2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第三單元化學(xué)與材料的發(fā)展課題3高分子化合物與材料學(xué)案新人教版選修2

PAGE11-課題3高分子化合物與材料1．了解高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點和基本性質(zhì)。2．了解加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點。3．了解新型高分子材料的性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。4．了解合成高分子化合物在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高生活質(zhì)量方面的貢獻(xiàn)。授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第38頁一、高分子化合物的合成1．高分子化合物(1)概念：相對分子質(zhì)量從幾萬到幾百萬甚至更高的化合物稱為高分子化合物，簡稱為高分子，也稱為聚合物或高聚物。(2)分類：依據(jù)來源可分為自然高分子化合物和合成高分子化合物。(3)表示方法：有機(jī)高分子化合物通常是由簡潔的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如聚乙烯：①結(jié)構(gòu)簡式：CH2—CH2。②鏈節(jié)：(重復(fù)結(jié)構(gòu)單元)—CH2—CH2—。③聚合度：是指高分子鏈所含鏈節(jié)的數(shù)目n。④單體：是指能合成高分子化合物的小分子物質(zhì)。聚乙烯的單體是CH2=CH22.加成聚合反應(yīng)1概念：由含有雙鍵、三鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的低分子以加成反應(yīng)的方式結(jié)合成高分子化合物的反應(yīng)，簡稱加聚反應(yīng)。2加聚反應(yīng)的特點及產(chǎn)物的命名：加聚反應(yīng)生成的高分子化合物稱為聚合樹脂，它們多在原始單體名稱前冠以“聚”字命名，加聚反應(yīng)的特點是反應(yīng)過程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物。3寫出聚乙烯的①結(jié)構(gòu)簡式：CH2—CH2，②鏈節(jié)：—CH2—CH2—，③單體：CH2=CH2。4加聚反應(yīng)方程式的書寫3．縮合聚合反應(yīng)(1)概念：單體分子之間反應(yīng)生成高分子化合物，同時產(chǎn)生小分子副產(chǎn)物的反應(yīng)，簡稱縮聚反應(yīng)。(2)縮聚反應(yīng)的特點：由含有活性官能團(tuán)的兩個或兩個以上的單體，在加熱和催化劑的作用下，經(jīng)縮合反應(yīng)，相互連接而得到相對分子質(zhì)量高的聚合物，并同時析出水、氨、醇等副產(chǎn)物(低分子化合物)。(3)縮聚反應(yīng)方程式的書寫二、塑料制品的加工1．線型結(jié)構(gòu)：分子呈長鏈狀，即以共價鍵結(jié)合成高分子鏈，鏈與鏈之間以分子間作用力相結(jié)合，可溶于有機(jī)溶劑，受熱軟化成液體，冷卻后又變成固體，即具有熱塑性。如合成纖維、塑料(如聚乙烯)。2．體型結(jié)構(gòu)：以共價鍵結(jié)合成高分子鏈，鏈與鏈之間以共價鍵產(chǎn)生交聯(lián)而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不易溶解，長期浸泡在溶劑中只能發(fā)生溶脹。具有熱固性，加熱成型后受熱不熔化，如酚醛樹脂(電木)塑料。塑料制品一般不易導(dǎo)電，通常是電絕緣材料。三、性能優(yōu)異的合成材料高分子材料的性能與運用中的缺點：易燃、易老化、廢棄物不易分解。1．塑料的改性：常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。2．功能高分子材料：功能高分子材料的發(fā)展趨勢是高性能化、功能化、復(fù)合化、精細(xì)化、智能化。3．復(fù)合材料：具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合性能上超過單一材料。