5.2.2功能高分子材料2022-2023学年高二化学同步课件(共37张PPT)（人教版2019选择性必修3）
文档属性
| 名称 | 5.2.2功能高分子材料2022-2023学年高二化学同步课件(共37张PPT)（人教版2019选择性必修3） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 27.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-04-19 11:06:52 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
第二节 高分子材料
第2课时 功能高分子材料
为了适应高科技产业等对材料的要求，化学工作者合成了具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。
高吸水性树脂
隐形眼镜
尿不湿
人造皮肤
人造心脏
人造膝关节
人造血管
离子交换树脂
功能高分子材料
①用于化学反应的高分子催化剂;
②用于分离纯化的各种滤膜(高分子分离膜)；
③用于信息存储的磁性高分子;
④用于传感器的形状记忆高分子；
⑤用于吸水保水的高吸水性树脂；
⑥可以替代人体器官、组织的医用高分子材料；
⑦用于药物缓释的高分子药物等。
功能高分子材料分类
高分子分离膜
医用高分子
高分子催化剂
形状记忆高分子
磁性高分子
高分子药物
高吸水性树脂
功能高分子材料分类
《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明，
其中“尿不湿” 榜上有名
高吸水性材料的代表物
———尿不湿
一、高吸水性树脂
一、高吸水性树脂
《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明，
其中“尿不湿” 榜上有名
为什么“尿不湿”
能评为20世纪最伟大
的100项发明呢！最初
是为谁专门设计的呢？
高吸水性材料的代表物
———尿不湿
一、高吸水性树脂
美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人，后来他被誉为美国“太空服之父”。
美国从1959起甄选的7位宇航员合影
“太空服之父”
唐鑫源
“神舟”系列上天的航天员都使用了“尿不湿”
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”
思考交流
1．纸尿裤芯体材料应具有哪些性质？
2．能否从碳骨架和官能团两个角度预测其可能结构？
吸水、保水且不溶于水
碳骨架 较长碳链
官能团 含较多亲水基团（羟基、羧基、醛基、氨基等）
不溶于水：
吸 水：
3、哪类物质具有类似结构？
淀粉、纤维素等多糖
一、高吸水性树脂
①含有强亲水基团的支链
1.结构特点：
(阅读课本P146-147，了解高吸水性树脂的结构特点和合成方法)
（羟基、羧基、醛基、氨基等）
②具有网状结构。(有保水和耐挤压性能)
①改造_______或_____分子，接入_______基团。
如CH2=CH-COONa
聚丙烯酸钠(网状结构)
纤维素
淀粉
强亲水
一、高吸水性树脂
2.合成方法
(阅读课本P146-147，了解高吸水性树脂的结构特点和合成方法)
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
如淀粉与丙烯酸钠生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
吸水前
吸水后
尿不湿吸水前后的变化
“尿不湿”起作用的物质就是网状结构的聚丙烯酸钠)
CH2=CH-COOH
CH2=CH-COONa
+ NaOH
+ H2O
CH2-CH -n
COONa
n
1）丙烯酸与NaOH制备聚丙烯酸钠
催化剂
CH2=CH-COONa
思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物CH2=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？
2)加入少量二烯作交联剂(如：CH2=CH-CH=CH2)
，制得网状聚丙烯酸钠
P147
思考与讨论：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
→天然橡胶分子内存在较活泼的碳碳双键，容易发生老化。橡胶硫化后，分子中的碳碳双键被打开,形成了新的共价键，线型结构转变为网状结构。这使硫化橡胶具有很好的弹性、较高的硬度和耐磨性，不易变黏，在有机溶剂中不易溶解，只发生溶胀。
P147
思考与讨论：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
高吸水性树脂加交联剂的目的:
变支链型结构为体型结构，
使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。
纤维素链
纤维素的结构简式
问题：传统吸水性的材料——棉花，为何有一定的吸水性？
纤维素每个链节上都有—OH，它是一种亲水基
(C6H7O2)
OH
OH
OH
n
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
亲水基
氢键
∴ 棉花有一定的吸水性，但不耐挤压
传统吸水性材料 吸水性高分子材料
种类
吸水性
保水性
结论
用途
纸、棉布(纤维素)、海绵、动物胶
聚丙烯酸钠等
吸收与自身等量
或最多几十倍的水
吸收相当于自身几
百倍到几千倍的水
遭受外力易挤出水
遭受外力不挤出水
良好吸水性
优异吸水性、保水性
十分有限
惊人效益
对比：
如旱地种植、改良土壤、改造沙漠等。
