第二節高分子材料第五章合成高分子素養目標學習要點1.結合合成高分子實例,認識塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結構特點,能從微觀層面理解線型結構、網狀結構和性質的關系,形成宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養。2.通過不同條件下合成酚醛樹脂的實驗探究,進一步體會“化學反應是可以控制的”“條件不同產物不同”等化學觀念,形成科學探究與創新意識的學科核心素養。3.知道功能高分子材料的分類,了解其在生產生活及科學領域的應用,體驗有機化學作為基礎學科對相關學科發展的重要價值,培養科學態度與社會責任的化學核心素養。1.兩種結構:線型結構具有熱塑性,能溶于合適溶劑;網狀結構具有熱固性,不溶于一般溶劑。2.三大通用高分子材料:塑料、合成纖維、合成橡膠。3.兩種重要功能高分子材料:高吸水性樹脂、高分子分離膜。知識點一通用高分子材料的結構與性質基礎落實?必備知識全過關一、高分子材料的分類按用途和性能可分為兩大類1.通用高分子材料:包括

、

、

、黏合劑、涂料等。

2.功能高分子材料:包括

、

高分子、

高分子、高吸水性樹脂等。

塑料合成纖維合成橡膠高分子分離膜導電醫用二、通用高分子材料1.塑料(1)成分。合成樹脂增塑劑熱穩定劑著色劑(2)分類。

熱塑性熱固性酚醛樹脂(3)聚乙烯。

比較項目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

0.1MPa~2MPa,60~100℃,使用

高分子鏈的結構含有

支鏈

支鏈

軟化溫度/℃105~120120~140密度相對

相對

主要性能無毒,較

無毒,較

主要用途生產食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等生產瓶、桶、板、管等引發劑催化劑較多較少較小較大柔軟硬(4)酚醛樹脂。①在酸催化下的化學方程式為

,

。

②在堿催化下,苯酚與過量甲醛反應,生成

、

、

等,繼續反應就可以生成網狀結構的酚醛樹脂。

③酚醛樹脂的用途。主要用作

、

、阻燃、隔音材料和

材料,如烹飪器具手柄,電器與汽車的零部件等。

羥甲基苯酚

二羥甲基苯酚三羥甲基苯酚絕緣隔熱復合2.合成纖維(1)纖維的分類。天然木材秸稈石油天然氣煤滌綸錦綸腈綸丙綸維綸氯綸(2)合成纖維的性能和應用。

高好絕緣縫合線(3)常見的合成纖維。①聚酯纖維:滌綸是聚對苯二甲酸乙二酯纖維的商品名稱。寫出生成滌綸的化學方程式:

。

②聚酰胺纖維:由美國化學家卡羅瑟斯用

與

發生

反應制得。寫出反應的化學方程式:

。

己二胺己二酸縮聚3.合成橡膠(1)優良性能:耐磨、耐油、耐寒、耐熱、耐腐蝕等。(2)順丁橡膠合成的化學方程式為(3)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______

打開,以

等把線型結構連接為

結構,得到既有彈性又有強度的順丁橡膠。

雙鍵

硫鍵(—S—S—)

網狀教材拓展高分子的命名(1)天然高分子習慣用專有名稱,如纖維素、淀粉、蛋白質等。(2)合成高分子的名稱一般是在單體名稱前加上“聚”,如聚乙烯、聚丙烯腈等。由兩種單體形成的高聚物,一般有兩種命名方法,一是在縮合產物或兩種單體前加“聚”,如聚對苯二甲酸乙二酯,二是在兩種單體名稱后加上“樹脂”,如酚醛樹脂(這里的樹脂指未加工處理的聚合物)。(3)合成橡膠的名稱通常是在單體名稱后加上“橡膠”,如順丁(二烯)橡膠。(4)合成纖維的名稱常用“綸”,如滌綸、腈綸等。深度思考1.塑料和樹脂是不是同一物質?二者有何關系?提示

塑料和樹脂不是同一種物質,其區別有:①塑料是由樹脂及填料、增塑劑、熱穩定劑、潤滑劑、著色劑等助劑所組成的,其主要成分是樹脂。②樹脂是指人工合成的、未經加工處理的聚合物。如:聚乙烯樹脂。③塑料的基本性能主要決定于樹脂的本性,但添加劑也起著重要的作用。2.為什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的熔點低、密度也低呢?從結構的角度,如何增強聚乙烯塑料的強度呢?提示

低密度聚乙烯的主鏈有較多長短不一的支鏈,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高密度聚乙烯的小,熔點和密度也就較低;高密度聚乙烯的支鏈較少,鏈之間易于接近,相互作用力較大,熔點和密度都較高。線型結構的聚乙烯可以在一定條件下轉變為網狀結構的聚乙烯,以增加強度。3.我們平時用的耳機線為什么總纏在一起?4.線型結構的高分子能變成網狀結構的高分子嗎?為什么用堿作催化劑生成的酚醛樹脂能形成網狀結構?提示

