專題19高分子材料（教材深度精講）【核心素養分析】1.宏觀辨識與與微觀探析：了解合成高分子材料（塑料、纖維、橡膠）的性質和用途；了解功能高分子材料的結構特點和重要性能。2.科學態度與社會責任：了解合成高分子化合物在高新技術領域的應用以及在發展經濟、提高生活質量方面的貢獻。【知識導圖】【目標導航】本專題知識在高考中主要考查的知識點有：三大合成材料的成分、特性和用途，功能高分子材料的特性及用途。通常以選擇題的一個選項或非選擇題的填空形式出現，內容基礎，關鍵是對知識，點的識記和應用，難度較小。【重難點精講】一、高分子材料的命名和分類1、命名(1)天然高分子一般有習慣使用的專有名稱，如淀粉纖維素、蛋白質、RNA、DNA等。(2)合成高分子的名稱一般在單體名稱前加上“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯等。由兩種單體聚合成的高聚物的命名法：在縮合產物或兩種單體前加“聚”，如聚對苯二甲酸乙二酯等；在兩種單體名稱后加上“樹脂”，如脲醛樹脂（由尿素與甲醛合成）等。(3)合成橡膠的名稱通常在單體名稱后加上“橡膠”，如乙（烯）丙（烯）橡膠、順丁（二烯）橡膠等。(4)合成纖維的名稱常用“綸”，如滌綸（聚對苯二甲酸乙二酯纖維)、氯綸（聚氯乙烯纖維）等。2、分類二、通用高分子材料1、塑料1）塑料的成分：主要成分是合成樹脂，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂等；輔助成分是改善塑料性能的加工助劑：為提高柔韌性加入增塑劑，為提高耐熱性加入熱穩定劑，為賦予它各種漂亮的顏色加入著色劑。【名師提醒】合成樹脂和塑料的關系1.樹脂是指未加工處理的聚合物，沒有添加各種加工助劑，而塑料是由合成樹脂及各種加工助劑組成的，塑料的主要成分是合成樹脂。這兩個名詞有時也混用，因為有些塑料基本上是由合成樹脂組成的，不含或含少量其他加工助劑，如有機玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。2.塑料的基本性能主要取決于樹脂的性質，但加工助劑也起著重要作用。2）塑料的分類(按樹脂受熱時的特征)(1)熱塑性塑料：為線型結構，可以反復加熱熔融加工，可以多次成型，多次使用，如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料。(2)熱固性塑料：為體型結構，不能加熱熔融，只能一次成型，但加工成型后就不會受熱熔化，如用具有不同結構的酚醛樹脂等制成的塑料。(3)判斷方法；①根據溶解性判斷：能溶于適當溶劑的高分子材料一般為線型結構，如聚乙烯、聚氯乙烯等；在溶劑中難溶解的高分子材料一般為體型結構，如酚醛塑料等。②根據熱塑性、熱固性判斷：具有熱塑性，受熱能熔化的高分子材料具有線型結構；具有熱固性，受熱不熔化的高分子材料具有體型結構。3）常見的塑料(1)聚乙烯高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的對比高壓法聚乙烯低壓法聚乙烯聚合反應條件150MPa～300MPa，200℃左右，使用引發劑0.1MPa～2MPa，60～100℃，使用催化劑高分子鏈的結構含有較多支鏈支鏈較少密度/(g·cm－3)～0.93(較低)～0.97(較高)類別低密度聚乙烯(LDPE)高密度聚乙烯(HDPE)軟化溫度/℃105～120120～140主要性能無毒，較柔軟無毒，較硬高分子鏈較短較長相對分子質量較低較高用途生產食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等生產瓶、桶、板、管等【名師提醒】①高壓法聚乙烯的密度和熔點均低于低壓法聚乙烯的原因為高壓法聚乙烯的主鏈有較多的支鏈，支鏈結構有礙碳碳單鍵的旋轉和鏈之間的接近，鏈之間的作用力就比低壓法聚乙烯的小，熔點和密度也就較低。②聚乙烯(一般高分子化合物)具有一定彈性的原因是聚乙烯分子鏈上的碳原子完全由碳碳單鍵相連，常溫下聚乙烯分子鏈上的碳碳單鍵可以發生旋轉，使分子鏈不可能呈一條直線，只能呈不規則的卷曲狀態。