资源简介

第二节　高分子材料
【核心素养要求】
1.宏观辨识与微观探析:能从微观角度了解通用高分子材料的分类和用途,理解高聚物的结构与性质的关系,能从微观层面理解高分子的线型结构、支链型结构、网状结构和性质的关系,能辨析不同的功能高分子材料及其性质和用途的差异。
2.科学态度与社会责任:了解合成通用和功能高分子材料在生活、生产方面的巨大贡献,但也要了解高分子材
料对环境造成的不良影响,研制环保型的高分子材料是保护环境的关键,能参与材料选择与使用、垃圾处理等社会性议题的讨论,并作出科学的判断、评价及决策。
◆ 学习任务一　通用高分子材料
【课前自主预习】
高分子材料按用途和性能可分为
(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等)和　　　　　　　　　(包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)等类别。
1.塑料
(1)成分
(2)分类
分类原则 类型 特征和举例
按树脂受热 时的特征 　　　 　以热塑性树脂为基本成分,受热软化,可以反复加热熔融加工,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等
　　　 　以热固性树脂为基本成分,不能加热熔融,只能一次成型,如酚醛树脂等
(3)常见塑料
①聚乙烯
聚乙烯具有极其广泛的用途,按合成方法可分为高压法聚乙烯[低密度聚乙烯(LDPE)]和低压法聚乙烯[高密度聚乙烯(HDPE)]。这两种聚乙烯加热均可熔融,也可以溶于某些溶剂中。
a.高压法聚乙烯和低压法聚乙烯比较
比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
聚合反应条件 　150 MPa~300 MPa,200 ℃左右,使用引发剂 　0.1 MPa~ 2 MPa,60~100 ℃, 使用催化剂
高分子链的结构 含有较多支链 支链较少
密度/(g·cm-3) 0.91~0.93 0.94~0.97
软化温度/℃ 105~120 120~140
主要性能 无毒,较柔软 无毒,较硬
主要用途 　生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等 　生产瓶、桶、板、管等
b.聚乙烯的弹性
c.聚乙烯分子结构与其软化温度、密度之间的关系
高分子链之间的作用力与链的　　　　和链之间的　　　　有关。
d.聚乙烯的转化
线型结构的聚乙烯可以在一定条件下转变为
结构的聚乙烯,以增加　　　　　。
现在通过改进聚合反应的催化剂,得到了超高相对分子质量聚乙烯(相对分子质量大于106),具有高强度和高耐磨性,使用温度范围广,耐化学腐蚀,可用于制造防弹服、防弹头盔、绳缆等。
②酚醛树脂
a.概念:酚醛树脂是用酚(如苯酚或甲苯酚等)与醛(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。
b.形成
实验 操作
实验 现象 混合溶液变浑浊,生成黏稠粉红色物质 混合溶液变浑浊,生成黏稠淡黄色物质
实验 结论 　苯酚与甲醛在酸或碱作用下均可发生缩聚反应生成树脂
c.酸性、碱性条件对酚醛树脂结构的影响
在酸催化下,等物质的量的甲醛与苯酚反应,苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的羰基加成生成羟甲基苯酚,然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子,其反应为
+;
n+(n-1)H2O。
在碱催化下,苯酚与过量的甲醛反应,生成羟甲基苯酚的同时,还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等,继续反应生成网状结构的酚醛树脂。
d.酚醛树脂的性质及用途
具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融,也不溶于一般溶剂。酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料。
[问题思考]
聚乙烯等高分子为什么都有一定弹性
2.合成纤维
(1)分类、概念
纤维
①再生纤维
以木材、秸秆等农副产品为原料,经加工处理得到的纤维。
②合成纤维
a.定义:以石油、天然气、煤和农副产品为原料,将其转化为　　　　　,再经　　　　　得到的纤维。
