5.2高分子材料（二）课件2021-2022学年高中化学人教版（2019）选择性必修3（40张ppt）
文档属性
| 名称 | 5.2高分子材料（二）课件2021-2022学年高中化学人教版（2019）选择性必修3（40张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-06-16 10:06:36 | ||
图片预览
文档简介
(共40张PPT)
第二节 高分子材料（第二课时）
高二—人教版—化学—选择性必修3—第五章
学习目标
一、通过高分子材料吸水性能的对比实验，体会通过分析微观结构解释化学性质的思路，以及结构、性质和应用之间的关系。
二、体会功能导向的高分子材料合成的价值，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域的应用。
你知道吗？
某神奇的“人造雪”：成分是一种高分子材料，遇水体积膨胀，可以扩大100多倍，你知道它的结构特点吗？怎么合成的？
吸水前
吸水后
功能高分子
材料
高分子分离膜
医用高分子材料
高吸水性树脂
环节一 功能高分子材料概述
......
功能高分子材料：在天然或合成高分子的主链或支链上，引入带
有某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功
能，满足光、电、磁、声、化学、生物和医学
等方面的功能要求。
医用高分子材料
人造膝关节
人造肾脏
人造血管
人造心脏
人造皮肤
这种“人造皮肤”能帮助伤口尽快恢复。比如烧烫伤，我们可以把水泡的水放出，用药清洗后，将“人造皮肤”敷贴在伤口上，很快“人造皮肤”就和人的身体长在一起，成了真的皮肤。
医用高分子材料
高吸水性树脂
高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤。
高吸水性树脂也可以用于婴幼儿纸尿裤（尿不湿），其可吸入自身质量数百倍的尿液而不滴漏。
高吸水性树脂
“尿不湿”也应用在航天方面。 航天员专用“尿不湿”1克能吸收约1000克水 ，吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿”。
高吸水性树脂
高分子分离膜
回顾：材料的结构、性质、应用的关系
结构
性质
应用
反映
反映
决定
决定
环节二 高吸水性树脂
日常生活生产中，我们需要一些特定功能的材料，根据结构、性质、应用三者的关系，我们可以从应用出发确定材料的性质，根据性质确定物质的结构，寻找反应物，从而设计具有特定结构的有机高分子材料。
实验探究：高吸水性树脂的吸水性能
——比较高吸水性树脂与餐巾纸的吸水效率
环节二 高吸水性树脂
视频来源于网络
吸水材料 高吸水性树脂（尿不湿） 餐巾纸
吸水前质量m1/g 1.0000 1.0000
吸水现象
吸水后质量m2/g 87.8311 12.3029
吸水率 （m2-m1)/m1
86.8311%
11.3029%
实验探究：比较高吸水性树脂与餐巾纸的吸水效率
现象及数据处理：
实验结论：
其他条件相同时，高吸水性树脂的吸水性及保水性均比餐巾纸的强。
呈凝胶状
吸水后变形程度小
具有较好的保水能力
保水能力较差
吸水性强
吸水性较差
[问题1]保鲜膜和餐巾纸二者同样为高分子材料，为什么
一种不可吸水一种可吸水？
餐巾纸
保鲜膜
材料 主要成分 结构简式 官能团
保鲜膜
餐巾纸 纤维素
聚乙烯
无
—OH
（C6H7O2）
OH
OH
OH
n
亲水基团
氢键
因此，餐巾纸可吸水性，保鲜膜不可吸水。
常见的亲水基团
羟基
羧基
醛基
氨基
常见的疏水基团
烃基
卤原子
酯基
资料卡片：
亲水基吸水性强弱顺序：
—COO- > —COOH > —OH
[问题2]高吸水性树脂应具有哪些性质？
能否从碳骨架和官能团两个角度预测其可能结构？
性质：吸水、保水且不溶于水
碳骨架（不溶于水的母体主链）
官能团 （有强亲水基团的取代基）
不溶于水：
吸水：
性质
结构
决定
保水：
反映
交联成网状结构
吸水
网状保水能力强
高吸水性树脂交联前一般是水溶性的，不具备吸水性，形成网状结构后，它可利用分子中大量的亲水基团与水分子之间产生氢键等作用，吸收水分子，并且通过网状结构将水分子束缚在高分子网格中，形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，在一定压力下也不易失水。
纤维素的分子结构
亲水基团
线型结构
纤维素显微结构示意图：
[问题3]棉花、纸张等含纤维素物质的吸水量只有自身质量的20～40倍左右，
挤压后保有的水量也比较少。含纤维素物质吸水性和保水性不够好
的原因是什么？
官能团
碳骨架
结构改进
环节二 高吸水性树脂
[问题4]棉花、纸张等含纤维素物质吸水性和保水性不佳，用什么方法能够解决这个问题，得到吸水性更好，且耐挤压、保水性好的高吸水性材料？
天然吸水性材料
