52高分子材料-2022-2023學(xué)年高二化學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)講義（人教版2019選擇性必修3）

第五章第二節(jié)高分子材料榆次一中李金虎【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解高分子材料的結(jié)構(gòu)特點和重要性能。2．了解高分子材料在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用以及在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高生活質(zhì)量方面的中的貢獻(xiàn)。【素養(yǎng)目標(biāo)】1．通過研究高分子材料的結(jié)構(gòu)與重要性能，培養(yǎng)學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng)。2、通過認(rèn)識高分子材料對人類社會生產(chǎn)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。必備知識與關(guān)鍵能力知識點一：高分子材料分類依據(jù)類型實例用途和性能通用高分子材料三大合成材料(塑料、合成纖維、合成橡膠)和黏合劑、涂料等功能高分子材料高分子分離膜、導(dǎo)電高分子、醫(yī)用高分子、高吸水性樹脂等知識點二：通用高分子材料1．塑料(1)主要成分：合成樹脂。如，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂等。(2)分類： 類型特征熱塑性塑料加熱可熔融，能溶于一些溶劑中，可重復(fù)加工，反復(fù)使用熱固性塑料加熱后不能軟化或熔融，也不能溶于任何溶劑，只能一次成型常見的塑料(1)聚乙烯①制備：②高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的比較(2)酚醛樹脂①組成：酚醛樹脂是用酚類與醛類在酸或堿催化下相互縮合而成的高分子化合物。②合成方法a．酸催化合成在酸催化下，等物質(zhì)的量的苯酚與甲醛反應(yīng)，苯酚鄰位或?qū)ξ坏臍湓优c甲醛的羰基加成生成羥甲基苯酚，然后羥甲基苯酚之間相互脫水縮合成線型結(jié)構(gòu)高分子。b．堿催化合成在堿催化下，等物質(zhì)的量的甲醛與苯酚或過量的甲醛與苯酚反應(yīng)，生成羥甲基苯酚、二羥甲基苯酚、三羥甲基苯酚等，然后加熱繼續(xù)反應(yīng)，就可以生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂。2，4二羥甲基苯酚2，4，6三羥甲基苯酚③酚醛樹脂的性質(zhì)及應(yīng)用a．性質(zhì)：受熱后不能軟化或熔融，也不溶于任何溶劑。此外，酚醛樹脂的電絕緣性優(yōu)良，耐腐蝕，還具有良好的物理機(jī)械性能。b．應(yīng)用：主要用作絕緣、隔熱、難燃、隔音器材和復(fù)合材料等。可用于生產(chǎn)烹飪器具的手柄，一些電器與汽車的零部件，火箭發(fā)動機(jī)、返回式衛(wèi)星和宇宙飛船外殼等的燒蝕材料?！緦嶒炋骄俊糠尤渲闹苽浼靶再|(zhì)酸催化堿催化實驗操作a．a(chǎn)．b．待混合物接近沸騰時，取出試管并用玻璃棒攪拌反應(yīng)物，觀察現(xiàn)象；c．試管冷卻至室溫后，向試管中加入適量乙醇，觀察現(xiàn)象；d．再把試管放在熱水浴中加熱，觀察現(xiàn)象實驗現(xiàn)象混合溶液變渾濁，有黏稠的粉紅色物質(zhì)生成；加入乙醇，不溶解；再加熱，黏稠物質(zhì)溶解混合溶液變渾濁，有黏稠的乳黃色物質(zhì)生成；加入乙醇，不溶解；再加熱，黏稠物質(zhì)仍不溶解結(jié)論在酸催化下，生成的線型結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂具有熱塑性在堿催化下，生成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂具有熱固性(3)脲醛樹脂由尿素（H2NCONH2）與甲醛縮聚而成。2．合成纖維(1)纖維的分類(2)六大綸六大綸包括：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸。a．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。b．合成纖維中目前產(chǎn)量占第一位的是聚酯纖維——滌綸，滌綸是聚對苯二甲酸乙二酯纖維的商品名稱，它的制備原理為：c．聚酰胺纖維——錦綸d．芳香族聚酰胺纖維——芳綸(3)應(yīng)用除了滿足人們的穿著需求外，還廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與高科技領(lǐng)域。