b.合成纤维的优点是　　　　、　　　　、　　　　、　　　　、　　　　,但　　　　和　 　　明显不及天然纤维。 合成纤维中,维纶具有较好的吸湿性。
(2)常见的合成纤维
①聚酯纤维
合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的　　　　,它是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。
②聚酰胺纤维
聚酰胺纤维中的　　　　是较早面世的合成纤维之一。己二胺与己二酸发生缩聚反应得到聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)。
[问题思考]
合成纤维和再生纤维都是人工合成的高分子吗
3.合成橡胶
(1)橡胶是一类具有弹性的物质,在外力作用下,橡胶的形状会发生改变,去除外力后又能恢复原来的形状。分为　　　　橡胶和　　　　橡胶。橡胶的相对分子质量比大多数塑料和合成纤维的都要高,一般在105~106。
(2)常见的橡胶
①顺丁橡胶是合成橡胶,是以1,3-丁二烯为原料,在催化剂作用下,通过加聚反应得到的以顺式结构为主的聚合物。
②天然橡胶是异戊二烯的顺式聚合物,写出异戊二烯和天然橡胶的结构简式:　　　　　　　　　　和　　　　　　　　。
[问题思考]
橡胶在加工过程中要加入硫等硫化剂进行加热,其目的是什么
【核心知识讲解】
合成高分子的结构与性质
分类 线型高分子 网状高分子
结构 线型结构 支链型结构 网状结构
　分子中的原子以共价键相互连接,构成一条很长的卷曲状态的“链” 　分子链与分子链之间有许多共价键交联起来,形成三维空间网状结构
溶解性 　能缓慢溶解于适当溶剂 　很难溶解,但往往有一定程度的溶胀
性能 　具有热塑性,无固定熔点 　具有热固性,受热不熔化
特性 　强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好 　强度大、绝缘性好,有可塑性
常见 物质 　聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 　酚醛树脂、硫化橡胶
【知识迁移应用】
例1 聚苯乙烯的结构为,试回答下列问题:
(1)聚苯乙烯的链节是　　　　　　　　　　,单体是　　　　　　　。
(2)实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量(平均值)为52 000,则该聚合物的聚合度n为　　　　　　　　　　　。
(3)已知聚苯乙烯为线型结构的高分子,试推测:它　　　　(填“能”或“不能”)溶于CHCl3,具有　　　　(填“热塑”或“热固”)性。
[反思归纳] 高分子是线型结构还是网状结构的判断
一般从以下两个角度判断:
(1)根据溶解性判断:能溶于适当溶剂的高分子材料一般为线型结构,如聚乙烯等;在溶剂中难溶解的高分子材料一般为网状结构,如酚醛树脂等。
(2)根据热塑性、热固性判断:具有热塑性,受热能熔化的高分子材料具有线型结构;具有热固性,受热不熔化的高分子材料具有网状结构。
例2 聚酰胺纤维中的锦纶是较早面世的合成纤维之一,锦纶66的结构简式如下。下列关于锦纶66的说法错误的是 (　)
A.通过缩聚反应制得
B.化学名称为聚己二酰己二胺
C.含有的官能团为羰基、羧基和氨基
D.合成它的单体为己二胺与己二酸
例3 橡胶树是热带植物,在我国海南已大面积种植。从橡胶树的乳胶中可提取天然橡胶,天然橡胶的成分是聚异戊二烯,其结构简式为。
试回答下列问题:
(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是 　　　　　　　　　　　　　　　,天然橡胶加入适当的硫进行硫化后,其结构由　　　　　　转变为　　　　,因而硫化橡胶　　　(填“能”或“不能”)溶于汽油。
(2)天然橡胶的单体是一种无色液体,将该无色液体加入溴水中,　　　　(填“能”或“不能”)使溴水褪色。
[特别提醒] 使用含橡胶的仪器的注意事项
绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性物质(如硫),故橡胶有较强的还原性。因此,在实验室中,盛放强氧化剂的试剂瓶不能用橡胶塞,碱式滴定管不能量取氧化性试剂、有机溶剂等。
◆ 学习任务二　功能高分子材料
【课前自主预习】
化学工作者合成了某些具有特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。人们探索这些功能高分子材料时,需要考虑高分子的　　　　　与　　　　之间的关系,设计出拥有某种功能的高分子的结构,以及合成它的路线与方法。
