品,各種裝飾布料,國防軍工特殊織物以及工業(yè)用纖維制品等。(3)聚酰胺纖維。①合成方法:聚酰胺纖維中的錦綸是較早面世的合成纖維之一,由己二胺與己二酸發(fā)生縮聚反應(yīng)生成聚己二酰己二胺纖維(又稱錦綸66、尼龍66),化學(xué)方程式為②性能及應(yīng)用:聚己二酰己二胺不溶于普通溶劑,拉制的纖維具有天然絲的外觀和光澤,且耐磨、強度高。可用于生產(chǎn)絲襪、降落傘、漁網(wǎng)、輪胎簾子線等。3.合成橡膠。(1)性能及應(yīng)用。橡膠是一類具有彈性的物質(zhì),在外力作用下,橡膠的形狀會發(fā)生改變,去除外力后又能恢復(fù)原來的形狀。橡膠在耐磨、耐油、耐寒、耐熱、耐腐蝕等方面有著獨特的優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活的方方面面。(2)合成橡膠的發(fā)展。合成橡膠在20世紀初就已問世,20世紀40年代得到迅速發(fā)展。現(xiàn)在已經(jīng)有丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠等。(3)順丁橡膠。①合成方法:順丁橡膠是以1,3-丁二烯為原料,在催化劑作用下發(fā)生加聚反應(yīng),得到的以順式結(jié)構(gòu)為主的聚合物,化學(xué)方程微思考4在實驗室中盛放強氧化性物質(zhì)(如高錳酸鉀)的試劑瓶一般不能用橡膠塞,這是什么原因呢?提示:絕大多數(shù)橡膠的結(jié)構(gòu)中有碳碳雙鍵或還原性元素(如硫),故橡膠有一定的還原性,容易被強氧化劑氧化。②橡膠的硫化。呈線型結(jié)構(gòu)的橡膠,分子鏈較柔軟,性能較差,將其與硫等硫化劑混合加熱,硫化劑將聚合物中的

雙鍵

打開,以二硫鍵(—S—S—)等把線型結(jié)構(gòu)連接為

網(wǎng)狀

結(jié)構(gòu),得到既有彈性又有強度的順丁橡膠。但硫化交聯(lián)的程度不能過大,否則會使橡膠失去彈性。順丁橡膠具有很好的彈性,耐磨、耐寒性好,主要用于制造輪胎。

微訓(xùn)練2橡膠是重要的工業(yè)原料,生膠的彈性好但強度較差,將其硫化后,強度增大但彈性減弱,且硫化程度越高,強度越大,彈性越差。在以下橡膠制品中,你認為硫化程度最高的是(

)。A.氣球B.醫(yī)用乳膠手套C.汽車外胎D.橡皮筋答案:C三、功能高分子材料1.常見功能高分子材料。材料應(yīng)用高分子催化劑用于化學(xué)反應(yīng)濾膜用于分離純化磁性高分子用于信息儲存形狀記憶高分子用于傳感器高吸水性材料用于吸水保水醫(yī)用高分子材料替代人體器官、組織高分子藥物用于藥物緩釋2.高吸水性樹脂。(1)應(yīng)用:可在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)抗旱保水,改良土壤。可以用于嬰幼兒紙尿褲等。(2)合成思路:一是改造纖維素或淀粉分子,接入強親水基團;二是合成新的帶有強親水基團的高分子。(3)淀粉、纖維素等天然吸水材料的改性。在淀粉或纖維素的主鏈上再接入帶有

強親水

基團的支鏈,提高吸水性能。例如淀粉與丙烯酸鈉在一定條件下發(fā)生反應(yīng),生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物。為防止共聚物溶于水,還需在交聯(lián)劑作用下生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。

(4)用帶有

強親水

基團的烯類單體進行聚合,得到含

親水

基團的聚合物。例如在丙烯酸鈉中加入少量交聯(lián)劑,一定條件下發(fā)生聚合反應(yīng),得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。聚丙烯酸鈉的結(jié)構(gòu)簡式為

。

3.高分子分離膜。(1)分離膜的性能。分離膜只允許

水

及一些

小分子

物質(zhì)通過,其余物質(zhì)則被截留在膜的另一側(cè),形成濃縮液,達到對原液凈化、分離和濃縮的目的。

(2)分離膜的分類。分離膜根據(jù)膜孔大小可分為

微濾膜

、超濾膜、納濾膜和

反滲透膜

等,以分離不同的物質(zhì)。

(3)分離膜的主要材料:主要是有機高分子材料,如醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。(4)分離膜的應(yīng)用:廣泛應(yīng)用于海水淡化和飲用水的制取,以及果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等領(lǐng)域。微訓(xùn)練3高分子材料發(fā)展的主要趨勢是高性能化、功能化、復(fù)合化、精細化和智能化,下列材料不屬于功能高分子材料的是(