问题：你知道强吸水性高分子材料除了用于“尿不湿”，
还有哪些用途？
保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。无毒无害，反复吸水、释水—— “微型水库”。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。
制备隐形眼镜所用的原料主要是丙烯酸羟乙酯
（CH2=CHCOOCH2CH2OH）
上世纪70年代发展起来的亲水隐形眼镜具有特点：
吸收相当于自重80%水，才变得柔软、透气、舒适、配戴时间长
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，形成浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
二、高分子分离膜
1.原理与特点：
特点：让某些物质有选择地通过，而把另外一些物分离掉
阅读教材P148，了解高分子分离膜的原理和特点
原理模拟
应用于海水淡化的膜分离原理
盐水
纯水
高分子分离膜
加压
(1)分离膜根据膜孔大小分为 、 、纳滤膜和 。
2.分类与类型：
微滤膜
超滤膜
反渗透膜
二、高分子分离膜
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
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
3.生产分离膜的材料：
4.用途：
二、高分子分离膜
高分子分离膜的发展
1846年，德国学者会拜思用硝基纤维素制成第一张高分子膜。
1920年，麦克戈达开始观察和研究反渗透现象。
1930年，人们将纤维素膜用于超滤分离。
1940年，离子交换膜开发和利用及电渗析方法建立。
1950年，加拿大学者萨里拉简研究反渗透。
1960年，洛伯和萨里拉简成功地制备具有完整表皮和高度不对称的第一张高效能的反渗透膜，为该法奠定了基础。
1970年代以来，超滤膜、微滤膜成功地开发和应用，有支撑的液膜和乳液膜及气体分离膜也相继问世。
科学视野
我国膜分离技术发展史
我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。
60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。
70年代进入开发阶段，这时期，微滤、电渗析反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来。
80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
科学视野
小 结
合成高分子材料
思考交流
下列材料中，哪些不属于功能高分子材料？
①有机玻璃 ②合成橡胶 ③高分子分离膜 ④生物高分子材料
⑤隐身材料 ⑥液晶高分子材料 ⑦光敏高分子材料 ⑧智能高分子材料
提示：有机玻璃属于通用高分子材料中的塑料。塑料、合成橡胶、合成纤维属于三大通用高分子材料，它们不属于功能高分子材料。
①、②
1.手术缝合线、人造器官等人体用的功能高分子要求无毒且与人体有较好的相容性。根据有关化合物的性质及生物学知识可知，下列高分子不宜用作手术缝合线或人造器官材料的是
A.聚乳酸 B.聚氨酯 C.氯纶 D.聚乙烯醇
C
课堂检测
解析：A．由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，A不选；
B．聚氨酯具有优良的生物相容性，逐渐被广泛用作生物医用材料，可用于人工心脏起搏器、人工血管等，B不选；
C．氯纶的分子中含有大量的氯原子，所以在使用过程中会逐渐释放出含氯的有毒物质，对人体有害，不能作手术缝合线或人造器官材料，C选；
D．聚乙烯醇无毒，对人体皮肤无刺激性，可作手术缝合线等，D不选；
课堂检测
2.用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨钉的原料是
A.CH2=CH—CH2Cl B.CH2=CH—COOH
C.CH3—CH(OH)—COOH D.H2N—CH2—COOH
C
3.X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为 ，
已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有
①加成反应 ②取代反应 ③缩聚反应 ④加聚反应 ⑤酯化反应
A.①④⑤ B.①④ C.①②④ D.①②③
B
课堂检测
√
√
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
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
A.③④ B.①② C.①②③ D.①②③④
B
课堂检测
√
√
5.光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B:
课堂检测
2
(1)A中含有的官能团为 。
(2)A经光照固化转变为B,发生 反应。
酯基、碳碳双键
加成
5.光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B:
课堂检测
2
(3)A属于 结构的有机高分子,具有 (填“热固性”或“热塑性”);
B属于 结构的有机高分子,具有 (填“热固性”或“热塑性”)。
热固性
线型
热塑性
网状
5.光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B:
课堂检测
2
(4)B在酸性条件下水解得到的高分子 (填“有”或“无”)吸水性。
(5)写出A与NaOH溶液反应的化学方程式: .