1.高吸水性树脂
人们从棉花、纸张等含纤维素物质的吸收性得到启发,了解到它们的吸收性与纤维素分子链带有许多亲水的　　　　有关。人们要得到比棉花和纸张的吸水性更好,且耐挤压、保水性好的高吸水性材料,可以有两种思路:
①改造纤维素或淀粉分子,接入强亲水基团;
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
(1)合成方法
①对　　　　　　　　　　　　等天然吸水材料的改性。在淀粉或纤维素的主链上再接入带有　　　　　　　　　的支链,可以提高它们的吸水能力。如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应,生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
②用带有　　　　　　　的烯类单体进行聚合,得到含亲水基团的高聚物。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。
(2)性能
吸水能力强,同时　　　　　　能力强,还能耐一定的挤压作用。
(3)应用
干旱地区用于农业、林业抗旱保水,改良土壤。又如,婴幼儿使用的纸尿裤可吸入其自身重量数百倍的尿液而不滴漏,保证了婴幼儿白天活动与夜晚安睡。
2.高分子分离膜
(1)作用原理:分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过,其余物质则被截留在膜的另一侧,成为浓缩液,达到对原液　　　　、　　　　和　　　　的目的。
(2)分类:根据　　　　　　分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
(3)制备材料: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:高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取,以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。
[问题思考]
制造橡胶要经过硫化工艺,将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入交联剂,以得到具有网状结构的树脂。为什么要做成网状结构
【核心知识讲解】
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
【知识迁移应用】
例4 科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术,即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯
()与水的混合物,使其与沙粒结合,既能阻止地下的盐分上升,又能拦截、蓄积雨水。下列对聚丙烯酸酯的叙述正确的是 (　)
A.聚丙烯酸酯单体的结构简式为CH2CHCOOR
B.聚丙烯酸酯有固定的熔、沸点
C.其聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同
D.聚丙烯酸酯具有很强的吸水性
1.判断正误(正确打“√”,错误打“×”)。
(1)通常所说的三大合成材料是塑料、合成纤维和合成橡胶(　)
(2)聚乙烯、聚氯乙烯和酚醛树脂均为热塑性塑料(　)
(3)高压聚乙烯主要用作薄膜,其软化温度、密度均比低压聚乙烯高 (　)
(4)棉花、羊毛、黏胶纤维和聚酯纤维均为化学纤维 (　)
(5)酚醛树脂由苯酚和甲醛通过加聚反应得到,可用作电工器材 (　)
(6)高吸水性树脂加交联剂使其由网状结构变为线型结构,利于吸水和耐挤压 (　)
(7)高分子分离膜用于污水、工业废液处理和海水淡化等 (　)
2.[2024·河南重点高中阶段测试] 兰州大学某课题组利用不对称动力学拆分交替共聚的方法,合成了立体结构的交替共聚物,如图所示:
已知:—Ph代表苯基,—R1代表烃基,—Me代表甲基。
下列说法正确的是 (　)
A.该共聚物的单体只有2种
B.该共聚物在一定条件下能降解
C.该共聚物中含有的官能团有酯基、醚键和酮羰基
D.1 mol该共聚物充分水解能消耗(1+3x+3y) mol NaOH