聚乙烯分子鏈上的碳碳單鍵可以發生旋轉,使它不可能呈一條直線,只能呈不規則的卷曲狀態。當有外力作用時,卷曲的高分子鏈可以被拉直或部分被拉直,除去外力后又恢復卷曲狀態。因此,一般的高分子材料都具有一定的彈性。提示

線型高分子中如果含有未反應的官能團,則可使其通過化學反應轉變為網狀結構;在堿性條件下,甲醛過量時,苯酚與甲醛的反應不僅可以發生在鄰位上,還可以發生在對位上,得到網狀結構的酚醛樹脂。5.天然橡膠與硫化橡膠的性質有什么區別?提示

未經硫化的橡膠容易磨損,易溶于汽油、四氯化碳等有機溶劑,分子內的雙鍵容易發生加成反應,容易老化。硫化后,高分子鏈之間經交聯而變成網狀結構,結構穩定,不溶于有機溶劑,不易老化,不易氧化。易錯辨析(1)塑料就是合成樹脂。(

)(2)并不是所有的塑料都可以反復加熱熔融加工。(

)(3)高分子化合物的鏈越長,熔點越高、密度越大。(

)×提示

塑料的主要成分是合成樹脂,還含有增塑劑、防老化劑、潤滑劑、著色劑等。√提示

熱塑性塑料可以反復加熱熔融加工,但熱固性塑料只能一次成型。

√提示

高分子化合物的鏈越長,相對分子質量越大,范德華力越大,熔點越高,密度越大。(4)合成纖維和人造纖維都是人工合成的高分子化合物。(

)(5)天然橡膠的成分是聚異戊二烯,它屬于合成高分子材料。(

)×提示

人造纖維是將天然纖維加工改造而成的,又稱為“再生纖維”,故其不是人工合成的高分子化合物。×提示

天然橡膠是天然高分子材料,不屬于人工合成材料。

重難突破?能力素養全提升探究角度1

通用高分子的性質與應用例1下列有關有機物的說法正確的是(

)A.通過調節溶液酸堿性和甲醛用量,可以得到線型結構和網狀結構的酚醛樹脂B.合成橡膠和聚酯纖維都是通過縮聚反應制得C.聚乙烯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色D.棉、麻、絲、毛的燃燒產物只有CO2和H2OA解析

苯酚與甲醛反應生成酚醛樹脂,在酸催化下為線型結構,在堿催化下為網狀結構,則通過調節溶液酸堿性和甲醛用量,可以得到線型結構和網狀結構的酚醛樹脂,A正確;合成橡膠為聚異戊二烯,為加聚產物,B錯誤;聚乙烯不含碳碳雙鍵,不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,C錯誤;絲、毛的主要成分為蛋白質,含氮元素,由元素守恒可知,燃燒產物不止有二氧化碳和水,還有含氮元素的物質,D錯誤。歸納總結

常見通用高分子材料的結構和性能比較

[對點訓練1]高分子材料在生產生活中應用廣泛。下列說法錯誤的是(

)A.聚氯乙烯可用作不粘鍋的耐熱涂層,可通過加聚反應制得B.醋酸纖維可用作生產過濾膜、膠片等,可通過取代反應制得C.酚醛樹脂可用作絕緣、隔熱材料,其單體為苯酚和甲醛D.順丁橡膠可用作制造輪胎,其單體為1,3-丁二烯A解析

聚氯乙烯受熱會產生有毒物質,如HCl等,不可用于食品包裝、烹飪等相關材料的制造,A選項錯誤;醋酸纖維是醋酸和纖維素在催化劑催化作用下發生酯化反應得到的,B選項正確;苯酚與甲醛在一定條件下發生縮聚反應生成酚醛樹脂,C選項正確;1,3-丁二烯發生加聚反應,生成順式聚1,3-丁二烯,即順丁橡膠,D選項正確。例2甲基丙烯酸甲酯()在一定條件下發生聚合反應得到線型聚合物a,再通過和交聯劑b作用形成網狀結構聚合物,其結構片段如圖所示。已知:R1COOR2+R3OH→R1COOR3+R2OH。

探究角度2

通用高分子的結構與應用

下列說法錯誤的是(

)A.由線型聚合物a形成網狀結構聚合物的過程高分子也由熱塑性變為熱固性分子B.交聯過程中有甲醇生成C.線型聚合物a能通過和乙醇交聯形成網狀結構D.在一定條件下網狀結構聚合物水解,可實現交聯劑b的回收再利用A解析

線型聚合物一般為熱塑性材料,網狀結構聚合物一般為熱固性材料,因此由線型聚合物a形成網狀結構聚合物的過程,高分子也由熱塑性變為熱固性分子,故A正確;結合已知信息,線型聚合物a為

