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5.2 高分子材料学案
【学习目标】
1．了解塑料、合成纤维、合成橡胶的结构、性能和用途。
2．依据高分子化合物的结构，认识物质结构对性能的影响。
3．知道功能高分子材料的分类，了解其在生产生活及科学领域的应用。
【预习新知】
通用高分子材料
1．塑料
(1)分类：
①______塑料，如聚乙烯等制成的塑料制品，可以反复加热熔融加工；
②______塑料，如用酚醛树脂等制成的塑料制品，不能加热熔融，只能一次成型。
(2)常见的塑料
①聚乙烯
高压聚乙烯 低温低压聚乙烯
合成条件 高温高压引发剂 低温低压催化剂
分子结构类型 支链型 线型
相对分子质量 相对____ 相对____
熔融温度 相对____ 相对____
密度 相对____ 相对____
硬度 相对____ 相对____
溶解性 可溶于适当 有机溶剂 可溶于适当 有机溶剂
用途 制作薄膜 制作板、管、桶等
②酚醛树脂
a．概念：酚醛树脂是用____与____在酸或碱催化下相互缩合而形成的高分子。
b．形成：在酸催化下，等物质的量的甲醛和苯酚反应形成____结构高分子。其反应为：________________________________________________________________________，
________________________________________________________________________。
在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量的甲醛与苯酚反应，生成____结构的酚醛树脂。
2．纤维
(1)纤维的分类
纤维
(2)合成纤维的优点是______，____________________，但在______、______等方面不如天然纤维。合成纤维中，____具有较好的吸湿性，被称为“人造棉花”。
3．合成橡胶
(1)橡胶的分类
(2)合成橡胶
①原料：以____、______为原料，以二烯烃和烯烃等为单体，聚合而成。
②性能：______、______、耐燃性、耐油性、______和________等方面有独特的优势。
功能高分子材料
1．定义
具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。
例如，高分子催化剂；各种滤膜；磁性高分子；形状记忆高分子；高吸水性材料；医用高分子材料；高分子药物等。
2．高吸水性树脂
(1)结构特点
①含有强亲水性原子团(—OH)的支链；②具有网状结构。
(2)合成方法
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可以提高它们的吸水能力。例如，淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。例如，在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
这两种方法有一个共同特点，都要在反应中加入少量交联剂，让线型结构变为网状结构。
(3)应用
可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；可用于婴幼儿使用的纸尿裤。
3．高分子分离膜
(1)分离原理
只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一侧，称为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
(2)分类
根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
(3)制作材料
主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。
(4)应用
海水淡化和饮用水的制取，果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等。
归纳总结：功能高分子材料的比较
常见功能高分子材料 主要功能 主要应用
高分子膜 高分子分离膜 选择性地允许某些物质 通过 ①废水处理 ②海水淡化 ③浓缩果汁、乳制品加工、酿酒等
高分子传感膜 把化学能转换成电能 ①发电 ②开发新型电池
高分子热电膜 把热能转换成电能 ①发电 ②开发新型电池
医用高分子材料 ①具有优异的生物相容性 ②具有某些特殊功能 人造器官
【思考探究】
一. 功能高分子材料
1．功能高分子材料的涵义：
功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。
它是一类性能特殊、使用量小、附加值高的高分子材料。是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开始涌现出的一种新型材料。
【例1】下列材料中，属于功能高分子材料的是( )
① 高分子膜　② 生物高分子材料　③ 导电高分子材料　④ 离子交换树脂　⑤ 医用高分子材料　⑥ 高吸水性树脂
A．①③⑤⑥ B．②④⑤⑥
C．②③④⑤ D．①②③④⑤⑥
2. 分类
⑴ 新型新型骨架结构的高分子材料。
⑵ 特殊功能材料，即在合成高分子的主链可支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能。