如工業(yè)用的隔音、隔熱、絕緣材料，漁業(yè)用的漁網(wǎng)、纜繩，醫(yī)療用的縫合線、止血棉，航空航天用的降落傘、航天服。3．合成橡膠橡膠是一類具有彈性的物質(zhì)，在外力作用下，橡膠的形狀會發(fā)生改變，去除外力后又能恢復(fù)原來的形狀。橡膠的相對分子質(zhì)量比大多數(shù)塑料和合成纖維的都要高，一般在105~106。(1)橡膠的分類(2)天然橡膠天然橡膠是異戊二烯（2-甲基-1,3-丁二烯）的聚合物，具有順式結(jié)構(gòu)，稱為順式聚異戊二烯。(3)合成橡膠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。如，順丁橡膠：以1，3丁二烯為原料，在催化劑作用下發(fā)生加聚反應(yīng)得到的以順式結(jié)構(gòu)為主的聚合物。②性能：具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。③結(jié)構(gòu)特點：呈線型結(jié)構(gòu)，分子鏈較柔軟，性能較差。④順丁橡膠的硫化將順丁橡膠與硫等硫化劑混合后加熱，硫化劑將聚合物中的雙鍵打開，以二硫鍵（SS）等把線型結(jié)構(gòu)連接為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到既有彈性又有強(qiáng)度的順丁橡膠。但硫化交聯(lián)的程度不宜過大，否則會使橡膠失去彈性。⑤順丁橡膠的用途：順丁橡膠具有很好的彈性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造輪胎。 典例1．下列關(guān)于高分子化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的說法錯誤的是()①高分子化合物沒有固定的熔點②純凈的淀粉屬于純凈物③合成高分子化合物的結(jié)構(gòu)大致分為線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)④線型高分子化合物具有熱固性⑤高分子材料一般不易燃燒⑥高分子化合物的相對分子質(zhì)量都很大⑦體型高分子化合物具有熱塑性A．④⑤⑥B．①③⑥C．①⑤⑦D．②④⑤⑦【答案】D【解析】淀粉是高分子化合物，屬于混合物；線型高分子化合物鏈與鏈之間未形成化學(xué)鍵，僅以分子間作用力相結(jié)合，故受熱易熔化，具有熱塑性；有機(jī)高分子材料一般容易燃燒；體型高分子化合物受熱后不能軟化或熔融，具有熱固性。典例2．尼龍66是一種重要的合成纖維，它是由己二酸和己二胺[H2N(CH2)6NH2]以相等的物質(zhì)的量在一定條件下聚合而成的，下列敘述不正確的是()A．尼龍66的結(jié)構(gòu)簡式是B．合成尼龍66的反應(yīng)屬于縮聚反應(yīng)C．合成尼龍66的基礎(chǔ)反應(yīng)為酯化反應(yīng)D．尼龍66的長鏈結(jié)構(gòu)中含有肽鍵(—CONH—)【答案】D【解析】尼龍66是HOOC(CH2)4COOH和H2N(CH2)6NH2通過成肽反應(yīng)縮聚而成的高分子。典例3．奧運吉祥物“福娃”外材為純羊毛線，內(nèi)充物為無毒的聚酯纖維，該聚酯纖維的結(jié)構(gòu)簡式為，下列說法正確的是()A．羊毛與該聚酯纖維的化學(xué)成分相同B．該聚酯纖維和羊毛在一定條件下均不能水解C．由單體合成該聚酯纖維的反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)D．合成該聚酯纖維的單體為對苯二甲酸和乙二醇【答案】D【解析】羊毛是動物纖維，主要成份是蛋白質(zhì)，屬于天然有機(jī)高分子材料(天然纖維)，而聚酯纖維是由乙二醇(HOCH2CH2OH)和對苯二甲酸()通過縮聚形成的，所以其化學(xué)成分不同，故A錯誤；聚酯纖維鏈節(jié)中含有酯基，可以發(fā)生水解;羊毛是動物纖維，主要成份是蛋白質(zhì)，分子中存在肽鍵，也可以水解，故B錯誤；乙二醇(HOCH2CH2OH)和對苯二甲酸()生成聚酯纖維，同時還有水生成，為縮聚反應(yīng)，所以C選項是錯誤的；D、鏈節(jié)中含有酯基，聚酯纖維是由乙二醇(HOCH2CH2OH)和對苯二甲酸()通過縮聚形成的，故D正確。知識點三：功能高分子材料1．分類2．高吸水性樹脂——親水性高聚物(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。如淀粉與丙烯酸鈉在引發(fā)劑作用下共聚后與交聯(lián)劑反應(yīng)生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉——聚丙烯酸鈉接枝共聚物高吸水性樹脂。②以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合物為單體，均聚或兩種單體共聚得到親水性高聚物。