四、環(huán)境中的高分子材料1．高分子材料的老化：高分子材料在運用過程中，由于環(huán)境的影響，其強(qiáng)度、彈性、硬度等性能漸漸變差的現(xiàn)象稱為老化。防止措施：合成高分子材料生產(chǎn)中一般要加入光穩(wěn)定劑、抗氧劑和阻燃劑等以提高其運用壽命。2．環(huán)境降解高分子材料的開發(fā)：高分子材料運用后的降解主要涉及光降解、生物降解和化學(xué)降解，環(huán)境降解高分子材料的開發(fā)以生物降解材料為主。3．廢舊高分子材料的回收利用途徑(1)改性利用和再生做成有用材料和制品；(2)用熱裂解使其分解，制備化工原料；(3)廢舊聚合物用作燃料。授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第39頁要點一高分子化合物的合成1．高分子化合物(1)高分子化合物，指的是相對分子質(zhì)量很大的有機(jī)物質(zhì)(相對分子質(zhì)量一般在一萬以上，有的可達(dá)上千萬)。(2)高分子化合物按其來源可分為自然高分子化合物和合成高分子化合物兩大類，自然高分子化合物有：淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等；合成高分子化合物主要有三大類：合成纖維、塑料和合成橡膠。(3)合成高分子化合物是由低相對分子質(zhì)量的有機(jī)化合物(稱為單體)聚合而成，按聚合反應(yīng)方式的不同，分為加聚聚合與縮聚聚合。2．加聚反應(yīng)(1)定義：不飽和單體間通過加成反應(yīng)相互結(jié)合生成高分子化合物的反應(yīng)。(2)特點：①無小分子的副產(chǎn)物生成；②所生成的高分子的式量是單體式量的整數(shù)倍；③高分子與單體具有相同的元素養(yǎng)量組成；④通過共價鍵結(jié)合，具有特定結(jié)構(gòu)，故化學(xué)組成并不困難。(3)單體的結(jié)構(gòu)條件：含有雙鍵、三鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的小分子在肯定條件下可發(fā)生加聚反應(yīng)，不飽和單體中常含等結(jié)構(gòu)。(4)加聚產(chǎn)物結(jié)構(gòu)簡式的書寫：將鏈節(jié)寫在方括號內(nèi)，聚合度n在方括號的右下角。由于加聚產(chǎn)物的端基不確定，通常用“－”表示。如聚丙烯的結(jié)構(gòu)簡式：(5)常見的加聚反應(yīng)①單體分子中含一個鍵的加聚：單體分子中的碳碳雙鍵中的一個鍵斷裂，單體間相互結(jié)合成鏈狀高分子化合物。如：②含共軛雙鍵的加聚反應(yīng)：分子中含有雙鍵、單鍵交替結(jié)構(gòu)的烯烴，稱為共軛烯烴，其中的雙鍵為共軛雙鍵。此類烯烴在加聚時，原來的兩個鍵中的一個不穩(wěn)定鍵斷裂，在形成的高分子化合物中生成一個新的雙鍵，單體相互結(jié)合成鏈狀。如：③不同烯烴之間的共聚④含碳氧雙鍵的加聚反應(yīng)⑤碳碳三鍵的加聚3.縮聚反應(yīng)1定義：單體分子間脫去小分子而相互結(jié)合生成高分子化合物的反應(yīng)。2單體的結(jié)構(gòu)條件：一般來說其單體至少有兩個官能團(tuán)。例如：HOCH2COOH；H2NCH2COOH；HOOC—COOH；HOCH2—CH2OH等等。3特點：①反應(yīng)中總伴隨有小分子副產(chǎn)品如H2O、HCl、NH3等生成；②單體和聚合物的組成不同4縮合聚合物簡稱縮聚物結(jié)構(gòu)簡式的書寫：要在方括號外側(cè)寫出鏈節(jié)余下的端基原子或原子團(tuán)。如：5縮聚反應(yīng)方程式的書寫,①單體的物質(zhì)的量與縮聚物結(jié)構(gòu)簡式中的小角標(biāo)要一樣；②要留意小分子的物質(zhì)的量：一般由一種單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)，生成小分子的物質(zhì)的量為n—1；有兩種單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)，生成小分子的物質(zhì)的量為2n—1。