大量聚乙烯分子糾纏在一起，好像一團亂麻。當有外力作用時，卷曲的高分子鏈可以被拉直或部分被拉直，除去外力又恢復卷曲狀態。=3\*GB3③兩種聚乙烯塑料均有熱塑性，加熱均可熔融。(2)酚醛樹脂①含義：是用酚類(如苯酚或甲苯酚)和醛類(如甲醛)在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子。②合成——實驗5-1p140酸催化堿催化實驗操作a．a．b．待混合物接近沸騰時，取出試管并用玻璃棒攪拌反應物，觀察現象；c．試管冷卻至室溫后，向試管中加入適量乙醇，觀察現象；d．再把試管放在熱水浴中加熱，觀察現象實驗現象混合溶液變渾濁，有黏稠的粉紅色物質生成；加入乙醇，不溶解；再加熱，黏稠物質溶解混合溶液變渾濁，有黏稠的乳黃色物質生成；加入乙醇，不溶解；再加熱，黏稠物質仍不溶解結論在酸催化下，生成的線型結構的酚醛樹脂具有熱塑性在堿催化下，生成的網狀結構的酚醛樹脂具有熱固性a．在酸(濃鹽酸)催化下，等物質的量苯酚與甲醛反應，苯酚鄰位或對位的氫原子與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構的高分子b．在堿(濃氨水)催化下，苯酚與過量的甲醛反應，生成羥甲基苯酚的同時，還生成二羥甲基苯酚、三強甲基苯酚等，繼續反應就可以生成網狀結構的酚醛樹脂=3\*GB3③制備和結構④結構特點：具有網狀結構的高分子受熱后不能軟化或熔融，也不溶于一般溶劑。⑤用途：酚醛樹脂主要用作絕緣（開關、燈頭）、隔熱、難燃、隔音器材和復合材料。可用于烹飪器具的手柄，一些電器與汽車的零部件，火箭發動機、返回式衛星和宇宙飛船外殼等的燒蝕材料。(3)脲醛樹脂：可以用尿素(H2NCONH2)與甲醛縮聚反應合成4）線型高分子與網狀結構高分子性質比較線型高分子網狀結構高分子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脹大性能具有熱塑性，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，無可塑性2、合成纖維1）纖維的定義：指凡具備或可以保持長度大于本身直徑100倍的均勻線條或絲狀的線型高分子材料。2）纖維的分類(1)天然纖維：棉花、羊毛、蠶絲和麻等是大自然賦予人們的天然纖維，天然纖維又分為植物纖維和動物纖維。植物纖維是富含多糖纖維素，只含C、H、O三種元素(如：棉花、麻等)，動物纖維主要成分是蛋白質，蛋白質在蛋白酶的作用下可水解(如：羊毛和蠶絲等)(2)化學纖維：化學纖維指的是用天然或人工合成的高分子物質經化學、機械加工而制得的纖維，包括再生纖維和合成纖維(3)再生纖維：以木材、秸稈等農副產品為原料，經過加工處理得到的纖維(4)合成纖維：以石油、天然氣、煤和農副產品等為原料加工制得的單體，再經過聚合反應而制得的纖維。其原料本身不是纖維。①合成纖維的性能：合成纖維的優點是強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、保暖等，但在吸濕性、透氣性等方面不如天然纖維。合成纖維中維綸具有較好的吸濕性，被稱為“人造棉花”②合成纖維的“六大綸”是指滌綸(的確良)、錦綸(尼龍)、腈綸(人造羊毛)、丙綸、維綸和氯綸常見“六綸”的結構簡式、單體和性能名稱結構簡式單體性能用途滌綸抗皺性好、強度高、耐酸腐蝕、耐磨、吸濕性差衣料、室內裝修材料、電絕緣材料、繩索、漁網等錦綸H2N(CH2)5COOH耐磨、強度高、耐光、耐堿、有彈性衣料、繩索、漁網等腈綸CH2CH—CN彈性高、保溫性能好、耐光、耐酸但不耐堿衣料、毛毯、幕布、工業用布等丙綸CH2CH—CH3機械強度高、電絕緣性好、耐化學腐蝕、質輕、耐油性差可制成薄膜、日常用品、管道、包裝材料等維綸CH3COOCHCH2和HCHO吸濕性優良，有“人造棉花”之稱可與棉花混紡，作維棉混紡織物，制成濾布、帆布、傳送帶等氯綸CH2CH—Cl難燃，耐酸、堿，吸濕性差可編織窗紗、篩網、網袋與繩子，制成毛線、毛毯、棉絮、濾布等3）常見的合成纖維(1)聚酯纖維——滌綸(聚對苯二甲酸乙二酯纖維)①合成纖維中目前產量最大的是聚酯纖維中的滌綸。