如丙烯酸鈉與交聯(lián)劑在引發(fā)劑作用下得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。(2)性能可吸收數(shù)百到上千倍于其自身質(zhì)量的水，同時保水能力強(qiáng)，還能耐一定的擠壓。(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。3．高分子分離膜(1)作用原理分離膜一般只允許水及一些小分子物質(zhì)通過，其余物質(zhì)則被截留在膜的另一側(cè)，形成濃縮液，達(dá)到對原液凈化、分離和濃縮的目的。(2)分類：根據(jù)膜孔大小分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等，可用于分離不同的物質(zhì)。(3)材料：主要是有機(jī)高分子材料，如醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。(4)應(yīng)用高分子分離膜已廣泛用于海水淡化和飲用水的制取，以及果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等領(lǐng)域。分離膜功能示意圖典例4．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 ③導(dǎo)電高分子 ④離子交換樹脂 ⑤醫(yī)用高分子⑥高吸水性樹脂⑦液晶高分子A．①③⑤⑥ B．②④⑤⑥ C．②③④⑤ D．全部【答案】D【解析】常用功能高分子材料包括高分子膜、醫(yī)用高分子材料、高吸水性樹脂、離子交換脂、光敏高分子材料、導(dǎo)電高分子材料、生物高分子材料、高分子催化劑和試劑等，可知這六種都屬于功能高分子材料。典例5．下列有關(guān)新型高分子材料應(yīng)用的說法不正確的是()A．高分子膜利用其選擇性透過能力，可用于海水淡化、污染控制、物質(zhì)制取與回收等方面B．作為醫(yī)用高分子材料制人造器官，必須考慮其與人體的相容性和機(jī)械性能C．新型的聚乙烯醇是高吸水性高分子，具有與水生成易揮發(fā)物質(zhì)的特性，所以稱為“尿不濕”D．新材料研究正向智能化、高功能的方向發(fā)展【答案】C【解析】“尿不濕”的主要成分為高吸水性樹脂，其特點是既能吸水，又能保水，與水不生成易揮發(fā)物。典例6．下列有關(guān)功能高分子材料的用途的敘述中，不正確的是()A．高吸水性樹脂主要用于干旱地區(qū)抗旱保水、改良土壤、改造沙漠B．離子交換樹脂主要用于分離和提純物質(zhì)C．醫(yī)用高分子材料可用于制造醫(yī)用器械和人造器官D．聚乙炔膜可用于分離工業(yè)廢水和海水淡化【答案】D【解析】保水劑是一種強(qiáng)吸水樹脂，能在短時間內(nèi)吸收自身重量幾百倍至上千倍的水分，高吸水性樹脂可做保水劑，A正確；離子交換樹脂是帶有官能團(tuán)(有交換離子的活性基團(tuán))、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物，主要用于分離和提純物質(zhì)，B正確；醫(yī)用高分子材料是指用以制造人體內(nèi)臟、體外器官及醫(yī)療器械的聚合物材料，可用于制造醫(yī)用器械和人造器官，C正確；聚乙炔膜屬于導(dǎo)電高分子，主要用于電子元件，D錯誤。核心價值與學(xué)科素養(yǎng)【知識結(jié)構(gòu)化】高分子的合成方法與高分子材料典例7．新冠肺炎疫情出現(xiàn)以來，一系列舉措體現(xiàn)了中國力量。在各種防護(hù)防控措施中，化學(xué)知識起了重要作用，下列有關(guān)說法不正確的是()A．修建“火神山”醫(yī)院所用的HDPE(高密度聚乙烯)膜是一種無毒無味的高分子材料B．N95型口罩的核心材料是聚丙烯，聚丙烯可以使溴水褪色C．使用醫(yī)用酒精殺菌消毒的過程中發(fā)生了化學(xué)變化D．醫(yī)用防護(hù)服的核心材料是微孔聚四氟乙烯薄膜，其單體四氟乙烯屬于鹵代烴【答案】B【解析】高密度聚乙烯是一種無毒無味的有機(jī)合成高分子材料，故A正確；一定條件下丙烯發(fā)生加聚反應(yīng)生成聚丙烯，聚丙烯結(jié)構(gòu)中不含有碳碳雙鍵，不能使溴水褪色，故B錯誤；使用醫(yī)用酒精殺菌消毒的過程為蛋白質(zhì)變性的過程，屬于化學(xué)變化，故C正確；四氟乙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CF2CF2，屬于鹵代烴，故D正確。典例8．為使橋體更牢固，港珠澳大橋采用高性能繩索吊起，該繩索是超高分子量的聚乙烯材料，同時也使用了另一種叫芳綸(分子結(jié)構(gòu)如圖所示)的高性能材料，以下對這兩種材料的說法錯誤的是()A．芳綸是一種混合物B．聚乙烯能使溴水褪色C．聚乙烯和芳綸的廢棄物在自然環(huán)境中降解速率慢，會造成環(huán)境壓力D．