3.我国首架自主大飞机C919于2022年12月9日正式交付东方航空公司进入商业飞行,你认为飞机的机身和机翼应该大量使用下列哪种材料 (　)
　　　　　 　　　　　 　　　　　
A.液晶高分子材料 B.橡胶
C.高分子分离膜 D.碳纤维复合材料
4.在下列关于功能高分子材料的说法中,不正确的是 (　)
A.高分子分离膜应用于食品工业中,可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等
B.复合材料一般是以一种材料作为基体,另一种材料作为增强体
C.导电塑料是应用于电子工业的一种功能高分子材料
D.合成高分子材料制成的人工器官一般都受到人体的排斥作用,难以达到生物相容的程度
5.一种用于隐形眼镜材料的聚合物片段如下:
下列关于该高分子的说法正确的是 (　)
A.结构简式为
B.氢键对该高分子的性能没有影响
C.完全水解得到的高分子含有的官能团为羧基和碳碳双键
D.完全水解得到的小分子有机化合物具有4种不同化学环境的氢原子
6.[2024·江苏射阳中学开学考] 下面是合成涤纶的流程图:
回答下列问题:
(1)工业上制取乙烯的方法是　　　　　　。
(2)写出下列反应的反应类型:②　　　　　　;⑦　　　　　　。
(3)也能一步转化生成B,试剂可以用　　　　　　　　。
(4)写出反应⑥的化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　　。
写出反应⑦的化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)人工合成的丁腈橡胶()也是一种高分子材料,具有优异的耐油性,写出它的两种单体结构简式:　　　　　　　　　　　。
(6)写出一种满足下列条件的B的同分异构体的结构简式:　　　　　　　　。
①苯环上的一氯代物有1种
②能发生水解反应,且水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应
③能发生银镜反应
(7)人造橡胶(聚1,3-丁二烯)在生活中的应用非常广泛,请写出以乙醇为原料(其他无机试剂任选)合成聚1,3-丁二烯(人造橡胶)的合成路线。(已知2CH3CHOCH3CHOHCH2CHO)
第二节　高分子材料
【新课探究】
学习任务一
课前自主预习
通用高分子材料　功能高分子材料
1.(1)合成树脂　增塑剂　热稳定剂　着色剂
(2)热塑性塑料　热固性塑料
(3)①b.碳碳单键　卷曲　c.长短　疏密远近　d.网状　强度
[问题思考] 提示:聚乙烯等高分子中的碳碳单键可以围绕键轴旋转,分子链不可能呈一条直线,只能呈不规则的卷曲状态。当有外力作用时,卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直,除去外力后又恢复卷曲状态,因此,一般的高分子材料都具有一定弹性。
2.(1)②a.单体　聚合反应
b.强度高　弹性好　耐腐蚀　不缩水　保暖　透气性　吸湿性
(2)①涤纶　+(2n-1)H2O
吸湿性　透气性　②锦纶
不　高　大
[问题思考] 提示:再生纤维是以木材、秸秆等农副产品为原料,经加工处理得到的纤维,再生纤维不是合成高分子,合成纤维是合成高分子。
3.(1)天然　合成
(2)①线型　二硫　线型　网状
②　
[问题思考] 提示:硫化剂的作用是打开聚合物中的双键,以二硫键(—S—S—)等将线型结构连接为网状结构,得到既有弹性又有强度的橡胶。
知识迁移应用
例1　(1)　
(2)500　(3)能　热塑
[解析] n= ==500;线型高分子具有热塑性,能溶于有机溶剂。
例2　C　[解析] 锦纶66是由单体己二酸和己二胺发生缩聚反应生成的,其化学名称为聚己二酰己二胺,A、B、D正确;由锦纶66的结构简式可知,其含有的官能团为酰胺基、羧基和氨基,C错误。
例3　(1)天然橡胶是线型结构　线型结构　网状结构　不能　(2)能
学习任务二
课前自主预习
结构　性能
1.羟基　(1)①淀粉、纤维素　强亲水基团　②强亲水基团
(2)保水
2.(1)净化　分离　浓缩　(2)膜孔大小
[问题思考] 提示:橡胶工业中将线型结构连接为网状结构是为了增加橡胶的功能,使其具有很好的弹性、强度、韧性和化学稳定性;高吸水性树脂将线型结构连接为网状结构可使它既吸水又不溶于水。
知识迁移应用
例4　A　[解析] 聚丙烯酸酯是由单体丙烯酸酯发生加聚反应得到的高分子;聚丙烯酸酯属于混合物,没有固定的熔、沸点;聚丙烯酸酯分子中不含亲水基团,故无吸水性。
【课堂评价】