滌綸是聚對苯二甲酸乙二酯纖維的商品名稱。其合成反應為②滌綸性能：強度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透氣性和吸濕性差，可以與天然纖維混紡獲得改進。③滌綸用途：是應用最廣泛的合成纖維品種，大量用于服裝與床上用品(如運動服、被套、睡袋等)、各種裝飾布料、國防軍工特殊織物(航天服、降落傘)，以及工業用纖維制品(過濾材料、絕緣材料、輪胎簾子線、傳送帶)等。(2)聚酰胺纖維——錦綸66或尼龍66(聚己二酰己二胺纖維)①聚己二酰己二胺纖維不溶于普通溶劑，耐磨，強度高，是由H2N—(CH2)6—NH2和HOOC(CH2)4COOH合成的，其合成反應如下：②尼龍66性能：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，耐磨性和強度較大。③尼龍66用途：生產絲襪、降落傘、漁網、輪胎簾子線等。(3)高強度芳綸纖維合成4）合成纖維的性能①優點:具有強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、保暖等；②缺點：吸濕性和透氣性明顯不及天然纖維。3、合成橡膠1）橡膠的概念橡膠是一類具有彈性的物質，在外力作用下，橡膠的形狀發生改變，去除外力后又能恢復原來的形狀2）橡膠的分類3）天然橡膠(1)單體：異戊二烯即2-甲基-1,3-丁二烯(2)合成反應方程式為：【思考與討論】p145參考答案：。4）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(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)順丁橡膠合成：順丁橡膠是以1,3-丁二烯為原料，在催化劑作用下，通過加聚反應，得到以順式結構為主的聚1,3-丁二烯(4)橡膠的硫化將線型結構的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(—S—S—)等把線型結構連接為網狀結構，得到既有彈性又有強度的順丁橡膠。【名師提醒】絕大多數橡膠的結構中有碳碳雙鍵或還原性元素(如硫)，故橡膠有較強的還原性。因此，在實驗室中盛放強氧化性物質(如高錳酸鉀)的試劑瓶不能用橡膠塞。(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。(6)幾種常見的合成橡膠名稱單體結構簡式順丁橡膠CH2=CH—CH=CH2丁苯橡膠(SBR)氯丁橡膠(CR)4、高分子化合物的結構與性質1）有機高分子的結構及其性能(高分子化合物有線型、支鏈型和體型結構)基本類型結構特點性質特點常見物質線型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”在適當的溶劑中能緩慢溶解，加熱能熔融，硬度和脆度較小，具有熱塑性，無固定熔點，強度大、可拉絲、吹薄膜、絕緣性好低壓聚乙烯、、聚氯乙烯、天然橡膠支鏈型結構支鏈型結構與線型結構類似，是由許多鏈節相互連成一條長鏈的高聚物，但是在鏈節的主鏈上存在支鏈熔點、密度比線型結構的更低高壓聚乙烯體型結構(網狀結構)分子鏈與分子鏈之間還有許多共價鍵交聯起來，形成三維空間的網狀結構不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆度較大；不能反復熔化，只能一次加工成型(熱固性)，強度大、絕緣性好堿作催化劑時制備的酚醛樹脂2）有機高分子化合物的性質，主要有四個方面(1)一般線型的高分子化合物可溶于有機溶劑，網狀的一般難溶于有機溶劑，有的只有一定程度的溶脹(2)線型的具有熱塑性，體型的具有熱固性(3)它們一般不導電(4)它們往往易燃燒，線型高分子化合物一般不耐高溫3）有機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、醇解，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—)或雙硫鍵(—S—S—)，線型結構變為體型(網狀)結構③催化裂化：塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃氣體等。