高吸水性材料
官能团
碳骨架
（—OH）
（线型）
吸水性强
保水能力强
（交联成网状）
（—COONa）
环节二 高吸水性树脂
主要成分：纤维素
结构改进
淀粉
（纤维素）
丙烯酸钠
接枝共聚物
交联剂
网状淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂
方法1：
线型
网状
改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团
在合成高吸水性树脂中, 聚丙烯酸钠类具有吸水量大、吸水速度快、价格便宜等优点而广受人们青睐。
环节二 高吸水性树脂
聚丙烯酸钠类物质吸水性、保水性强的原理
(1)羧酸钠极性大（羧酸根与Na+之间是离子键）。
(2)聚合物本身的交联网状结构。
(3) 网状结构内部Na+的存在，使得内外产生渗透压，加上聚合物本身的水合能力强，促进水在短时间内大量进入网络。
聚丙烯酸钠
思考：高吸水性树脂加交联剂制得网状结构与橡胶硫化
工艺中制得网状结构目的是否相同？
不同，高吸水性树脂——使其既吸水而又保水；
橡胶——使其既有弹性又有强度。
小分子直接聚合
环节二 高吸水性树脂
[问题5]除了对天然吸水材料进行改性，还有其他合成高吸水
性树脂的方法吗？
方法2：
丙烯酸钠
交联剂
网状聚丙烯酸钠高吸水性树脂
请写出丙烯酸钠合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂反应方程式：
CH2
CHCOONa
n
一定条件
CH2
COONa
CH
n
用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合
环节二 高吸水性树脂
你知道吗？
人造雪主要成分也是聚丙烯酸钠
CH2
CHCOONa
n
一定条件
CH2
COONa
CH
n
某神奇的“人造雪”：成分是一种高分子材料，遇水体积膨胀，可以扩大100多倍，你知道它的结构特点吗？怎么合成的？
方法1 天然高分子改性
改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团
方法2 小分子聚合
用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合
使用交联剂将线型结构转变为网状结构
使用交联剂将线型结构转变为网状结构
小结：高吸水性树脂
原理：分离膜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，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
环节三 高分子分离膜
分类：分离膜根据膜孔大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等，以分离不同的杂质。
某品牌净水器家用直饮自来水过滤器厨房反渗透官方净水机
血液透析
血液透析原理图
尿毒症，药物中毒患者的血液透析，使用了透析膜。
果汁浓缩
果汁反渗透浓缩原理：
使用半透膜在常温下选择性地从溶液中排除水分的工艺。
各种浓缩的果汁
阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，带有固定基团和可解离的离子。固定基团带负电荷，即阳膜表面带负电荷，在电场作用下，带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而阴离子受阳膜表面负电荷的排斥，无法通过，所以具有选择透过性。
阳离子交换膜
环节三 高分子分离膜
固定基团带负电荷
R* —SO3— —H+（Na+）
固定基团 解离离子
磺酸型阳离子交换膜
（R*为大分子结构）
通常是磺酸型,如钠型磺酸型，在水分子作用下，钠离子解离，剩下固定基团磺酸根显负电荷，在电场作用下，阳离子通过阳膜，阴离子被排斥。
对阴离子具有选择透过性作用。固定基团显正电性，在电场作用下，带有负电荷的阴离子就可以通过阴膜，而阳离子受固定基团的排斥，无法通过。一般以—NH3＋、—NR2H＋或者—PR3＋等阳离子作为活性交换基团。
阴离子交换膜
固定基团带正电荷
环节三 高分子分离膜
R* —N+(CH3)3 —OH—（Cl—）
固定基团 解离离子
季铵型阴离子交换膜
（R*为大分子结构）
阳/阴离子交换膜
环节三 高分子分离膜
阳离子交换膜
阴离子交换膜
2、功能高分子材料：
高吸水树脂——淀粉接枝聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钠
高分子分离膜——阳离子交换膜、阴离子交换膜
环节四 课堂小结
1、思维方法：
医用高分子材料
1、下列不属于新型有机高分子材料的是( )
A．高分子分离膜
B．液晶高分子材料
C．生物高分子材料
D．有机玻璃
解析：选项A、B、C中的物质都属于新型有机高分子材料，