)。A.用于生產(chǎn)光盤等產(chǎn)品的光敏高分子材料B.用于制造CPU芯片的良好半導(dǎo)體材料單晶硅C.能用于生產(chǎn)“尿不濕”的高吸水性樹脂D.能導(dǎo)電的摻雜聚乙炔答案:B高分子材料的認識重難歸納1.高分子化學(xué)反應(yīng)的特點:(1)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),高分子的化學(xué)反應(yīng)主要取決于結(jié)構(gòu)特點、官能團與基團之間的影響。如碳碳雙鍵易氧化和加成,酯基易水解,羧基易發(fā)生酯化、取代等反應(yīng)。(2)常見的有機高分子化學(xué)反應(yīng)。①降解:在一定條件下,高分子材料降解為小分子。如有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)熱解為甲基丙烯酸甲酯;聚苯乙烯用氧化鋇處理,能分解為苯乙烯。常見的高分子降解方法有:生物降解,化學(xué)降解,光降解等。②橡膠硫化:天然橡膠()經(jīng)硫化,破壞了碳碳雙鍵,形成雙硫鍵(—S—S—)等,線型結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③催化裂化:塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃性氣體等。2.新型有機高分子材料與傳統(tǒng)的三大合成材料的區(qū)別與聯(lián)系。(1)新型有機高分子材料與傳統(tǒng)的三大合成材料在本質(zhì)上并沒有區(qū)別,它們只是相對而言。①從組成元素看,都由C、H、O、N、S等元素組成;②從合成反應(yīng)看,都由單體經(jīng)加聚或縮聚反應(yīng)形成;③從結(jié)構(gòu)看,也都是分兩種結(jié)構(gòu):線型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。(2)它們的重要區(qū)別在于功能與性能上,與傳統(tǒng)材料相比,新型有機高分子材料的性能更優(yōu)異,往往具備傳統(tǒng)材料所沒有的特殊性能,可用于許多特殊領(lǐng)域。3.線型、網(wǎng)狀高分子材料的比較。

4.功能高分子材料的認識:功能高分子材料既具有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能,又具有某些特殊功能,原因是在高分子的主鏈或支鏈上引入了某種功能原子團。光刻膠是微電子技術(shù)中微細圖形加工的關(guān)鍵材料之一,特別是近年來大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,更是大大促進了光刻膠的研究開發(fā)和應(yīng)用。光刻膠是大規(guī)模集成電路、印刷電路板和激光制板技術(shù)中的關(guān)鍵材料。某一肉桂酸型光刻膠的主要成分A經(jīng)光照固化轉(zhuǎn)變?yōu)锽:1.A經(jīng)光照固化轉(zhuǎn)變?yōu)锽,發(fā)生了什么反應(yīng)?提示:加成反應(yīng)。A經(jīng)光照固化轉(zhuǎn)變?yōu)锽,A中碳碳雙鍵斷裂,生成B中的碳環(huán),發(fā)生了加成反應(yīng)。2.A、B分別屬于什么結(jié)構(gòu)的有機高分子?具有熱固性還是熱塑性?提示:A屬于線型結(jié)構(gòu),具有熱塑性;B屬于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具有熱固性。3.寫出A與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

典例剖析交聯(lián)聚合物P的結(jié)構(gòu)片段如圖所示。下列說法不正確的是(圖中

表示鏈延長)(

)。A.聚合物P的合成反應(yīng)為縮聚反應(yīng)B.聚合物P是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子,具有硬度大、耐熱性強等性能C.聚合物P的原料之一丙三醇可由油脂水解獲得D.鄰苯二甲酸和乙二醇在聚合過程中也可形成類似聚合物P的交聯(lián)結(jié)構(gòu)答案:D解析:鄰苯二甲酸和丙三醇可以發(fā)生縮聚反應(yīng)生成聚合物P,A項正確;由聚合物P的結(jié)構(gòu)可知,高分子鏈之間通過X相連形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),推測具有硬度大、耐熱性強等性能,B項正確;油脂水解生成高級脂肪酸(鹽)和丙三醇,C項正確;乙二醇只有兩個羥基,與鄰苯二甲酸發(fā)生聚合反應(yīng)之后,不會再生成交聯(lián)的酯基,D項錯誤。學(xué)以致用一種芳綸纖維的拉伸強度比鋼絲還高,廣泛用作防護材料。其結(jié)構(gòu)片段如下圖。下列關(guān)于該高分子的說法正確的是(

