5.2　高分子材料课件 (共72张PPT)2023-2024学年高二化学人教版选择性必修3

(共72张PPT)
第五章
第二节　高分子材料
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
素养 目标 1.通过对通用高分子材料的学习,认识塑料、合成橡胶和合成纤维的组成和结构特点,通过对比分析线型、支链和网状结构对材料性质的影响,形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。
2.通过不同条件下合成酚醛树脂的实验探究,进一步体会“化学反应是可以控制的”“条件不同产物不同”等化学观念,形成科学探究与创新意识的学科核心素养。
3.通过高分子材料吸水性的对比实验,体会通过分析微观结构解释化学性质的思路,以及结构、性质和应用之间的联系;体验功能导向的高分子合成材料合成的价值,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,形成科学态度与社会责任的学科核心素养。
基础落实·必备知识全过关
一、高分子材料的分类
按用途和性能可分为两大类
1.通用高分子材料:包括　　　　　、　　　　　　　、　　　　　　、黏合剂、涂料等。
2.功能高分子材料:包括　　　　　　　　、　　　　高分子、
　　　　高分子、高吸水性树脂等。
塑料
合成纤维
合成橡胶
高分子分离膜
导电
医用
二、通用高分子材料
1.塑料
(1)成分。
合成树脂
增塑剂
热稳定剂
着色剂
(2)分类。
热塑性
热固性
酚醛树脂
(3)聚乙烯。
比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
聚合反应条件 150 MPa~300 MPa,200 ℃左右,使用　　　　 0.1 MPa~2 MPa,60~100 ℃,使用　　　　
高分子链的结构 含有　　　　支链 支链　　　
软化温度/℃ 105~120 120~140
密度 相对　　　 相对　　　
主要性能 无毒,较　　　 无毒,较　
主要用途 生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等 生产瓶、桶、板、管等
引发剂
催化剂
较多
较少
较小
较大
柔软
硬
(4)酚醛树脂。
①在酸催化下的化学方程式为
　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　,　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②在碱催化下,苯酚与过量甲醛反应,生成　　　　 　　、
　　　　　　　、　　　 　　　等,继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。
羟甲基苯酚　
二羟甲基苯酚
三羟甲基苯酚
③酚醛树脂的用途。
主要用作　　　　、　　　　、阻燃、隔音材料和　　　材料,如烹饪器具手柄,电器与汽车的零部件等。
绝缘
隔热
复合
2.合成纤维
(1)纤维的分类。
天然
木材
秸秆
石油
天然气
煤
涤纶
锦纶
腈纶
丙纶　
维纶
氯纶
(2)合成纤维的性能和应用。
高
好
绝缘
缝合线
(3)常见的合成纤维。
①聚酯纤维:涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。写出生成涤纶的化学方程式:
　。
②聚酰胺纤维:由美国化学家卡罗瑟斯用　　　　　　与　　　　　　发生　　　　反应制得。写出反应的化学方程式:
　。
己二胺
己二酸
缩聚
3.合成橡胶
(1)优良性能:耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等。
(2)顺丁橡胶合成的化学方程式为
(3)橡胶的硫化。
将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热,硫化剂将聚合物中的
　　　　打开,以　　　　　　　　　　等把线型结构连接为　　　　结构,得到既有弹性又有强度的顺丁橡胶。
双键
二硫键(—S—S—)
网状
三、功能高分子材料
1.定义和举例
(1)具有某些特殊　　　　、　　　　　及　　　　　功能的高分子材料。