【思考與討論】p141參考答案（1）高分子結構的比較線型結構支鏈型結構網狀結構結構特點由許多鏈節相互連成一條長鏈，且大多數呈卷曲狀與線型結構類似，但在主鏈上存在較多長短不一的支鏈，分子排列松散，分子間作用力弱一般由多官能團單體相互作用，使主鏈與主鏈間以共價鍵相連接，形成立體網狀結構結構模型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脹大性能具有熱塑性，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，具有熱塑性強度大、絕緣性好，具有熱固性舉例低壓法聚乙烯高壓法聚乙烯堿催化下制備的酚醛樹脂（2）H2NCONH2+HCHOH2NCONHCH2OH+H2OnH2NCONHCH2OH+(n-1)H2O三、功能高分子材料1、定義：具有某些特殊化學、物理及醫學功能的高分子材料。如，高分子催化劑；各種濾膜；磁性高分子；形狀記憶高分子；高吸水性材料；醫用高分子材料；高分子藥物等2、分類功能高分子材料eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(高吸水性樹脂,磁性高分子,高分子藥物,高分子分離膜,醫用高分子,高分子催化劑,形狀記憶高分子))3、高吸水性樹脂(1)結構特點①含有強親水性原子團(如羧基、羥基、酰氨基等)的支鏈②具有網狀結構(2)性能：不溶于水，也不溶于有機溶劑，與水接觸后在很短的時間內溶脹，可吸收其本身質量的數百倍甚至上千倍的水，同時保水能力要強，還能耐一定的擠壓作用(3)改進思路：一是改造纖維素或淀粉分子，接入強親水基團；二是合成新的帶有強親水基團的高分子(4)合成方法①對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性。在淀粉或纖維素的主鏈上再接入帶有強親水基團的支鏈，可以提高它們的吸水能力。如淀粉與丙烯酸鈉在一定條件下發生反應，生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物。為防止此共聚物溶于水，還需在交聯劑作用下生成網狀結構的淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂②用帶有強親水基團的烯類單體進行聚合，得到含親水基團的高聚物。如在丙烯酸鈉中加入少量交聯劑，再在一定條件下發生聚合，可得到具有網狀結構的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。聚丙烯酸鈉的結構簡式為這兩種方法有一個共同特點，都要在反應中加入少量交聯劑，讓線型結構變為網狀結構(5)應用：可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，改良土壤；可用于嬰幼兒使用的紙尿褲【思考與討論】p147參考答案：橡膠加交聯劑的目的是變支鏈型結構為體型結構，使其具有不變黏、彈性較高、耐熱性好、拉伸強度大、有機溶劑中不溶解、不易折斷等；高吸水性樹脂加交聯劑的目的是變支鏈型結構為體型結構，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。4、高分子分離膜(1)分離原理：分離膜一般只允許水及一些小分子物質通過，其余物質被截留在膜的另一側，稱為濃縮液，達到對原液凈化、分離和濃縮的目的。(2)特點：讓某些物質有選擇地通過，而把另外一些物分離掉。(3)分類：分離膜根據膜孔大小分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。