有机玻璃是有机高分子材料，但属于传统的合成材料。
D
2、下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，不正确的是( )
A．高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠
B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质
C．医用高分子可用于制造医用器械和人造器官
D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水的淡化
解析：聚乙炔膜属导电高分子材料，主要用于制造电子器件。
D
3、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。请判断下列说法的正误。
①聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH2=CHCOOR（ ）
②聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点（ ）
③聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应（ ）
④其聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同（ ）
⑤聚丙烯酸酯具有很强的吸水性（ ）
合成聚丙烯酸酯的反应属于加聚反应，
酚醛树脂的聚合方式是缩聚反应，故错误。
聚丙烯酸酯属于酯类，与水互不相溶，没有吸水性，故错误。
聚丙烯酸酯含有酯基，在一定条件下能发生水解反应，没有碳碳双键，
不能发生加成反应，故错误。
聚合度n不确定，聚丙烯酸酯属于混合物，没有固定的熔沸点，故正确。
×
×
×
√
√
E结构中有羟基，能与水形成分子间氢键，因而具有良好的亲水性。
4、用于制造隐形眼镜的功能高分子材料E的合成路线如下：
（1）A的结构简式为 。
（2）B→C的反应类型是 。
（3）请写出D→E反应的化学方程式。
（4）制造隐形眼镜的材料应该具有良好的亲水性，请从E的结构上分析它
可以作为隐形眼镜材料的可能原因。
CH2=CH2
取代反应
（3）nCH2＝C—COOCH2CH2OH
CH3
一定条件
—CH2—C—
CH3
COOCH2CH2OH
[ ] n
A
B
C
D
(C6H10O3)
E
Br2
浓硫酸
△
NaOH/H2O
△
CH2＝C—COOH
CH3
一定条件
聚合物
分子式：C4H6O2
（F）
CH2=CH2
CH2Br-CH2Br
HOCH2-CH2OH
第二节 高分子材料（第二课时）
高二—人教版—化学—选择性必修3—第五章
学习目标
一、通过高分子材料吸水性能的对比实验，体会通过分析微观结构解释化学性质的思路，以及结构、性质和应用之间的关系。
二、体会功能导向的高分子材料合成的价值，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域的应用。
你知道吗？
某神奇的“人造雪”：成分是一种高分子材料，遇水体积膨胀，可以扩大100多倍，你知道它的结构特点吗？怎么合成的？
吸水前
吸水后
功能高分子
材料
高分子分离膜
医用高分子材料
高吸水性树脂
环节一 功能高分子材料概述
......
功能高分子材料：在天然或合成高分子的主链或支链上，引入带
有某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功
能，满足光、电、磁、声、化学、生物和医学
等方面的功能要求。
医用高分子材料
人造膝关节
人造肾脏
人造血管
人造心脏
人造皮肤
这种“人造皮肤”能帮助伤口尽快恢复。比如烧烫伤，我们可以把水泡的水放出，用药清洗后，将“人造皮肤”敷贴在伤口上，很快“人造皮肤”就和人的身体长在一起，成了真的皮肤。
医用高分子材料
高吸水性树脂
高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤。
高吸水性树脂也可以用于婴幼儿纸尿裤（尿不湿），其可吸入自身质量数百倍的尿液而不滴漏。
高吸水性树脂
“尿不湿”也应用在航天方面。 航天员专用“尿不湿”1克能吸收约1000克水 ，吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿”。
高吸水性树脂
高分子分离膜
回顾：材料的结构、性质、应用的关系
结构
性质
应用
反映
反映
决定
决定
环节二 高吸水性树脂
日常生活生产中，我们需要一些特定功能的材料，根据结构、性质、应用三者的关系，我们可以从应用出发确定材料的性质，根据性质确定物质的结构，寻找反应物，从而设计具有特定结构的有机高分子材料。
实验探究：高吸水性树脂的吸水性能
——比较高吸水性树脂与餐巾纸的吸水效率