合成芳綸的反應(yīng)的化學(xué)方程式為【答案】B【解析】芳綸中聚合度n為不確定值，屬于混合物，A正確；乙烯發(fā)生加聚反應(yīng)生成聚乙烯，聚乙烯中不含碳碳雙鍵，不能使溴水褪色，B錯誤；合成高分子化合物聚乙烯和芳綸的廢棄物在自然環(huán)境中降解速率慢，會形成白色污染，造成環(huán)境壓力，C正確；芳綸是由單體和在一定條件下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成的高分子化合物，D正確?！靖櫨毩?xí)】基礎(chǔ)過關(guān)1．下列說法正確的是()A．嬰兒紙尿褲中含有聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂B．天然橡膠為體型高分子化合物，具有良好的彈性和強(qiáng)度C．人造纖維是以石油、煤、天然氣等為原料經(jīng)過聚合反應(yīng)制成D．有機(jī)玻璃是通過縮聚反應(yīng)制得的合成塑料，具有良好透光性【答案】A【詳解】A.聚丙烯酸鈉是一種高分子樹脂，具有很強(qiáng)的吸水性，可用于制造嬰兒紙尿褲，故A正確；B.天然橡膠為線型高分子化合物，故B錯誤；C.人造纖維是用木材、草類的纖維經(jīng)化學(xué)加工制成的粘膠纖維，則不能利用石油、煤、天然氣等做原料制得人造纖維，故C錯誤；D.聚甲基丙烯酸甲酯又稱有機(jī)玻璃，即有機(jī)玻璃是通過加聚反應(yīng)制得的，故D錯誤；答案選A。2．碳纖維強(qiáng)化塑料是一種新型的高強(qiáng)度復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)可表示為。下列有關(guān)該碳纖維的說法正確的是()A．構(gòu)成該碳纖維的元素是碳和氮 B．該碳纖維的化學(xué)式為C12H4N4C．該碳纖維具有導(dǎo)電性 D．將聚丙烯腈纖維在稀有氣體中高溫處理可得碳纖維【答案】C【詳解】因為該碳纖維中的氮原子還有未成鍵的電子，在外加電壓作用下，可定向移動而導(dǎo)電。3．“噴水溶液法”是日本科學(xué)家研制出的一種使沙漠變綠洲的新技術(shù)：在沙漠中噴灑一定量的聚丙烯酸酯水溶液，水溶液中的高分子與沙土粒子結(jié)合，在地表下20～50cm處形成一個厚0.5cm的隔水層，既能防止地下的鹽分上升，又有攔截、蓄積雨水的作用。下列對聚丙烯酸酯的說法不正確的是()A．單體的結(jié)構(gòu)簡式為CH2=CH—COORB．在一定條件下能發(fā)生加成反應(yīng)C．在一定條件下能發(fā)生水解反應(yīng)D．沒有固定的熔、沸點【答案】B【解析】聚丙烯酸酯的結(jié)構(gòu)簡式為，顯然其單體為CH2=CH—COOR。由結(jié)構(gòu)簡式可知其含有—COOR，可發(fā)生水解反應(yīng)。無鍵，不能發(fā)生加成反應(yīng)。因n為可變值，故聚丙烯酸酯為混合物，沒有固定的熔、沸點。鏈狀高分子化合物()可由有機(jī)化工原料R和其他有機(jī)試劑，通過加成、水解、氧化、縮聚反應(yīng)得到，則R是()A．1-丁烯B．乙烯C．1，3-丁二烯D．2-丁烯【答案】B【解析】合成高分子化合物的反應(yīng)為縮聚反應(yīng)，需要HOOCCOOH、HOCH2CH2OH兩種原料發(fā)生酯化反應(yīng)制取。制取過程如下：乙二醇連續(xù)氧化生成乙二酸，乙二醇可由二鹵代烴水解制取；二鹵代烴可由乙烯與鹵素單質(zhì)加成制取，則R應(yīng)為乙烯。(1)酚醛樹脂是用__________與__________在酸或堿催化下相互縮合而成的高分子化合物，在酸催化下，等物質(zhì)的量的甲醛和苯酚反應(yīng)形成__________結(jié)構(gòu)高分子，發(fā)生反應(yīng)為：_______________________________________，在堿催化下，等物質(zhì)的量的甲醛與苯酚或過量的甲醛與苯酚反應(yīng)，生成__________結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂。(2)六大綸包括：，__________被稱為“人造棉花”，因其分子鏈上含有__________而具有較好的吸濕性；合成纖維中目前產(chǎn)量占第一位的是聚酯纖維——滌綸，其制備原理是?！敬鸢浮?1)酚類醛類 線型+ n+(n?1)H2O 網(wǎng)狀(2)滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸維綸羥基能力達(dá)成實驗室制備酚醛樹脂的實驗裝置如圖所示，主要步驟如下：(1)在大試管中加入2g苯酚和3mL40%的甲醛溶液。(2)再加入1mL濃鹽酸，裝好實驗裝置。(3)將試管水浴加熱至沸騰，到反應(yīng)不再劇烈進(jìn)行時，過一會兒便可停止加熱。(4)取出試管中的黏稠固體，用水洗凈得到產(chǎn)品。填寫下列空白：(1)在裝置中，試管口加一帶塞的長直導(dǎo)管的作用是。

