新教材適用2023-2024學(xué)年高中化學(xué)第5章合成高分子第2節(jié)高分子材料學(xué)案新人教版選擇性必修3

第二節(jié)高分子材料學(xué)習(xí)目標(biāo)1．結(jié)合典型實(shí)例，認(rèn)識塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2．結(jié)合典型實(shí)例，了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。核心素養(yǎng)1．宏觀辨識與微觀探析：從身邊常見的通用高分子材料、功能高分子材料入手，了解高分子合成材料的分類、結(jié)構(gòu)和性能及主要用途，能從物質(zhì)的微觀層面理解線型結(jié)構(gòu)、體型結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系。2．科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：通過實(shí)驗(yàn)探究了解酸性和堿性條件下酚醛樹脂的制備方法的不同。3．科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：通過活動課研究、學(xué)習(xí)治理“白色污染”的途徑和方法，關(guān)注和愛護(hù)自然，樹立社會責(zé)任感，具有綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識。深刻理解化學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系。塑料、合成纖維、合成橡膠是20世紀(jì)人類的偉大成就，也是高分子化合物發(fā)展的重要成果。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，以塑料、合成纖維、合成橡膠為代表的合成高分子材料不僅給社會和人們生活帶來了巨大的變化，而且合成高分子材料的研制和生產(chǎn)水平，已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。新知預(yù)習(xí)一、高分子材料的分類二、通用高分子材料1．塑料(1)塑料的成分(2)分類(3)聚乙烯①高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的比較高壓法聚乙烯低壓法聚乙烯合成條件高溫、高壓、引發(fā)劑低壓、催化劑分子結(jié)構(gòu)類型支鏈型線型相對分子質(zhì)量相對較小相對較大熔融溫度相對較低相對較高密度相對較小相對較大硬度相對較小相對較大主要性能無毒、無味、較柔軟無毒、無味、較硬主要用途生產(chǎn)食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等生產(chǎn)瓶、桶、板、管等，相對分子質(zhì)量更大的(>106)可用于制造防彈服、防彈頭盔等②低密度、高密度聚乙烯熔點(diǎn)、密度區(qū)別的原因b．影響低密度、高密度聚乙烯熔點(diǎn)、密度的主要因素類型結(jié)果因素低密度聚乙烯高密度聚乙烯支鏈支鏈較多支鏈較少分子間作用力低密度聚乙烯小于高密度聚乙烯熔點(diǎn)、密度低密度聚乙烯低于高密度聚乙烯(4)酚醛樹脂①實(shí)驗(yàn)探究——酸性、堿性條件下制備酚醛樹脂實(shí)驗(yàn)操作在試管中加入2g苯酚、3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的甲醛溶液和3滴濃鹽酸，在沸水浴中加熱，當(dāng)試管中反應(yīng)物接近沸騰時，從沸水浴中取出試管，并用玻璃棒攪拌在另一試管中加入2g苯酚和3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的甲醛溶液，置于水浴中加熱片刻，稍加振蕩后，加入0.5mL濃氨水，在水浴中加熱實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生白色固體物質(zhì)產(chǎn)生白色固體物質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論甲醛和苯酚在酸或堿作用下均可發(fā)生縮聚反應(yīng)生成樹脂②酚醛樹脂的形成和結(jié)構(gòu)a．在酸催化下的化學(xué)方程式為，＋(n－1)H2O。b．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(如)、三羥甲基苯酚()繼續(xù)反應(yīng)生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂。③酚醛樹脂的用途酚醛樹脂主要用作絕緣、隔熱、阻燃、隔音等器材和復(fù)合材料，如烹飪器具手柄，家用電器開關(guān)等。2．