第二節高分子材料學習目標1．結合典型實例，認識塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結構特點。2．結合典型實例，了解新型高分子材料的優異性能及其在高新技術領域中的應用。核心素養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、結構和性能及主要用途，能從物質的微觀層面理解線型結構、體型結構和性質的關系。2．科學探究與創新意識：通過實驗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．科學態度與社會責任：通過活動課研究、學習治理“白色污染”的途徑和方法，關注和愛護自然，樹立社會責任感，具有綠色化學觀念和可持續發展意識。深刻理解化學、技術、社會和環境之間的相互關系。塑料、合成纖維、合成橡膠是20世紀人類的偉大成就，也是高分子化合物發展的重要成果。在科學技術迅速發展的今天，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水平，已成為衡量一個國家現代化程度的標志之一。新知預習一、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、引發劑低壓、催化劑分子結構類型支鏈型線型相對分子質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、較硬主要用途生產食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等生產瓶、桶、板、管等，相對分子質量更大的(>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、密度區別的原因b．影響低密度、高密度聚乙烯熔點、密度的主要因素類型結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、密度低密度聚乙烯低于高密度聚乙烯(4)酚醛樹脂①實驗探究——酸性、堿性條件下制備酚醛樹脂實驗操作在試管中加入2g苯酚、3mL質量分數為40%的甲醛溶液和3滴濃鹽酸，在沸水浴中加熱，當試管中反應物接近沸騰時，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質量分數為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，在水浴中加熱實驗現象產生白色固體物質產生白色固體物質實驗結論甲醛和苯酚在酸或堿作用下均可發生縮聚反應生成樹脂②酚醛樹脂的形成和結構a．在酸催化下的化學方程式為，＋(n－1)H2O。b．在堿催化下，苯酚與過量甲醛反應，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()繼續反應生成網狀結構的酚醛樹脂。③酚醛樹脂的用途酚醛樹脂主要用作絕緣、隔熱、阻燃、隔音等器材和復合材料，如烹飪器具手柄，家用電器開關等。2．合成纖維(1)纖維的分類(2)合成纖維的性能和應用(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，耐磨性和強度高應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，以及工業用纖維制品等絲襪、降落傘、漁網、輪胎、簾子線等制備反應滌綸：_＋(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)合成橡膠的結構——以順丁橡膠為例合成反應nCH2=CH—CH=CH2結構線型結構，加入硫化劑加熱，以二硫鍵(—S—S—)等連接形成網狀結構(4)天然橡膠結構簡式為，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行改性，在它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。②以帶有強親水性原子團的化合物為單體，均聚或共聚得到親水性高聚物。如：丙烯酸鈉中加入交聯劑，在一定條件下發生聚合，得到聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂，結構簡式為。(2)性能可吸收其自身質量數百倍甚至上千倍的水，同時保水能力強，還能耐一定的擠壓作用。(3)應用：干旱地區用于農業、林業、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．高分子分離膜應用體驗1．下列關于功能高分子材料的說法錯誤的是(C)A．醫用高分子材料、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親水基團的支鏈，可提高它們的吸水能力解析：半導體材料單晶硅屬于傳統的無機非金屬材料。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，酯類物質不易溶于水，A項不符合題意；氯綸中含有的官能團為氯原子，鹵代烴均不溶于水，B項不符合題意；丙綸中只含C、H元素，其吸水性較弱，C項不符合題意；維綸中含有大量親水的羥基，其吸水性較好，D項符合題意。3．保水劑是一種強吸水性樹脂，能在短時間內吸收自身質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)上述反應中屬于加成反應的有_①⑤__，反應⑧的反應類型為_聚合反應(或加聚反應)__。(2)若A的分子式為C3H6Br2，則其結構簡式為_CH3CHBrCH2Br__，D中的官能團有_碳碳雙鍵、羧基__。(3)寫出下列反應的化學方程式：④＋2[Ag(NH3)2]OH＋3NH3＋2Ag↓＋H2O；⑧nCH2=CHCOONaeq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))。要點歸納知識點1高分子的結構和性質問題探究：(1)為了研究高分子材料的溶解性，進行如下實驗：看到除橡皮粉末發生溶脹外，其他三個試管內的高分子材料都溶解了，你能得出什么結論？