1.(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√
[解析] (2)酚醛树脂在酸性条件下生成线型高分子,在碱性条件下生成网状高分子,受热后不能软化或熔融,错误。(3)高压聚乙烯的软化温度、密度均比低压聚乙烯低,错误。(4)棉花、羊毛不属于化学纤维,错误。(5)通过缩聚反应得到。(6)高吸水性树脂加交联剂使其由线型结构变为网状结构,错误。
2.B　[解析] 由图知,该共聚物的单体有4种,故A错误;该共聚物含有酯基,在酸或碱性条件下可降解,故B正确;该共聚物中含有的官能团有酯基,不含有醚键和酮羰基,故C错误;1 mol该共聚物含酯基为[1+(3x+3y)m] mol,充分水解能消耗[1+(3x+3y)m] mol NaOH,故D错误。
3.D　[解析] 液晶高分子材料是一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态,A不符合题意;橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料,B不符合题意;高分子分离膜是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜,C不符合题意;碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维,D符合题意。
4.D　[解析] 功能高分子材料应是既有通用高分子材料的机械性能,又有某些特殊功能;有的功能高分子材料具有优异的生物相容性,较少受到排斥,可以满足人工器官对材料的苛刻要求。
5.A　[解析] 根据题中隐形眼镜材料的聚合物片段可知,断开氢键,可得到该高分子链的结构:
,则该高分子的结构简式为,故A正确;氢键影响物质的物理性质,如熔、沸点,故B错误;该高分子完全水解的产物为和HOCH2CH2OH,其中高分子为,含有的官能团为羧基,故C错误;水解得到的小分子有机化合物为HOCH2CH2OH,有2种不同化学环境的氢原子,故D错误。
6.(1)石油的裂解
(2)取代反应　缩聚反应
(3)酸性高锰酸钾溶液
(4)CH2BrCH2Br+2NaOHHOCH2CH2OH+2NaBr　
n+nHOCH2CH2OH+(2n-1)H2O
(5)CH2CHCHCH2、CH2CHCN
(6)
(7)CH3CH2OHCH3CHOCH3CHOHCH2CHOCH3CHOHCH2CH2OHCH2CHCHCH2
[解析] 对二甲苯在光照条件下与氯气发生取代反应生成A,结合对苯二甲醇结构可知,A为,A在氢氧化钠水溶液加热条件下可以发生水解反应生成对苯二甲醇,对苯二甲醇在铜作催化剂加热条件下与氧气发生催化氧化反应生成对苯二甲醛,对苯二甲醛被氧气继续催化氧化生成B,B为对苯二甲酸();由乙烯生成1,2-二溴乙烷,1,2-二溴乙烷在氢氧化钠水溶液加热条件下可以发生水解反应生成乙二醇,则C为HOCH2CH2OH;B与C发生缩聚反应生成涤纶()。(1)工业上制取乙烯的方法是石油的裂解。(2)由分析可知,②为在氢氧化钠水溶液加热条件下发生水解生成对苯二甲醇,为取代反应;⑦为B与C发生缩聚反应生成涤纶,属于缩聚反应。(3)对二甲苯被酸性高锰酸钾溶液氧化可生成对苯二甲酸,故该试剂是酸性高锰酸钾溶液。(4)反应⑥为1,2-二溴乙烷在氢氧化钠水溶液加热条件下发生水解反应生成乙二醇,反应为CH2BrCH2Br+2NaOHHOCH2CH2OH+2NaBr;反应⑦为B与C发生缩聚反应生成涤纶:
n+nHOCH2CH2OH +(2n-1)H2O。(5)由丁腈橡胶结构可知,其单体为CH2CHCHCH2、CH2CHCN。(6)B为对苯二甲酸();B除苯环外含有2个碳、4个氧、不饱和度为2,其满足下列条件的B的同分异构体:①苯环上的一氯代物有1种,则苯环上含有1种氢,结构应该对称;②能发生水解反应,且水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应,则含有酯基且酯基水解生成酚羟基;③能发生银镜反应,含有醛基;结构可以为。(7)已知2CH3CHOCH3CHOHCH2CHO;逆推可知,合成聚
1,3-丁二烯需要制备CH2CHCHCH2,CH3CHOHCH2CH2OH发生消去反应可以生成CH2CHCHCH2,CH3CHOHCH2CHO发生加成反应生成CH3CHOHCH2CH2OH,2分子乙醛加成生成CH3CHOHCH2CHO,乙醇催化氧化生成乙醛,因此合成路线见答案。

展开更多......

收起↑