)。A.完全水解產(chǎn)物的單個分子中,苯環(huán)上的氫原子具有不同的化學(xué)環(huán)境B.完全水解產(chǎn)物的單個分子中,含有官能團—COOH或—NH2C.氫鍵對該高分子的性能沒有影響D.結(jié)構(gòu)簡式為答案:B同的化學(xué)環(huán)境,其官能團分別為—COOH、—NH2,A項錯誤,B項正確;氫鍵可以增強芳綸分子間的作用力,能夠增大芳綸的強度,C項錯誤;該高分子化合物的結(jié)構(gòu)簡式為1.下列有關(guān)線型結(jié)構(gòu)高分子和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子的說法錯誤的是(

)。A.線型結(jié)構(gòu)高分子是由許多鏈節(jié)相互連接成鏈狀,通常不具有或很少具有支鏈,而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子則是長鏈跟長鏈之間產(chǎn)生交聯(lián)B.線型結(jié)構(gòu)高分子通常具有熱塑性,而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子通常具有熱固性C.線型結(jié)構(gòu)高分子可在適當溶劑中溶解,而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子通常很難溶解在一般溶劑中D.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子的相對分子質(zhì)量一定比線型結(jié)構(gòu)高分子的相對分子質(zhì)量大答案:D解析:線型結(jié)構(gòu)高分子是由許多鏈節(jié)相互連接成鏈狀,通常不具有或很少具有支鏈,而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子則是長鏈跟長鏈之間產(chǎn)生交聯(lián),A項正確;線型結(jié)構(gòu)高分子通常具有熱塑性,而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子通常具有熱固性,B項正確;線型結(jié)構(gòu)高分子可在適當溶劑中溶解,而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子通常很難溶解在一般溶劑中,C項正確;網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子和線型結(jié)構(gòu)高分子都是高分子,相對分子質(zhì)量沒有一定的大小關(guān)系,D項錯誤。2.部分兒童毛絨玩具的外材料為純羊毛線,內(nèi)充物為無毒的聚酯纖維()。下列說法正確的是(

)。A.羊毛與聚酯纖維的化學(xué)成分相同B.聚酯纖維和羊毛在一定條件下均能水解C.該聚酯纖維單體為對苯二甲酸和乙醇D.由單體合成聚酯纖維的反應(yīng)屬加聚反應(yīng)答案:B解析:聚酯纖維水解生成對苯二甲酸和乙二醇,羊毛屬于蛋白質(zhì),也能水解。3.下列說法正確的是(

)。A.聚乙炔用I2或Na等摻雜后可形成導(dǎo)電塑料,該導(dǎo)電塑料具有固定的熔點、沸點B.天然橡膠、植物油和裂化汽油都是混合物,其中只有植物油能使溴水因發(fā)生反應(yīng)而褪色C.有機玻璃是以有機物A(甲基丙烯酸甲酯)為單體,通過加聚反應(yīng)得到。合成A的一種途徑是:CH3C≡CH+CO+CH3OH答案:C解析:聚乙炔為混合物,無固定的熔點、沸點,A項錯誤;天然橡膠、植物油和裂化汽油都是混合物,均含碳碳雙鍵,則都能使溴水褪色,B項錯誤;由反應(yīng)可知,生成物只有一種,則該反應(yīng)過程符合綠色化學(xué)要求,C項正確;的單體是CH2═CH—CH═CH2和CH2═CH—CN,D項錯誤。4.黏合劑M的合成路線如下圖所示。

完成下列填空:(1)寫出A和D的結(jié)構(gòu)簡式。A

,D

。

(2)寫出⑦的反應(yīng)類型:

。

(3)寫出②的反應(yīng)條件:

。

(4)反應(yīng)③和⑤的目的是

。

(5)C的具有相同官能團的同分異構(gòu)體共有

種(不包括C本身)。

(6)寫出D在堿性條件下水解的化學(xué)方程式:

。答案:(1)CH2═CH—CH3

CH2═CH—CONH2(2)加成聚合反應(yīng)(或加聚反應(yīng))(3)