(2)举例:高分子催化剂,高分子　　　　　,形状记忆高分子,磁性高分子,
　　　　　材料,　　　　　高分子材料,高分子药物。
化学
物理
医学
分离膜
高吸水性
医用
2.高吸水性树脂
(1)合成方法。
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性。在它们的主链上再接入带有　　　　　　　的支链,以提高它们的吸水能力。
②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合,得到　　　　　　的高聚物。
如:在丙烯酸钠中加入少量交联剂,在一定条件下发生聚合,得到聚丙烯酸
钠高吸水性树脂,结构简式为　　　　　　　。
(2)应用:可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水,改良土壤。
强亲水基团
含亲水基团
3.高分子分离膜
水
小分子
微滤
反渗透
有机高分子
醋酸　
海水淡化
血液透析
教材拓展1
高分子的命名
(1)天然高分子习惯用专有名称,如纤维素、淀粉、蛋白质等。
(2)合成高分子的名称一般是在单体名称前加上“聚”,如聚乙烯、聚丙烯腈等。由两种单体形成的高聚物,一般有两种命名方法,一是在缩合产物或两种单体前加“聚”,如聚对苯二甲酸乙二酯,二是在两种单体名称后加上“树脂”,如酚醛树脂(这里的树脂指未加工处理的聚合物)。
(3)合成橡胶的名称通常是在单体名称后加上“橡胶”,如顺丁(二烯)橡胶。
(4)合成纤维的名称常用“纶”,如涤纶、腈纶等。
深度思考1
(1)尿素(H2NCONH2)可以与甲醛发生反应得到脲醛树脂,试写出两者生成线型聚合物的化学方程式。
(2)某高强度芳纶纤维的结构简式为 ,
合成该纤维的单体和反应类型分别是什么
(3)天然橡胶顺式聚异戊二烯,杜仲胶是反式聚异戊二烯,写出天然橡胶的合成反应方程式及杜仲胶的结构简式。
教材图解
高分子分离膜的分离原理
易错辨析1
(1)天然橡胶的成分为聚异戊二烯,它属于合成高分子材料。(　　)
(2)顺式聚1,3-丁二烯是线型结构,具有较好的弹性。(　　)
(3)不能用带有橡胶塞的试剂瓶盛放高锰酸钾溶液。(　　)
(4)高聚物分子中都没有碳碳双键。(　　)
(5)天然橡胶和顺丁橡胶都是混合物。(　　)
×
√
√
×
提示 聚乙炔分子中有碳碳双键。
√
教材拓展2
再生纤维与合成纤维的区别
(1)再生纤维是指对原来富含纤维的原料进一步用化学方法处理得到的纤维;合成纤维是指以小分子物质为单体,经聚合反应得到的纤维。
(2)再生纤维的主要原料是天然高分子化合物,主要是纤维素;合成纤维的主要原料是石油化工或煤化工产品——气态或液态烃及其衍生物等小分子化合物。
教材拓展3
新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的联系与区别
(1)①从组成元素看,都由C、H、O、N、S等元素组成;②从合成反应看,都由单体经加聚或缩聚反应形成;③从结构看,都分为线型结构和网状结构。
(2)它们的重要区别在于功能与性能上,与传统材料相比,新型有机高分子材料的性能更优异,往往具备传统材料所没有的特殊性能,可用于许多特殊领域。
深度思考2
(1)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 ①②。有机玻璃属于传统合成材料中的塑料。塑料、合成橡胶、合成纤维属于通用高分子材料,①②不属于功能高分子材料。
(2)尿不湿中的吸水剂吸水后挤压挤不出水,这是为什么呢
提示 尿不湿属于功能高分子材料,所使用的吸水剂是高分子材料高吸水性树脂,利用高分子材料上的亲水基团吸水,所以吸水剂吸水后挤压挤不出水。
易错辨析2
(1)丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分。(　　)
(2)高吸水性树脂成品是线型结构。(　　)
(3)功能高分子材料具有传统高分子材料的机械性能和某些特殊功能。
(　　)
(4)高分子分离膜用于污水、工业废水处理和海水淡化等。(　　)
×
×
√
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　通用高分子材料的结构和性质
情境探究
请思考并回答以下问题:
1.塑料和树脂是不是同一物质 二者有何关系
提示 塑料和树脂不是同一种物质,其区别有:
①塑料是由树脂及填料、增塑剂、热稳定剂、润滑剂、着色剂等助剂所组成的,其主要成分是树脂。
②树脂是指人工合成的、未经加工处理的聚合物。如:聚乙烯树脂。
③塑料的基本性能主要决定于树脂的本性,但添加剂也起着重要的作用。
2.合成高分子的结构大致可以分成三类:线型结构、支链型结构和网状结构,你能举例说明它们各自的特性吗
提示 线型结构、支链型结构具有热塑性,加热熔融,可回收;密度和硬度:线型结构>支链型结构;网状结构具有热固性,受热后不能软化或熔融,不可回收利用。网状结构的高分子强度更高,更耐高温,耐有机溶剂的腐蚀,具有“不熔不溶”的特点。
3.为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的熔点低、密度也低呢 从结构的角度,如何增强聚乙烯塑料的强度呢
提示 低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链,支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近,链之间的作用力就比高密度聚乙烯的小,熔点和密度也就较低;高密度聚乙烯的支链较少,链之间易于接近,相互作用力较大,熔点和密度都较高。线型结构的聚乙烯可以在一定条件下转变为网状结构的聚乙烯,以增加强度。
4.我们平时用的耳机线为什么总缠在一起
提示 聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转,使它不可能呈一条直线,只能呈不规则的卷曲状态。当有外力作用时,卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直,除去外力后又恢复卷曲状态。因此,一般的高分子材料都具有一定的弹性。
5.线型结构的高分子能变成网状结构的高分子吗 为什么用碱作催化剂生成的酚醛树脂能形成网状结构
提示 线型高分子中如果含有未反应的官能团,则可使其通过化学反应转变为网状结构;在碱性条件下,甲醛过量时,苯酚与甲醛的反应不仅可以发生在邻位上,还可以发生在对位上,得到网状结构的酚醛树脂。
6.天然橡胶与硫化橡胶的性质有什么区别
提示 未经硫化的橡胶容易磨损,易溶于汽油、四氯化碳等有机溶剂,分子内的双键容易发生加成反应,容易老化。硫化后,高分子链之间经交联而变成网状结构,结构稳定,不溶于有机溶剂,不易老化,不易氧化。
方法突破
常见通用高分子材料的结构和性能比较
名师点拨　高分子的结构与性质
分类 线型高分子 网状高分子
结构 分子中的原子以共价键相互连接,构成一条很长的卷曲状态的“链” 分子链与分子链之间由许多共价键交联起来,形成三维空间网状结构
溶解性 能缓慢溶解于适当溶剂 很难溶解,但往往有一定程度的胀大
性能 具有热塑性,无固定熔点 具有热固性,受热不熔化
特性 强度大、可拉丝、绝缘性好 强度大、绝缘性好,有可塑性
常见 物质 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 酚醛树脂、硫化橡胶
应用体验
视角1塑料的性质与应用
1.下列有关塑料的说法错误的是(　　)
A.塑料的主要成分是合成树脂
B.热塑性塑料可以反复加工,多次使用
C.聚乙烯为热塑性塑料,受热会变软
D.塑料是一种高分子材料,可以通过取代反应大量生产
D
解析 塑料的主要成分是合成树脂,所添加的加工助剂有增塑剂、热稳定剂、着色剂等,A项正确;塑料根据其受热特征可分为热塑性塑料和热固性塑料,热塑性塑料可以反复加工,多次使用,而热固性塑料只能一次成型,B项正确;聚乙烯是热塑性塑料,加热可熔融,C项正确;塑料是通过聚合反应制得的,D项错误。
2.酚醛树脂是较早生产和使用的合成树脂,其单体为苯酚和甲醛,下列说法错误的是(　　)
A.在不同物质催化下,甲醛与苯酚可反应制得线型或体型酚醛树脂
B.甲醛和苯甲醛互为同系物
C.酚醛树脂的结构简式为
D.酚醛树脂俗称“电木”,是一种混合物,不易燃烧,具有良好的电绝缘性
B
解析 制备酚醛树脂时,在酸催化条件下,产物为线型酚醛树脂,在碱催化条件下,产物为体型酚醛树脂,A正确;苯甲醛中含苯环,与甲醛结构不相似,二者不互为同系物,B错误;苯酚和甲醛通过缩聚反应得到的酚醛树脂的结构