6常見的縮聚反應(yīng)①醇酸縮聚：此類反應(yīng)的通式可表示為②羥酸縮聚③含氨基與羧基的單體間的縮聚：此類反應(yīng)的通式可表示為nHOOC—R—COOH＋nH2N—R1—NH2eq\o(→,\s\up7(催化劑))④氨基酸的縮聚4．加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的對比加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)單體結(jié)構(gòu)單體必需是含有雙鍵等不飽和鍵的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等)單體為含有兩個或兩個以上的官能團(tuán)的(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)化合物反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)發(fā)生在不飽和鍵上反應(yīng)發(fā)生在不同的官能團(tuán)之間聚合方式通過碳碳雙鍵上的加成連接通過縮合脫去小分子而連接反應(yīng)特點只生成高聚物，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生生成高聚物的同時，還有小分子副產(chǎn)物生成(如H2O、NH3、HCl)聚合物化學(xué)組成所得高聚物的化學(xué)組成跟單體的化學(xué)組成相同，其相對分子質(zhì)量eq\x\to(M)＝M(單體)×n(聚合度)所得高聚物的化學(xué)組成跟單體的化學(xué)組成不同，其相對分子質(zhì)量eq\x\to(M)<M(單體)×n(聚合度)[例1]下列塑料的合成，所發(fā)生的反應(yīng)類型與另外三種不同的是()A．聚乙烯塑料(CH2—CH2))[解析]推斷反應(yīng)類型，對高聚物進(jìn)行識別，實際是變相地找單體。單體依次為：乙烯、氯乙烯、苯酚和甲醛、苯乙烯，進(jìn)而得出酚醛樹脂是縮聚產(chǎn)物，另外三種是加聚產(chǎn)物。[答案]C1．用于北京奧運會的國家游泳中心(水立方)的建筑采納了膜材料ETFE，該材料為四氟乙烯與乙烯的共聚物。四氟乙烯也可與六氟丙烯共聚成聚全氟乙丙烯。下列說法錯誤的是()A．ETFE分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的連接方式B．合成ETFE及合成聚全氟乙丙烯的反應(yīng)均為加聚反應(yīng)C．聚全氟乙丙烯分子的結(jié)構(gòu)簡式可能為CF2—CF2—CF2—CF—CF3D．四氟乙烯分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵解析：ETFE是CF2eq\o(=,\s\up7(CF2與CH2))CH2的共聚物，結(jié)構(gòu)簡式可表示為：CH2—CH2—CF2—CF2。聚全氟乙丙烯是CF2eq\o(=,\s\up7(CF2與CF2))CF—CF3的共聚物，結(jié)構(gòu)簡式可表示為：CF2CF2分子中的鍵是非極性鍵，C—F鍵是極性鍵。答案：C要點二高分子材料與復(fù)合材料1．線型結(jié)構(gòu)、體型結(jié)構(gòu)高分子材料比較線型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu)舉例合成纖維、塑料(如聚乙烯)酚醛樹脂(電木)塑料結(jié)構(gòu)特點以共價鍵結(jié)合成高分子鏈，鏈與鏈之間以分子間作用力結(jié)合以共價鍵結(jié)合成高分子鏈，鏈與鏈之間以共價鍵產(chǎn)生交聯(lián)而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)溶解性可溶，但溶解速度比小分子化合物慢，最終形成高分子溶液不易溶解，長期浸泡在溶劑中只能發(fā)生溶脹熱塑性、熱固性具有良好的熱塑性，受熱轉(zhuǎn)化成液體，冷卻后又變成固體具有熱固性，加熱成型后受熱不能熔化強(qiáng)度較大電絕緣性一般不易導(dǎo)電，通常是電絕緣材料2.