,與乙二醇交聯過程中有甲醇生成,故B正確;由圖和題干已知信息可知,線型聚合物a與乙二醇交聯形成網狀結構,故C錯誤;網狀結構聚合物含有羧基與乙二醇形成的酯基,在一定條件下能水解生成乙二醇,可以實現交聯劑b(乙二醇)的回收再利用,故D正確。歸納總結

高分子的結構與性質

分類線型高分子網狀高分子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由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、絕緣性好強度大、絕緣性好常見物質聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡膠酚醛樹脂、硫化橡膠[對點訓練2]有甲、乙兩種高聚物,甲能溶于有機溶劑,加熱可熔融;乙不溶于任何溶劑,加熱不會變軟或熔融,則下列敘述中錯誤的是(

)A.高聚物甲可能具有彈性,而高聚物乙沒有彈性B.高聚物甲可能是線型高分子材料C.高聚物甲一定是網狀結構高分子材料D.高聚物乙一定是網狀結構高分子材料C解析

根據題意可知,甲為熱塑性高分子材料,乙為熱固性高分子材料,故甲可能是線型高分子材料也可能是支鏈型高分子材料,乙一定是網狀結構高分子材料,故C錯誤。知識點二功能高分子材料的結構與性質基礎落實?必備知識全過關1.定義和舉例(1)具有某些特殊

、

及

功能的高分子材料。(2)舉例:高分子催化劑,高分子

,形狀記憶高分子,磁性高分子,

材料,

高分子材料,高分子藥物。

化學物理醫學分離膜高吸水性醫用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。在它們的主鏈上再接入帶有

的支鏈,以提高它們的吸水能力。

②用帶有強親水基團的烯類單體進行聚合,得到

的高聚物。

如:在丙烯酸鈉中加入少量交聯劑,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)應用:可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水,改良土壤。強親水基團含親水基團3.高分子分離膜

水小分子微濾反滲透有機高分子醋酸海水淡化血液透析深度思考1.尿不濕中的吸水劑吸水后擠壓擠不出水,這是為什么呢?提示

尿不濕屬于功能高分子材料,所使用的吸水劑是高分子材料高吸水性樹脂,利用高分子材料上的親水基團吸水,所以吸水劑吸水后擠壓擠不出水。2.海水淡化可采用膜分離技術,如圖所示,對淡化膜(高分子分離膜)右側的海水加壓,下列對加壓后右側海水成分變化的分析有四種說法:a.溶質質量增加;b.溶液質量不變;c.溶劑質量減少;d.溶質質量分數不變。請思考哪些說法是正確的?提示

c。對淡化膜右側的海水加壓,水分子可以透過淡化膜進入左側淡水池,而海水中的各種離子不能通過淡化膜。易錯辨析(1)新型高分子材料和傳統高分子材料有本質的區別。(

)(2)高吸水性樹脂中含有親水性原子團。(

)×提示

兩者在組成元素、合成反應、結構上無本質區別,只是在功能和性能上前者更優異。√提示

高吸水性樹脂中含有特殊原子團,如—OH、—COONa,具有很強的吸水性,所以可以吸水。(3)將高吸水性樹脂的線型結構連接成網狀結構,是為了增加其吸水性。(

)(4)離子交換樹脂主要用于分離和提純物質。(

)×提示

將高吸水性樹脂的線型結構連接成網狀結構,是為了使其既吸水又不溶于水。√提示

離子交換樹脂一般只允許小分子透過,故可用于分離和提純物質。

重難突破?能力素養全提升探究角度1

功能高分子材料的性能例1下列關于功能高分子材料的說法錯誤的是(

)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C解析

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,A正確;高分子分離膜有選擇地使粒子通過,所以可用于海水和苦咸水的淡化,B正確;半導體材料單晶硅屬于新型無機非金屬材料,C錯誤;易與水結合的基團稱為親水基團(如—NH2、—COOH、—OH),一些具有大量親水基團的淀粉、纖維素等分子易溶于水,D正確。[對點訓練1]下列有關功能高分子材料的用途敘述不正確的是(

)A.高吸水性樹脂可在干旱地區用于抗旱保水、改良土壤B.高分子催化劑主要用于分離和提純物質C.醫用高分子材料可用于制造人造器官、組織D.高分子分離膜可用于海水淡化和處理工業廢水B解析

高吸水性樹脂能在短時間內吸收自身質量數百倍甚至上千倍的水,可在干旱地區用于抗旱保水、改良土壤等,A項正確;高分子催化劑用于催化化學反應,B項錯誤;醫用高分子材料可用于制造人造心臟、人造血管等,C項正確;高分子分離膜一般只允許水及一些小分子物質通過,其余物質則被截留在膜的另一側,可用于海水淡化和處理工業廢水,D項正確。探究角度2