(4)制作材料：主要是有機高分子材料，如醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。(5)應用：高分子分離膜已廣泛用于海水淡化和飲用水的制取，果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等。5、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四、白色污染與高分子降解(1)廢棄的塑料制品會危害環境，造成“白色污染”。為了根除“白色污染”，人們聯想到淀粉、纖維素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光線的光敏劑的幫助下也能降解的事實，研究出微生物降解和光降解兩類高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切斷某些化學鍵，降解為小分子，再進一步轉變為CO2和H2O等物質而消失。光降解高分子在陽光等的作用下，高分子的化學鍵被破壞而發生降解。它們為消除“白色污染”帶來了希望(2)一些微生物降解高分子，如聚乳酸()具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可以用于手術縫合線、骨科固定材料、藥物緩釋材料等，手術后不用拆線或取出固定材料，減輕了患者與醫生的負擔。現在還出現了聚乳酸與淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和藥品包裝等；以及加入光敏劑的聚乙烯等光降解塑料，可用于農用地膜、包裝袋等(3)近年來，我國科學工作者已成功研究出以CO2為主要原料生產可降解高分子材料的技術。CO2是穩定分子，要讓它轉化為高分子是很困難的。然而他們發現稀土催化劑能活化CO2，使之與環氧丙烷()等反應生成聚合物。這種工藝目前已投入小規模生產，為消除“白色污染”和減輕溫室效應作出了貢獻【典題精練】考點1、考查高分子化合物的組成、結構、性質典例1．（2022春·內蒙古鄂爾多斯·高二校考期末）下列關于高聚物的說法錯誤的是A．聚乙炔可以用于制作導電部件B．網狀結構的酚醛樹脂可以加熱重塑C．聚丙烯酸鈉是一種高吸水性樹脂D．順丁橡膠彈性好，可用于輪胎制造【解析】A．聚乙炔是由單鍵和雙鍵交替組成的塑料，具有電子容易流動的性質，用I2做摻雜后可制備導電高分子材料，選項A正確；B．具有網狀結構的高分子不能加熱熔融，只能一次成型，因此網狀結構的酚醛樹脂不可以進行熱修補，選項B錯誤；C．聚丙烯酸鈉(單體為CH2=CHCOONa)是一種高性能吸水樹脂，可在干旱地區用于農業、林業、植樹造林時的抗旱保水，選項C正確；D．順丁橡膠主要用于輪胎、制鞋、高抗沖聚苯乙烯以及ABS樹脂的改性等方面，選項D正確；答案選B。【答案】B考點2、考查合成纖維的結構、特性和用途典例2．（2022春·遼寧大連·高二統考期末）尼龍是制作艙外航天服的一種材料。下列有關尼龍1010的說法正確的是A．尼龍1010是純凈物B．尼龍1010的單體是C．尼龍1010是通過縮聚反應制成的D．制作艙外航天服的材料要質輕，方便航天員在艙外行走【解析】A．尼龍1010是高分子化合物，屬于混合物，A錯誤；B．合成尼龍1010的單體是和，B錯誤；C．根據尼龍1010的化學式可以知道，它是和通過縮聚反應生成的，C正確；D．由于艙外航天服是在太空失重的情況下穿的，不需要考慮是否選輕質材料，D錯誤；故選C。【答案】C考點3、考查功能高分子材料的分類典例3．（2022秋·高二課時練習）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導電高分子④離子交換樹脂⑤醫用高分子⑥高吸水性樹脂⑦液晶高分子A．①③⑤⑥ B．②④⑤⑥ C．②③④⑤ D．全部【解析】常用功能高分子材料包括高分子膜、醫用高分子材料、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。【答案】D考點4、考查功能高分子材料的應用例4．（202