功能高分子材料與復(fù)合材料比較材料名功能高分子材料復(fù)合材料概念既具有傳統(tǒng)高分子材料的機(jī)械性能，又具有某些特別功能的高分子材料兩種或兩種以上材料組成的新型材料，分基體和增加劑性能不同的功能高分子材料，具有不同的特征性質(zhì)一般具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的性能應(yīng)用用于制作高分子分別膜、人體器官等用于汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、體育用品、航天航空、人類健康等3.功能高分子的分類[例2]現(xiàn)有兩種高聚物A、B，A能溶于苯、四氯化碳等有機(jī)溶劑，并加熱到肯定溫度下熔融成粘稠狀的液體，B不溶于任何溶劑，加熱不會變軟或熔融，則下列敘述中不正確的是()A．高聚物A可能具有彈性，而高聚物B沒有彈性B．高聚物A肯定是線型高分子材料C．高聚物A肯定是體型高分子材料D．高聚物B肯定是體型高分子材料[解析]A具有熱塑性，應(yīng)是線型結(jié)構(gòu)，因而A可能有彈性和肯定的溶解性；B具有熱固性，應(yīng)是體型結(jié)構(gòu)，沒有彈性，一般也不溶解于溶劑。[答案]C[方法規(guī)律]結(jié)構(gòu)確定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)。依據(jù)高分子化合物的性質(zhì)可以推斷出其結(jié)構(gòu)特點，一般說來具有熱塑性的為線型高分子，具有熱固性的為體型高分子。2．“耐高溫長壽命抗氧化陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)”獲2004年度國家技術(shù)獨創(chuàng)一等獎。該復(fù)合材料的強(qiáng)度比鋼還大，在航空航天器中用來替代金屬材料，可節(jié)約20%～30%的燃料。下列關(guān)于該材料的敘述中不正確的是()A．該材料屬于新型無機(jī)非金屬材料B．該材料的化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定C．與金屬一樣有較好的傳熱性能D．可以替代金屬作耐高溫結(jié)構(gòu)材料解析：該物質(zhì)為陶瓷復(fù)合材料，是熱的不良導(dǎo)體，選項C不正確。它是新型的無機(jī)非金屬材料，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點。答案：C授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第42頁1．下列有關(guān)高分子化合物的敘述中正確的是()A．高分子化合物的特點之一是組成元素簡潔、結(jié)構(gòu)困難、相對分子質(zhì)量大B．高分子鏈之間靠分子間作用力結(jié)合，因此分子間作用弱，高分子材料強(qiáng)度較小C．高分子均為長鏈狀分子D．高分子材料均為混合物解析：高分子材料中各個分子的n值不肯定相同，故應(yīng)為混合物。答案：D2．下列材料中屬于功能高分子材料的是()①高分子膜②生物高分子材料③隱身材料④液晶高分子材料⑤光敏高分子材料⑥智能高分子材料A．①②⑤ B．②④⑤⑥C．③④⑤ D．全部解析：既有傳統(tǒng)高分子材料的機(jī)械性能，又有某些特別功能的高分子材料都屬于功能高分子材料。答案：D3．下列工業(yè)生產(chǎn)過程中，屬于應(yīng)用縮聚反應(yīng)制取高聚物的是()解析：選項A、B、C中的物質(zhì)都是通過所給單體的加聚反應(yīng)制得的，只有D是—COOH和—OH通過縮水而成的。往往受縮聚反應(yīng)的鏈節(jié)部分相對于加聚而言要困難些的影響，而錯誤地認(rèn)為B選項的高聚物結(jié)構(gòu)也很困難，錯選B。答案：D4．對聚合物分析正確的是()解析：由結(jié)構(gòu)中可以看出，重復(fù)單元即鏈節(jié)是，單體是,應(yīng)是加聚反應(yīng)的產(chǎn)物。故選D。答案：D5.寫出形成下列高分子化合物的化學(xué)方程式：1發(fā)生加聚反應(yīng)：________________________________________________________________________；(2)CH2CH2發(fā)生加聚反應(yīng)：________________________________________________________________________；3發(fā)生加聚反應(yīng)：_____________