(2)能用帶橡膠塞的試劑瓶盛放高錳酸鉀溶液等強氧化性物質嗎？(3)聚乙烯材料具有一定彈性的原因是什么？探究提示：(1)大多數高分子可以溶解于適當的有機溶劑，這一類是線型高分子材料；少數高分子材料不能溶解于有機溶劑，但能發生溶脹，這一類是網狀高分子材料。(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生旋轉，使分子鏈不可能是一條直線，只能呈不規則的卷曲狀態，當有外力作用時，卷曲的高分子鏈被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢復卷曲狀態。知識歸納總結：1．高分子化學反應的特點(1)與結構的關系結構決定性質，高分子的化學反應主要取決于結構特點、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，羧基易發生酯化、取代等反應。(2)常見的有機高分子化學反應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，化學降解，光降解等。②橡膠硫化天然橡膠()經硫化，破壞了碳碳雙鍵，形成單硫鍵(—S—)或二硫鍵(—S—S—)，線型結構變為體型結構。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．高分子的結構與性質合成高分子的分子結構大致可以分為線型結構、支鏈型結構和網狀結構。分類線型高分子網狀高分子線型結構支鏈型結構網狀結構結構分子中的原子以共價鍵相互連接，構成一條很長的卷曲狀態的“鏈”分子鏈與分子鏈之間有許多共價鍵交聯起來，形成三維空間網狀結構溶解性能緩慢溶解于適當溶劑很難溶解，但往往有一定程度的溶脹性能具有熱塑性，無固定熔點具有熱固性，受熱不熔化特性強度大、可拉絲、吹薄膜、絕緣性好強度大、絕緣性好，有熱固性常見物質聚乙烯、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，其結構為，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，天然橡膠加入適當硫進行硫化后，其結構由線型結構變成網狀結構，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構簡式可知天然橡膠為線型結構的高分子，能溶于適當的溶劑。天然橡膠硫化后，引入的硫原子間可形成共價鍵，從而使高分子鏈發生交聯，形成網狀結構。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，能與溴發生加成反應，使溴水褪色。素養應用?為了減少白色污染，科學家合成了聚乳酸(PLA)塑料，其結構片段如圖所示(圖中—表示鏈延長)。下列說法錯誤的是(C)A．PLA聚合物的鏈節為B．PLA可由通過縮聚反應制得C．PLA的制取過程中可能會產生副產物D．相比于聚氯乙烯塑料，PLA的優點是易降解解析：根據PLA的結構片段，并結合其連接方式可判斷該聚合物屬于聚酯類高分子，其鏈節為，A項正確；PLA的制取過程中，兩個之間可能發生酯化反應，產生的副產物的結構簡式為，不可能產生，C項錯誤；PLA的結構中含有酯基，具有酯類化合物的性質，易發生水解反應而降解，D項正確。知識點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)有機玻璃屬于傳統合成材料中的塑料。塑料、合成橡膠、合成纖維屬于三大傳統合成材料，它們不屬于新型有機高分子材料。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吸水，屬于功能高分子材料。知識歸納總結：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用高分子膜高分子分離膜選擇性地允許某些物質通過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能轉換成電能①發電②開發新型電池高分子熱電膜把熱能轉換成電能①發電②開發新型電池醫用高分子材料①具有優異的生物相容性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，網狀PAA在抗壓性、吸水性等方面優于線型PAA。網狀PAA的制備方法是將丙烯酸用NaOH中和，加入少量交聯劑a，再引發聚合。其部分結構片段如圖。下列說法不正確的是(C)A．線型PAA的單體不存在順反異構現象B．形成網狀結構的過程發生了加聚反應C．交聯劑a的結構簡式是D．PAA的高吸水性與—COONa有關解析：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，不存在順反異構現象，A正確；丙烯酸鈉與交聯劑a發生了加聚反應，碳碳雙鍵變成單鍵，不飽和度降低，形成聚合物，B正確；根據題中聚合物的部分片段可以看出交聯劑a的結構簡式為，C錯誤；—COONa具有親水性，PAA的高吸水性與—COONa有關，D正確。素養應用?一種用于隱形眼鏡材料的聚合物片段如下：下列關于該高分子說法正確的是(A)A．結構簡式為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物，含有官能團羧基和碳碳雙鍵D．完全水解得到的小分子有機物，具有4種不同化學環境的氫原子1．下列高聚物經簡單處理可以從線型結構變成網狀結構的是(D)A．①② B．③④C．①④ D．②③2．白色污染是對廢棄塑料污染環境現象的一種形象稱謂，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，給生態環境造成的污染。我國研制成功的一種可降解塑料，結構如下：A．該塑料有良好的生物適應性和分解性，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結構所對應的三種單體依次是：a、b、c。(2)可降解塑料A、B、C在自然界可通過水解反應(填反應類型)對應降解為a、b、c三種小分子