环节二 高吸水性树脂
视频来源于网络
吸水材料 高吸水性树脂（尿不湿） 餐巾纸
吸水前质量m1/g 1.0000 1.0000
吸水现象
吸水后质量m2/g 87.8311 12.3029
吸水率 （m2-m1)/m1
86.8311%
11.3029%
实验探究：比较高吸水性树脂与餐巾纸的吸水效率
现象及数据处理：
实验结论：
其他条件相同时，高吸水性树脂的吸水性及保水性均比餐巾纸的强。
呈凝胶状
吸水后变形程度小
具有较好的保水能力
保水能力较差
吸水性强
吸水性较差
[问题1]保鲜膜和餐巾纸二者同样为高分子材料，为什么
一种不可吸水一种可吸水？
餐巾纸
保鲜膜
材料 主要成分 结构简式 官能团
保鲜膜
餐巾纸 纤维素
聚乙烯
无
—OH
（C6H7O2）
OH
OH
OH
n
亲水基团
氢键
因此，餐巾纸可吸水性，保鲜膜不可吸水。
常见的亲水基团
羟基
羧基
醛基
氨基
常见的疏水基团
烃基
卤原子
酯基
资料卡片：
亲水基吸水性强弱顺序：
—COO- > —COOH > —OH
[问题2]高吸水性树脂应具有哪些性质？
能否从碳骨架和官能团两个角度预测其可能结构？
性质：吸水、保水且不溶于水
碳骨架（不溶于水的母体主链）
官能团 （有强亲水基团的取代基）
不溶于水：
吸水：
性质
结构
决定
保水：
反映
交联成网状结构
吸水
网状保水能力强
高吸水性树脂交联前一般是水溶性的，不具备吸水性，形成网状结构后，它可利用分子中大量的亲水基团与水分子之间产生氢键等作用，吸收水分子，并且通过网状结构将水分子束缚在高分子网格中，形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，在一定压力下也不易失水。
纤维素的分子结构
亲水基团
线型结构
纤维素显微结构示意图：
[问题3]棉花、纸张等含纤维素物质的吸水量只有自身质量的20～40倍左右，
挤压后保有的水量也比较少。含纤维素物质吸水性和保水性不够好
的原因是什么？
官能团
碳骨架
结构改进
环节二 高吸水性树脂
[问题4]棉花、纸张等含纤维素物质吸水性和保水性不佳，用什么方法能够解决这个问题，得到吸水性更好，且耐挤压、保水性好的高吸水性材料？
天然吸水性材料
高吸水性材料
官能团
碳骨架
（—OH）
（线型）
吸水性强
保水能力强
（交联成网状）
（—COONa）
环节二 高吸水性树脂
主要成分：纤维素
结构改进
淀粉
（纤维素）
丙烯酸钠
接枝共聚物
交联剂
网状淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂
方法1：
线型
网状
改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团
在合成高吸水性树脂中, 聚丙烯酸钠类具有吸水量大、吸水速度快、价格便宜等优点而广受人们青睐。
环节二 高吸水性树脂
聚丙烯酸钠类物质吸水性、保水性强的原理
(1)羧酸钠极性大（羧酸根与Na+之间是离子键）。
(2)聚合物本身的交联网状结构。
(3) 网状结构内部Na+的存在，使得内外产生渗透压，加上聚合物本身的水合能力强，促进水在短时间内大量进入网络。
聚丙烯酸钠
思考：高吸水性树脂加交联剂制得网状结构与橡胶硫化
工艺中制得网状结构目的是否相同？
不同，高吸水性树脂——使其既吸水而又保水；
橡胶——使其既有弹性又有强度。
小分子直接聚合
环节二 高吸水性树脂
[问题5]除了对天然吸水材料进行改性，还有其他合成高吸水
性树脂的方法吗？
方法2：
丙烯酸钠
交联剂
网状聚丙烯酸钠高吸水性树脂
请写出丙烯酸钠合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂反应方程式：
CH2
CHCOONa
n
一定条件
CH2
COONa
CH
n
用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合
环节二 高吸水性树脂
你知道吗？
人造雪主要成分也是聚丙烯酸钠
CH2
CHCOONa
n
一定条件
CH2
COONa
CH
n
某神奇的“人造雪”：成分是一种高分子材料，遇水体积膨胀，可以扩大100多倍，你知道它的结构特点吗？怎么合成的？
方法1 天然高分子改性
改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团
方法2 小分子聚合
用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合
使用交联剂将线型结构转变为网状结构
使用交联剂将线型结构转变为网状结构
小结：高吸水性树脂
原理：分离膜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，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