合成纖維(1)纖維的分類(2)合成纖維的性能和應(yīng)用(3)常見合成纖維①六大綸包括：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸，其中維綸被稱為“人造棉花”，因其分子鏈上含有羥基而具有較好的吸濕性。②兩類合成纖維的比較聚酯纖維聚酰胺纖維實(shí)例滌綸錦綸成分聚對苯二甲酸乙二酯纖維聚己二酰己二胺纖維性能強(qiáng)度大，耐磨，易洗，快干，保型性好，但透氣性和吸濕性差，可以與天然纖維混紡獲得改進(jìn)不溶于普通溶劑，熔化溫度高于260℃，拉制的纖維具有天然絲的外觀和光澤，耐磨性和強(qiáng)度高應(yīng)用大量用于服裝與床上用品、各種裝飾布料、國防軍工特殊織物，以及工業(yè)用纖維制品等絲襪、降落傘、漁網(wǎng)、輪胎、簾子線等制備反應(yīng)滌綸：_＋(2n－1)H2O__錦綸：nH2N—(CH2)6—NH2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))_＋(2n－1)H2O__3.合成橡膠(1)橡膠的分類橡膠eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(天然橡膠,合成橡膠\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(丁苯橡膠,順丁橡膠,氯丁橡膠,丁腈橡膠,乙丙橡膠,硅橡膠))))(2)合成橡膠的原料與性能①原料：以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴等為單體，聚合而成。②性能：具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油性、耐高溫或耐低溫等性能。(3)合成橡膠的結(jié)構(gòu)——以順丁橡膠為例合成反應(yīng)nCH2=CH—CH=CH2結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu)，加入硫化劑加熱，以二硫鍵(—S—S—)等連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(4)天然橡膠結(jié)構(gòu)簡式為，其單體為。三、功能高分子材料1．性能和分類2．高吸水性樹脂(1)合成方法①對淀粉、纖維素等天然吸水材料進(jìn)行改性，在它們的高分子鏈上再接上含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈，以提高它們的吸水能力。②以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合物為單體，均聚或共聚得到親水性高聚物。如：丙烯酸鈉中加入交聯(lián)劑，在一定條件下發(fā)生聚合，得到聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂，結(jié)構(gòu)簡式為。(2)性能可吸收其自身質(zhì)量數(shù)百倍甚至上千倍的水，同時保水能力強(qiáng)，還能耐一定的擠壓作用。(3)應(yīng)用：干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、植樹造林時抗旱保水、改良土壤，改造沙漠，嬰幼兒紙尿褲等。3．高分子分離膜應(yīng)用體驗(yàn)1．下列關(guān)于功能高分子材料的說法錯誤的是(C)A．醫(yī)用高分子材料、高分子催化劑、磁性高分子材料等屬于功能高分子材料B．高分子分離膜可用于海水淡化、濃縮天然果汁等C．用于制造CPU芯片的良好半導(dǎo)體材料單晶硅屬于功能高分子材料D．在淀粉、纖維素的主鏈上再接上含強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈，可提高它們的吸水能力解析：半導(dǎo)體材料單晶硅屬于傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料。2．下列合成纖維中吸水性較好的是(D)A．滌綸B．氯綸C．丙綸D．維綸解析：滌綸中含有大量酯基，酯類物質(zhì)不易溶于水，A項(xiàng)不符合題意；氯綸中含有的官能團(tuán)為氯原子，鹵代烴均不溶于水，B項(xiàng)不符合題意；丙綸中只含C、H元素，其吸水性較弱，C項(xiàng)不符合題意；維綸中含有大量親水的羥基，其吸水性較好，D項(xiàng)符合題意。3．保水劑是一種強(qiáng)吸水性樹脂，能在短時間內(nèi)吸收自身質(zhì)量幾百倍至上千倍的水分。聚丙烯酸鈉就是一種高吸水性樹脂。下面是丙烯合成聚丙烯酸鈉的化工流程：請回答下列問題。(1)上述反應(yīng)中屬于加成反應(yīng)的有_①⑤__，反應(yīng)⑧的反應(yīng)類型為_聚合反應(yīng)(或加聚反應(yīng))__。(2)若A的分子式為C3H6Br2，則其結(jié)構(gòu)簡式為_CH3CHBrCH2Br__，D中的官能團(tuán)有_碳碳雙鍵、羧基__。