(2)加入濃鹽酸的作用是。若要形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂還可用代替濃鹽酸。

(3)此反應(yīng)需水浴加熱，不用溫度計控制水浴溫度的原因是。

(4)采用水浴加熱的好處是。再列舉兩個需要水浴加熱的有機(jī)實驗，寫出實驗的名稱：。

(5)實驗完畢后，若試管用水不易洗滌，可以加入少量浸泡幾分鐘，然后洗凈。

(6)寫出實驗室制取酚醛樹脂的化學(xué)方程式：，此有機(jī)反應(yīng)類型是。

(7)該實驗裝置中的一處錯誤是。

【答案】(1)冷凝、回流，減少甲醛和苯酚揮發(fā)造成的損失(2)催化劑濃氨水(3)反應(yīng)條件為沸水浴(4)受熱均勻，控制溫度方便制備硝基苯、銀鏡反應(yīng)、多糖的水解(任寫兩個即可)(5)乙醇(6)+,n+(n1)H2O縮聚反應(yīng)(7)試管底部與燒杯底部接觸【解析】酸性條件下生成酚醛樹脂的反應(yīng)是苯酚和甲醛發(fā)生縮聚反應(yīng)生成酚醛樹脂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為+，n+(n1)H2O。(1)在加熱條件下苯酚、甲醛溶液易揮發(fā),反應(yīng)裝置中的長玻璃管除導(dǎo)氣外,還對易揮發(fā)的反應(yīng)物起冷凝回流作用。(2)實驗中濃鹽酸為催化劑，若用濃氨水為催化劑，則反應(yīng)生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂。(3)實驗中使用沸水浴，因此不需要溫度計。(4)實驗裝置采用水浴加熱的原因是水浴便于控制溫度，受熱均勻。(5)實驗制得的酚醛樹脂為線型結(jié)構(gòu)，可溶于乙醇，可用乙醇浸泡，溶解酚醛樹脂。(7)水浴加熱時，試管的底部不能與燒杯的底部接觸。7．聚醋酸乙烯酯是一種黏合劑，應(yīng)用廣泛。下面是該高聚物的合成路線：提示：①甲烷在電弧的作用下生成炔烴。②CH3C≡CHCH3CH2CHO(未配平)。請回答下列問題：(1)甲烷合成A的化學(xué)反應(yīng)中原子利用率為。

(2)B的結(jié)構(gòu)簡式為。

(3)B生成C的反應(yīng)除新制Cu(OH)2外還需要的條件是。

(4)A與C反應(yīng)生成D的反應(yīng)類型是。

(5)寫出由D生成的化學(xué)方程式：。

(6)寫出能使紫色石蕊溶液變紅的D的三種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式：。

【答案】(1)81.25%(2)CH3CHO(3)加熱(4)加成反應(yīng)(5)(6)CH2CHCH2COOH、CH3CHCHCOOH、【解析】由目標(biāo)產(chǎn)物可知A、B、C均是分子中含有2個碳原子的有機(jī)化合物，結(jié)合提示信息可知A為乙炔，B為乙醛，C為乙酸。(1)甲烷生成乙炔的化學(xué)方程式為2CH4CH≡CH+3H2，所以該反應(yīng)的原子利用率為2632×100%=81.25%。(3)B為乙醛，C為乙酸，故B生成C的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，用新制氫氧化銅等弱氧化劑氧化時需要加熱。(4)乙炔與乙酸反應(yīng)生成，