环节三 高分子分离膜
分类：分离膜根据膜孔大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等，以分离不同的杂质。
某品牌净水器家用直饮自来水过滤器厨房反渗透官方净水机
血液透析
血液透析原理图
尿毒症，药物中毒患者的血液透析，使用了透析膜。
果汁浓缩
果汁反渗透浓缩原理：
使用半透膜在常温下选择性地从溶液中排除水分的工艺。
各种浓缩的果汁
阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，带有固定基团和可解离的离子。固定基团带负电荷，即阳膜表面带负电荷，在电场作用下，带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而阴离子受阳膜表面负电荷的排斥，无法通过，所以具有选择透过性。
阳离子交换膜
环节三 高分子分离膜
固定基团带负电荷
R* —SO3— —H+（Na+）
固定基团 解离离子
磺酸型阳离子交换膜
（R*为大分子结构）
通常是磺酸型,如钠型磺酸型，在水分子作用下，钠离子解离，剩下固定基团磺酸根显负电荷，在电场作用下，阳离子通过阳膜，阴离子被排斥。
对阴离子具有选择透过性作用。固定基团显正电性，在电场作用下，带有负电荷的阴离子就可以通过阴膜，而阳离子受固定基团的排斥，无法通过。一般以—NH3＋、—NR2H＋或者—PR3＋等阳离子作为活性交换基团。
阴离子交换膜
固定基团带正电荷
环节三 高分子分离膜
R* —N+(CH3)3 —OH—（Cl—）
固定基团 解离离子
季铵型阴离子交换膜
（R*为大分子结构）
阳/阴离子交换膜
环节三 高分子分离膜
阳离子交换膜
阴离子交换膜
2、功能高分子材料：
高吸水树脂——淀粉接枝聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钠
高分子分离膜——阳离子交换膜、阴离子交换膜
环节四 课堂小结
1、思维方法：
医用高分子材料
1、下列不属于新型有机高分子材料的是( )
A．高分子分离膜
B．液晶高分子材料
C．生物高分子材料
D．有机玻璃
解析：选项A、B、C中的物质都属于新型有机高分子材料，
有机玻璃是有机高分子材料，但属于传统的合成材料。
D
2、下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，不正确的是( )
A．高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠
B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质
C．医用高分子可用于制造医用器械和人造器官
D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水的淡化
解析：聚乙炔膜属导电高分子材料，主要用于制造电子器件。
D
3、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。请判断下列说法的正误。
①聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH2=CHCOOR（ ）
②聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点（ ）
③聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应（ ）
④其聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同（ ）
⑤聚丙烯酸酯具有很强的吸水性（ ）
合成聚丙烯酸酯的反应属于加聚反应，
酚醛树脂的聚合方式是缩聚反应，故错误。
聚丙烯酸酯属于酯类，与水互不相溶，没有吸水性，故错误。
聚丙烯酸酯含有酯基，在一定条件下能发生水解反应，没有碳碳双键，
不能发生加成反应，故错误。
聚合度n不确定，聚丙烯酸酯属于混合物，没有固定的熔沸点，故正确。
×
×
×
√
√
E结构中有羟基，能与水形成分子间氢键，因而具有良好的亲水性。
4、用于制造隐形眼镜的功能高分子材料E的合成路线如下：
（1）A的结构简式为 。
（2）B→C的反应类型是 。
（3）请写出D→E反应的化学方程式。
（4）制造隐形眼镜的材料应该具有良好的亲水性，请从E的结构上分析它
可以作为隐形眼镜材料的可能原因。
CH2=CH2
取代反应
（3）nCH2＝C—COOCH2CH2OH
CH3
一定条件
—CH2—C—
CH3
COOCH2CH2OH
[ ] n
A
B
C
D
(C6H10O3)
E
Br2
浓硫酸
△
NaOH/H2O
△
CH2＝C—COOH
CH3
一定条件
聚合物
分子式：C4H6O2
（F）
CH2=CH2
CH2Br-CH2Br
HOCH2-CH2OH