3．几种功能高分子材料：
⑴ 高吸水性材料——亲水性高聚物（分子链带有许多亲水原子团）
① 合成方法
A．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子链上再接上含________的支链，以提高它们的吸水能力。
B．以带有________的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物。
② 性能
可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压作用。
③ 应用：有了高吸水性树脂就可以在干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗旱保水，改良土壤，改造沙漠。又如，婴儿用的“尿不湿”可吸入其自身重量约几百倍的尿液而不滴不漏，可以保证婴儿夜晚安睡和白天的活动。
⑵ 高分子分离膜：
① 组成：高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜。
② 特点：能够让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。
③ 应用：物质分离
⑶ 医用高分子材料：
① 性能：优异的生物相溶性；很高的机械性能。
② 应用：制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、肾等各种人工器官。
【例2】关于功能高分子材料的下列说法，不正确的是(　　)
A．离子交换树脂主要用于分离和提纯，如硬水的软化、回收工业废水中的金属等
B．婴儿用的“尿不湿”的主要成分是具有吸水性的树脂
C．导电塑料应用于电子工业，可用来制造电
子器件
D．医用高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到与生物相容的程度
【例3】下列说法中，不正确的是(　　)
A．探求某种新型高分子材料，需要研究分子结构与功能之间的关系
B．新科技革命的三大支柱产业为能源、信息和材料
C．带有强亲水性原子团的化合物共聚可以得到强亲水性高聚物
D．具有网状结构的高聚物具有强吸水性
二. 复合材料：
1．复合材料的涵义：
复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种材料作为基体，其他的材料作为增强剂。
2．优异的性能
强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀，在综合性能上超过了单一材料。
3．应用
宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。
【例4】 复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因在于(　　)
A．复合材料的使用可以使导弹能经受超高温的变化
B．复合材料的使用可以使导弹的质量减轻
C．复合材料的使用可以使导弹承受超高强度的改变
D．复合材料的使用可以使导弹承受温度的剧烈变化
三. 有机高分子材料的发展趋势
对重要的通用有机高分子材料继续进行改
进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大。与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展。
【例5】 下列说法错误的是(　　)
A．玻璃钢是以玻璃纤维作为增强体、合成树脂作为基体的复合材料
B．飞机机身的复合材料大多是以金属为增强体、纤维为基体的复合材料
C．制造网球拍用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维作为增强体
D．航天飞机机身使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的
四．功能高分子材料和复合材料的比较
功能高分子材料 复合材料
定 义 既有传统高分子的机械性能，又有一些特殊性能的高分子材料 两种或两种以上材料组合成的一种新型的材料。含有基体和增强剂两种材料
性 能 高分子分离膜能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。医用高分子材料具有优异的生物相容性、很高的机械性能 强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀
用 途 高分子分离膜用于生活污水、工业废液的处理、海水淡化、食品工业。医用高分子材料可制成人造器官 用作宇航材料，用于汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康
发 展 趋 势 对重要的通用的有机高分子材料，不断提高使用性能，扩大应用范围。与人类自身密切相关，具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并取得了一定的进展
【巩固训练】
1.以秸秆为原料，合成PEF树脂的路线如下：
下列说法正确的是( )
A.PEF树脂在一定条件可降解成小分子，能有效缓解“白色污染”，减少对环境的危害
B.秸秆中富含的纤维素与葡萄糖、果糖都属于糖类，且三者的最简式相同
C.5-HMF分子和FDCA分子中所有碳原子不可能共面