(3)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：④＋2[Ag(NH3)2]OH＋3NH3＋2Ag↓＋H2O；⑧nCH2=CHCOONaeq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))。要點(diǎn)歸納知識點(diǎn)1高分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)問題探究：(1)為了研究高分子材料的溶解性，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：看到除橡皮粉末發(fā)生溶脹外，其他三個試管內(nèi)的高分子材料都溶解了，你能得出什么結(jié)論？(2)能用帶橡膠塞的試劑瓶盛放高錳酸鉀溶液等強(qiáng)氧化性物質(zhì)嗎？(3)聚乙烯材料具有一定彈性的原因是什么？探究提示：(1)大多數(shù)高分子可以溶解于適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑，這一類是線型高分子材料；少數(shù)高分子材料不能溶解于有機(jī)溶劑，但能發(fā)生溶脹，這一類是網(wǎng)狀高分子材料。(2)不能。橡膠中含有碳碳雙鍵，易被氧化。(3)聚乙烯分子鏈上的碳碳單鍵可以發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使分子鏈不可能是一條直線，只能呈不規(guī)則的卷曲狀態(tài)，當(dāng)有外力作用時，卷曲的高分子鏈被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢復(fù)卷曲狀態(tài)。知識歸納總結(jié)：1．高分子化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)(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(diǎn)、官能團(tuán)與基團(tuán)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(jī)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(jī)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，形成單硫鍵(—S—)或二硫鍵(—S—S—)，線型結(jié)構(gòu)變?yōu)轶w型結(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．高分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)合成高分子的分子結(jié)構(gòu)大致可以分為線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。分類線型高分子網(wǎng)狀高分子線型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分子中的原子以共價(jià)鍵相互連接，構(gòu)成一條很長的卷曲狀態(tài)的“鏈”分子鏈與分子鏈之間有許多共價(jià)鍵交聯(lián)起來，形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)溶解性能緩慢溶解于適當(dāng)溶劑很難溶解，但往往有一定程度的溶脹性能具有熱塑性，無固定熔點(diǎn)具有熱固性，受熱不熔化特性強(qiáng)度大、可拉絲、吹薄膜、絕緣性好強(qiáng)度大、絕緣性好，有熱固性常見物質(zhì)聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡膠酚醛樹脂、硫化橡膠典例1橡膠樹是熱帶植物，在我國海南已大面積種植。從橡膠樹的膠乳中可提取天然橡膠，天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯，其結(jié)構(gòu)為，試回答下列問題：(1)天然橡膠能溶于汽油的根本原因是它是線型高分子，天然橡膠加入適當(dāng)硫進(jìn)行硫化后，其結(jié)構(gòu)由線型結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而硫化橡膠不能(填“能”或“不能”)溶于汽油。(2)天然橡膠的單體是一種無色液體，將該無色液體加入溴水中，溴水是否褪色？褪色；分析其原因：單體中含有碳碳雙鍵，可使溴水褪色。解析：(1)從天然橡膠成分的結(jié)構(gòu)簡式可知天然橡膠為線型結(jié)構(gòu)的高分子，能溶于適當(dāng)?shù)娜軇?。天然橡膠硫化后，引入的硫原子間可形成共價(jià)鍵，從而使高分子鏈發(fā)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。故硫化橡膠不能溶于汽油。(2)天然橡膠的單體中含有兩個碳碳雙鍵，能與溴發(fā)生加成反應(yīng)，使溴水褪色。