有
第二节 高分子材料
第2课时 功能高分子材料
为了适应高科技产业等对材料的要求，化学工作者合成了具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。
高吸水性树脂
隐形眼镜
尿不湿
人造皮肤
人造心脏
人造膝关节
人造血管
离子交换树脂
功能高分子材料
①用于化学反应的高分子催化剂;
②用于分离纯化的各种滤膜(高分子分离膜)；
③用于信息存储的磁性高分子;
④用于传感器的形状记忆高分子；
⑤用于吸水保水的高吸水性树脂；
⑥可以替代人体器官、组织的医用高分子材料；
⑦用于药物缓释的高分子药物等。
功能高分子材料分类
高分子分离膜
医用高分子
高分子催化剂
形状记忆高分子
磁性高分子
高分子药物
高吸水性树脂
功能高分子材料分类
《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明，
其中“尿不湿” 榜上有名
高吸水性材料的代表物
———尿不湿
一、高吸水性树脂
一、高吸水性树脂
《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明，
其中“尿不湿” 榜上有名
为什么“尿不湿”
能评为20世纪最伟大
的100项发明呢！最初
是为谁专门设计的呢？
高吸水性材料的代表物
———尿不湿
一、高吸水性树脂
美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人，后来他被誉为美国“太空服之父”。
美国从1959起甄选的7位宇航员合影
“太空服之父”
唐鑫源
“神舟”系列上天的航天员都使用了“尿不湿”
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”
思考交流
1．纸尿裤芯体材料应具有哪些性质？
2．能否从碳骨架和官能团两个角度预测其可能结构？
吸水、保水且不溶于水
碳骨架 较长碳链
官能团 含较多亲水基团（羟基、羧基、醛基、氨基等）
不溶于水：
吸 水：
3、哪类物质具有类似结构？
淀粉、纤维素等多糖
一、高吸水性树脂
①含有强亲水基团的支链
1.结构特点：
(阅读课本P146-147，了解高吸水性树脂的结构特点和合成方法)
（羟基、羧基、醛基、氨基等）
②具有网状结构。(有保水和耐挤压性能)
①改造_______或_____分子，接入_______基团。
如CH2=CH-COONa
聚丙烯酸钠(网状结构)
纤维素
淀粉
强亲水
一、高吸水性树脂
2.合成方法
(阅读课本P146-147，了解高吸水性树脂的结构特点和合成方法)
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
如淀粉与丙烯酸钠生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
吸水前
吸水后
尿不湿吸水前后的变化
“尿不湿”起作用的物质就是网状结构的聚丙烯酸钠)
CH2=CH-COOH
CH2=CH-COONa
+ NaOH
+ H2O
CH2-CH -n
COONa
n
1）丙烯酸与NaOH制备聚丙烯酸钠
催化剂
CH2=CH-COONa
思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物CH2=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？
2)加入少量二烯作交联剂(如：CH2=CH-CH=CH2)
，制得网状聚丙烯酸钠
P147
思考与讨论：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
→天然橡胶分子内存在较活泼的碳碳双键，容易发生老化。橡胶硫化后，分子中的碳碳双键被打开,形成了新的共价键，线型结构转变为网状结构。这使硫化橡胶具有很好的弹性、较高的硬度和耐磨性，不易变黏，在有机溶剂中不易溶解，只发生溶胀。
P147
思考与讨论：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
高吸水性树脂加交联剂的目的:
变支链型结构为体型结构，
使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。
纤维素链
纤维素的结构简式
问题：传统吸水性的材料——棉花，为何有一定的吸水性？
纤维素每个链节上都有—OH，它是一种亲水基
(C6H7O2)
OH
OH
OH
n
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
亲水基
氢键
∴ 棉花有一定的吸水性，但不耐挤压
传统吸水性材料 吸水性高分子材料
种类
吸水性
保水性
结论
用途
纸、棉布(纤维素)、海绵、动物胶
聚丙烯酸钠等
吸收与自身等量
或最多几十倍的水
吸收相当于自身几
百倍到几千倍的水
遭受外力易挤出水
遭受外力不挤出水
良好吸水性
优异吸水性、保水性
十分有限
惊人效益
对比：
如旱地种植、改良土壤、改造沙漠等。
问题：你知道强吸水性高分子材料除了用于“尿不湿”，
还有哪些用途？
保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。无毒无害，反复吸水、释水—— “微型水库”。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。