D.发生了缩聚反应，其中单体a为乙醇
2.维纶是聚乙烯醇缩甲醛纤维的商品名，其合成路线如下。下列说法正确的是( )
A.①的反应类型为缩聚反应
B.高分子甲的链节中含有两种官能团
C.高分子乙中碳原子均为杂化
D.③的化学方程式为+
3.2022年世界杯官方用球 “旅程”由聚氨酯材料通过热黏合组合而成。下列有关说法错误的是( )
A.聚氨酯难溶于水
B.聚氨酯稳定性较好
C.聚氨酯属于高分子化合物
D.该聚氨酯分子为体型结构
4.下列关于合成材料的说法不正确的是( )
A.尼龙、涤纶、腈纶都是有机合成纤维
B.聚氯乙烯可制成薄膜、软管等，其单体是
C.合成酚醛树脂的单体是苯酚和甲醇
D.合成顺丁橡胶的单体是
5.下列有关有机化合物的说法不正确的是( )
A.在酸或碱存在的条件下加热均可以发生水解，水解产物中均有盐
B.二氧化碳和环氧丙烷可以通过缩聚反应制备可降解塑料（）
C.磷酸与腺嘌呤核苷可以发生反应，得到腺苷三磷酸
D.聚丙烯酸钠因含有强亲水基团，可制成高吸水性树脂
6.杭州亚运会首次实现亚运会“碳中和”，下列属于有机高分子材料的是( )
A.“大莲花”场馆的主体结构材料——钢
B.场馆顶部的覆盖膜——聚四氟乙烯
C.场地的防滑涂层——石墨烯
D.主火炬使用的可再生燃料——甲醇
7.“挖掘文物价值，讲好中国故事”。下列文物的主要成分为有机高分子化合物的是( )
文物
选项 A唐陶文吏俑 B兽面纹青铜盉 C金漆木雕大神龛 D千金猴王砚
A.A B.B C.C D.D
8.2022年7月，詹姆斯韦布空间望远镜正式开工。它的镜片主材使用的是金属铍，在极低的温度下也能保持稳定的形状。下列有关叙述错误的是( )
A.该望远镜的主动冷却器用氦制冷，1mol氦分子质量为8g
B.该望远镜的遮阳帆由一种聚酰亚胺薄膜制成，其属于有机高分子材料
C.该望远镜的主反射镜使用金属铍是因为其具有极高的刚性和密度小等优点
D.该望远镜的推进器使用作为燃料，作为氧化剂，二者反应后的产物为和
9.刺绣是我国优秀的民族传统工艺之一，四大名绣各有特色。下列刺绣用具中，主要成分不属于天然有机高分子材料的是( )
A 创意粤绣用动物尾羽缠绒作的线 B 针法多样蜀绣的绣花针 C 着色丰富湘绣的实木绣绷 D 生动传神苏绣的丝绸底料
A.A B.B C.C D.D
10.下列物质不属于天然高分子化合物的是( )
A.油脂 B.纤维素 C.蛋白质 D.淀粉
参考答案
1.答案：A
解析：PEF树脂在一定条件可降解成小分子，代替聚乙烯、聚氯乙烯塑料可以减少白色污染，减少对环境的危害，A正确；纤维素的化学式为，最简式为，葡萄糖、果糖的分子式均为，其最简式均为，三者的最简式不相同，B错误；双键为平面结构，与双键直接相连的C原子共面，由5-HMF的结构简式可知，分子中所有的C原子与构成双键的C直接相连，可共面，同理，由FDCA的结构简式可知，分子中所有的C原子也可共面，C错误；由PEF的结构简式可知，水解时断裂酯基，故单体a为乙二醇，D错误。
2.答案：C
解析：的结构中含有碳碳双键，能发生加聚反应生成甲，甲的结构为，A错误；由甲的结构为，A错误；由甲的结构为可知，甲的链节中只含有酯基1中官能团，B错误；乙的结构为，乙中的碳原子均为饱和碳原子，均采取杂化，C正确；反应③是与甲醛发生缩聚反应生成聚乙烯醇缩甲醛纤维，一个聚乙烯醇缩甲醛纤维的链节需要2个聚乙烯醇的链节和1分子甲醛发生缩合，脱去1分子水，故该反应的化学方程式为++，D错误。
3.答案：D
解析：聚氨酯属于聚酯类，难溶于水，A正确；聚氨酯材料用于制作足球，说明该材料具有良好的稳定性，B正确；聚氨酯属于聚合物，属于高分子化合物，C正确；聚氨酯材料通过热黏合组成而成，说明具有热塑性，故其分子为线型结构，错误。
4.答案：C
解析：尼龙、涤纶、腈纶都是有机合成纤维，属于有机合成材料，A正确；聚氯乙烯的单体是，B正确；酚醛树脂是由苯酚与甲醛发生缩聚反应得到的，C错误；根据加聚反应的特点可推知，合成的单体是，D正确。
5.答案：B
解析：A.酰胺键在酸性或碱性条件下能发生水解反应，酸性条件下，水解生成的氨气能和酸反应生成盐，碱性条件下，水解生成的羧基能和碱反应生成盐，所以在酸或碱存在的条件下加热均可以发生水解，水解产物中均有盐，A正确；
B.二氧化碳和环氧丙烷发生加聚反应生成可降解塑料，该反应加聚反应，B错误；
C.腺嘌呤核苷中醇羟基能和磷酸中反应生成腺苷三磷酸，C正确；
D.羧酸根属于亲水基，聚丙烯酸钠中含有亲水基，所以具有很强吸水性，可制成高吸水性树脂，D正确；
故选B。
6.答案：B
解析：A.钢为金属材料，A错误；
B.聚四氟乙烯属于有机高分子材料，B正确；
C.石墨烯是碳元素的一种单质，属于新材料，C错误；
D.甲醇是有机小分子，不是有机高分子材料，D错误；
故选B。
7.答案：C
解析：
8.答案：A
解析：氦气是单原子分子1mol氦分子质量为4g，故A错误。
9.答案：B
解析：动物尾羽的主要成分是蛋白质，属于天然有机高分子材料，A项正确；绣花针是合金，不属于天然有机高分子材料，B项错误；木头的主要成分是纤维素，属于天然有机高分子材料，C项正确；丝绸的主要成分是蛋白质，属于天然有机高分子材料，D项正确。
10.答案：A
解析：自然界中的化合物相对分子质量在10000以上的可以称之为天然高分子化合物，比如纤维素、蛋白质、淀粉等物质都是天然高分子化合物，油脂相对分子质量较小，不属于高分子化合物，故选A。

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