素養(yǎng)應(yīng)用?為了減少白色污染，科學(xué)家合成了聚乳酸(PLA)塑料，其結(jié)構(gòu)片段如圖所示(圖中—表示鏈延長)。下列說法錯誤的是(C)A．PLA聚合物的鏈節(jié)為B．PLA可由通過縮聚反應(yīng)制得C．PLA的制取過程中可能會產(chǎn)生副產(chǎn)物D．相比于聚氯乙烯塑料，PLA的優(yōu)點(diǎn)是易降解解析：根據(jù)PLA的結(jié)構(gòu)片段，并結(jié)合其連接方式可判斷該聚合物屬于聚酯類高分子，其鏈節(jié)為，A項(xiàng)正確；PLA的制取過程中，兩個之間可能發(fā)生酯化反應(yīng)，產(chǎn)生的副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式為，不可能產(chǎn)生，C項(xiàng)錯誤；PLA的結(jié)構(gòu)中含有酯基，具有酯類化合物的性質(zhì)，易發(fā)生水解反應(yīng)而降解，D項(xiàng)正確。知識點(diǎn)2功能高分子材料問題探究：(1)下列材料中，哪些不屬于功能高分子材料？①有機(jī)玻璃②合成橡膠③高分子分離膜④生物高分子材料⑤隱身材料⑥液晶高分子材料⑦光敏高分子材料⑧智能高分子材料(2)尿不濕中的吸水劑吸水后擠壓擠不出水，這是為什么呢？探究提示：(1)有機(jī)玻璃屬于傳統(tǒng)合成材料中的塑料。塑料、合成橡膠、合成纖維屬于三大傳統(tǒng)合成材料，它們不屬于新型有機(jī)高分子材料。則答案為①、②。(2)尿不濕所使用的吸水劑是高分子材料吸水樹脂，利用高分子材料上的親水基團(tuán)吸水，屬于功能高分子材料。知識歸納總結(jié)：1．功能高分子材料的品種與分類2．功能高分子材料的比較常見功能高分子材料主要功能主要應(yīng)用高分子膜高分子分離膜選擇性地允許某些物質(zhì)通過①廢水處理②海水淡化③濃縮果汁、乳制品加工、釀酒等高分子傳感膜把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能①發(fā)電②開發(fā)新型電池高分子熱電膜把熱能轉(zhuǎn)換成電能①發(fā)電②開發(fā)新型電池醫(yī)用高分子材料①具有優(yōu)異的生物相容性②具有某些特殊功能人造器官典例2線型PAA()具有高吸水性，網(wǎng)狀PAA在抗壓性、吸水性等方面優(yōu)于線型PAA。網(wǎng)狀PAA的制備方法是將丙烯酸用NaOH中和，加入少量交聯(lián)劑a，再引發(fā)聚合。其部分結(jié)構(gòu)片段如圖。下列說法不正確的是(C)A．線型PAA的單體不存在順反異構(gòu)現(xiàn)象B．形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程發(fā)生了加聚反應(yīng)C．交聯(lián)劑a的結(jié)構(gòu)簡式是D．PAA的高吸水性與—COONa有關(guān)解析：線型PAA的單體為丙烯酸鈉，其中一個雙鍵碳原子上連有2個H原子，不存在順反異構(gòu)現(xiàn)象，A正確；丙烯酸鈉與交聯(lián)劑a發(fā)生了加聚反應(yīng)，碳碳雙鍵變成單鍵，不飽和度降低，形成聚合物，B正確；根據(jù)題中聚合物的部分片段可以看出交聯(lián)劑a的結(jié)構(gòu)簡式為，C錯誤；—COONa具有親水性，PAA的高吸水性與—COONa有關(guān)，D正確。素養(yǎng)應(yīng)用?一種用于隱形眼鏡材料的聚合物片段如下：下列關(guān)于該高分子說法正確的是(A)A．結(jié)構(gòu)簡式為B．氫鍵對該高分子的性能沒有影響C．完全水解得到的高分子有機(jī)物，含有官能團(tuán)羧基和碳碳雙鍵D．完全水解得到的小分子有機(jī)物，具有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子1．下列高聚物經(jīng)簡單處理可以從線型結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的是(D)A．①② B．③④C．①④ D．②③2．白色污染是對廢棄塑料污染環(huán)境現(xiàn)象的一種形象稱謂，是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子制成的包裝袋、農(nóng)用地膜、一次性餐具、塑料瓶等塑料制品使用后被棄置成為固體廢物，由于隨意亂丟亂扔，難以降解處理，給生態(tài)環(huán)境造成的污染。我國研制成功的一種可降解塑料，結(jié)構(gòu)如下：A．該塑料有良好的生物適應(yīng)性和分解性，能自然腐爛分解。試回答下列問題：(1)這種可降解塑料的A、B、C結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的三種單體依次是：a、b、c。(2)可降解塑料A、B、C在自然界可通過水解反應(yīng)(填反應(yīng)類型)對應(yīng)降解為a、b、c三種小分子