制备隐形眼镜所用的原料主要是丙烯酸羟乙酯
（CH2=CHCOOCH2CH2OH）
上世纪70年代发展起来的亲水隐形眼镜具有特点：
吸收相当于自重80%水，才变得柔软、透气、舒适、配戴时间长
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，形成浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
二、高分子分离膜
1.原理与特点：
特点：让某些物质有选择地通过，而把另外一些物分离掉
阅读教材P148，了解高分子分离膜的原理和特点
原理模拟
应用于海水淡化的膜分离原理
盐水
纯水
高分子分离膜
加压
(1)分离膜根据膜孔大小分为 、 、纳滤膜和 。
2.分类与类型：
微滤膜
超滤膜
反渗透膜
二、高分子分离膜
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
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
3.生产分离膜的材料：
4.用途：
二、高分子分离膜
高分子分离膜的发展
1846年，德国学者会拜思用硝基纤维素制成第一张高分子膜。
1920年，麦克戈达开始观察和研究反渗透现象。
1930年，人们将纤维素膜用于超滤分离。
1940年，离子交换膜开发和利用及电渗析方法建立。
1950年，加拿大学者萨里拉简研究反渗透。
1960年，洛伯和萨里拉简成功地制备具有完整表皮和高度不对称的第一张高效能的反渗透膜，为该法奠定了基础。
1970年代以来，超滤膜、微滤膜成功地开发和应用，有支撑的液膜和乳液膜及气体分离膜也相继问世。
科学视野
我国膜分离技术发展史
我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。
60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。
70年代进入开发阶段，这时期，微滤、电渗析反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来。
80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
科学视野
小 结
合成高分子材料
思考交流
下列材料中，哪些不属于功能高分子材料？
①有机玻璃 ②合成橡胶 ③高分子分离膜 ④生物高分子材料
⑤隐身材料 ⑥液晶高分子材料 ⑦光敏高分子材料 ⑧智能高分子材料
提示：有机玻璃属于通用高分子材料中的塑料。塑料、合成橡胶、合成纤维属于三大通用高分子材料，它们不属于功能高分子材料。
①、②
1.手术缝合线、人造器官等人体用的功能高分子要求无毒且与人体有较好的相容性。根据有关化合物的性质及生物学知识可知，下列高分子不宜用作手术缝合线或人造器官材料的是
A.聚乳酸 B.聚氨酯 C.氯纶 D.聚乙烯醇
C
课堂检测
解析：A．由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，A不选；
B．聚氨酯具有优良的生物相容性，逐渐被广泛用作生物医用材料，可用于人工心脏起搏器、人工血管等，B不选；
C．氯纶的分子中含有大量的氯原子，所以在使用过程中会逐渐释放出含氯的有毒物质，对人体有害，不能作手术缝合线或人造器官材料，C选；
D．聚乙烯醇无毒，对人体皮肤无刺激性，可作手术缝合线等，D不选；
课堂检测
2.用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨钉的原料是
A.CH2=CH—CH2Cl B.CH2=CH—COOH
C.CH3—CH(OH)—COOH D.H2N—CH2—COOH
C
3.X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为 ，
已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有
①加成反应 ②取代反应 ③缩聚反应 ④加聚反应 ⑤酯化反应
A.①④⑤ B.①④ C.①②④ D.①②③
B
课堂检测
√
√
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
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
A.③④ B.①② C.①②③ D.①②③④
B
课堂检测
√
√
5.光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B:
课堂检测
2
(1)A中含有的官能团为 。
(2)A经光照固化转变为B,发生 反应。
酯基、碳碳双键
加成
5.光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B:
课堂检测
2
(3)A属于 结构的有机高分子,具有 (填“热固性”或“热塑性”);
B属于 结构的有机高分子,具有 (填“热固性”或“热塑性”)。
热固性
线型
热塑性
网状
5.光刻胶是制大规模集成电路、印刷电路板和激光制板技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B:
课堂检测
2
(4)B在酸性条件下水解得到的高分子 (填“有”或“无”)吸水性。
(5)写出A与NaOH溶液反应的化学方程式: .
有