功能高分子材料的結構例2[2024廣西南寧高二檢測]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所示,下列說法錯誤的是(

)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有關答案

C

【變式設問】(1)網狀PAA在抗壓性、吸水性等方面優于線型PAA的原因是什么?提示

形成網狀結構后,可利用分子中大量的—COONa與水分子之間產生氫鍵等作用,吸收水分子,并且通過網狀結構將水分子束縛在高分子網格中,形成溶脹的凝膠體,在一定壓力下也不易失水。(2)具有網狀結構的聚合物都具有吸水性嗎?提示

不一定。有強吸水性原子團作支鏈,同時與交聯劑反應生成網狀結構的聚合物才具有強吸水性。歸納總結

功能高分子材料與通用高分子材料的聯系與區別

分類功能高分子材料通用高分子材料聯系都是由C、H、O、N、S等元素組成都是由單體經加聚或縮聚反應形成都有線型結構、網狀結構區別在功能上,與通用高分子材料相比,功能高分子材料具有特殊功能[對點訓練2]科學家研制的一種使沙漠變綠洲的新技術,即在沙漠中噴灑一定量的聚丙烯酸酯(

)與水的混合物,使其與沙粒結合,既能阻止地下的鹽分上升,又能攔截、蓄積雨水。下列對聚丙烯酸酯的敘述中正確的是(

)A.聚丙烯酸酯的單體的結構簡式為CH3CH2COORB.聚丙烯酸酯沒有固定的熔、沸點C.聚丙烯酸酯在一定條件下能發生水解反應和加成反應D.聚丙烯酸酯具有很強的吸水性B解析

聚丙烯酸酯是由單體丙烯酸酯(CH2=CHCOOR)發生加聚反應得到的高分子,A錯誤;由于聚丙烯酸酯屬于混合物,因此沒有固定的熔、沸點,B正確;聚丙烯酸酯中無碳碳雙鍵,含有酯基,故其能發生水解反應,不能發生加成反應,C錯誤;聚丙烯酸酯分子中不含親水基團,故無吸水性,D錯誤。學以致用隨堂檢測全達標123456題組1通用高分子的性質與應用1.下列有關塑料的說法錯誤的是(

)A.塑料的主要成分是合成樹脂B.熱塑性塑料可以反復加工,多次使用C.聚乙烯為熱塑性塑料,受熱會變軟D.塑料是一種高分子材料,可以通過取代反應大量生產D解析

塑料的主要成分是合成樹脂,所添加的加工助劑有增塑劑、熱穩定劑、著色劑等,A項正確;塑料根據其受熱特征可分為熱塑性塑料和熱固性塑料,熱塑性塑料可以反復加工,多次使用,而熱固性塑料只能一次成型,B項正確;聚乙烯是熱塑性塑料,加熱可熔融,C項正確;塑料是通過聚合反應制得的,D項錯誤。1234562.人們在日常生活中大量使用各種高分子材料,下列說法錯誤的是(

)A.天然橡膠易溶于水B.棉花屬于天然纖維C.聚氯乙烯塑料會造成白色污染D.作炊具柄的酚醛樹脂受熱后不易軟化A解析

天然橡膠難溶于水,A項錯誤;棉花屬于天然纖維,B項正確;聚氯乙烯塑料會造成白色污染,C項正確;網狀結構的酚醛樹脂受熱后不易軟化,D項正確。123456題組2功能高分子的性質與應用3.高分子材料發展的主要趨勢是高性能化、功能化、復合化、精細化和智能化。下列材料不屬于功能高分子材料的是(

)A.用于生產光盤等產品的光敏高分子材料B.光導纖維C.能用于生產“尿不濕”的高吸水性樹脂D.能導電的摻雜聚乙炔的高分子材料B解析

B項中光導纖維的主要成分為二氧化硅,屬于新型無機非金屬材料。A項中光敏高分子材料、C項中高吸水性樹脂、D項中導電高分子材料均屬于功能高分子材料。1234564.化學在人類社會發展中發揮著重要作用,下列說法錯誤的是(

)A.水性漆替代傳統油漆有利于健康與環保B.PC聚碳酸酯是可降解材料C.制造隱形眼鏡的材料因含羥基而具有較好的親水性D.聚氯乙烯可用于制作不粘鍋耐熱涂層D解析

傳統油漆中有機物易揮發,造成環境污染,不利于健康,水性漆替代傳統油漆有利于健康與環保,A項正確;PC聚碳酸酯中含酯基,能發生水解反應而降解,B項正確;羥基屬于親水基,制造隱形眼鏡的材料因含羥基而具有較好的親水性,C項正確;聚氯乙烯在高溫下會分解釋放出有毒氣體,不能用于制作不粘