简式为 ,C正确;酚醛树脂,又名“电木”,为有机高分子材
料,由于每个分子中聚合度不同,所以是混合物,酚醛树脂不易燃烧,具有良好的电绝缘性,常用来生产电灯开关、插头,D正确。
视角2合成纤维的性质与应用
3.下列对羊毛和聚酯纤维( )的说法正确的是(　　)
A.羊毛与聚酯纤维的化学成分相同,都为纯净物
B.该聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能发生水解反应
C.与天然纤维相比,该聚酯纤维具有更好的透气性和吸湿性
D.羊毛与聚酯纤维不能用燃烧的方法区别
B
解析 羊毛的主要成分是蛋白质,而聚酯纤维是合成纤维,高分子都是混合物,A错误;羊毛和该聚酯纤维在一定条件下都能水解,蛋白质最终水解生成氨基酸,该聚酯纤维水解生成对苯二甲酸和乙二醇,B正确;与天然纤维相比,聚酯纤维强度大、耐磨,但透气性和吸湿性差,C错误;羊毛的主要成分是蛋白质,蛋白质灼烧时有烧焦羽毛的气味产生,可以区别,D错误。
视角3合成橡胶的性质与应用
4.橡胶一般分为天然橡胶和合成橡胶两类。丁苯橡胶是合成橡胶的一种,其结构简式为 ,下列说法正确的是(　　)
C.盛放液溴或溴水的试剂瓶可用丁苯橡胶作瓶塞
D.丁苯橡胶会老化
D
解析 丁苯橡胶是由1,3-丁二烯(CH2=CH—CH=CH2)和苯乙烯
( )发生加聚反应制得的,A、B项错误;由于链节中含有碳碳双键,故丁苯橡胶能与溴发生加成反应,因此盛放液溴或溴水的试剂瓶不能用丁苯橡胶作瓶塞,C项错误;丁苯橡胶中含有碳碳双键,受氧气、臭氧、日光,特别是高能辐射的作用,容易发生氧化反应而老化,D项正确。
绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性元素(如硫),故橡胶有较强的还原性,因此,在实验室中,盛放强氧化剂的试剂瓶不能用橡胶塞
视角4高分子的结构与性质
5.有甲、乙两种高聚物,甲能溶于有机溶剂,加热可熔融;乙不溶于任何溶剂,加热不会变软或熔融,则下列叙述中错误的是(　　)
A.高聚物甲可能具有弹性,而高聚物乙没有弹性
B.高聚物甲可能是线型高分子材料
C.高聚物甲一定是网状结构高分子材料
D.高聚物乙一定是网状结构高分子材料
C
解析 根据题意可知,甲为热塑性高分子材料,乙为热固性高分子材料,故甲可能是线型高分子材料也可能是支链型高分子材料,乙一定是网状结构高分子材料,故C错误。
6.下列原料或制成的产品中,可溶于有机溶剂的是(　　)
①有机玻璃
②从废轮胎上刮下的橡胶粉末
③涤纶绳(其主要成分是 )
④电木插座
A.只有①② B.只有①③ C.只有③④ D.只有②④
B
解析 可溶于有机溶剂的是线型结构的高分子材料,可以看出有机玻璃和涤纶绳的主要成分属线型结构的高分子,则①、③应可溶于有机溶剂;轮胎上刮下的橡胶为硫化橡胶,它是天然橡胶以硫作为交联剂形成的,其结构应为网状结构,电木性脆、受热不能熔化,也属网状结构,则②、④应不溶于有机溶剂。
7.下列高聚物经简单处理可以从线型结构变成网状结构的是(　　)
A.只有①② B.只有③④ C.只有①④ D.只有②③
D
解析 有机高分子材料中,若含有易反应的官能团,在一定条件下使官能团发生反应,如羟基缩合、双键交联等,其线型结构就能变成网状结构。
探究二　功能高分子材料的结构和性质
情境探究
材料1:纤维素的分子结构
纤维素显微结构示意图
材料2:下面是两种高吸水性树脂
聚丙烯酸钠
　水晶泥
聚丙烯酰胺
请思考并回答以下问题:
1.棉麻能吸收自身重量15~40倍的水,但高吸水性树脂能吸收数百倍至数千倍于自身重量的水,而且保水性强,即使加压水也不会被挤出。为什么高吸水性树脂的吸水能力如此强大,高吸水性树脂吸水而又不溶于水
提示 纸张、棉麻都是纤维素,表面有丰富的羟基,因而可以吸水。但强吸水性树脂表面有丰富的阴阳离子,是更强的强亲水基团,因而吸水能力增强;高吸水性树脂都是交联的网状结构,分子规模庞大,因而不溶于水。
2.制备高吸水性树脂的方法有哪些
提示 合成高吸水性树脂有两种思路,一是改造纤维素或淀粉分子,接入强亲水基团,二是合成新的带有强亲水基团的高分子。
3.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
4.具有网状结构的高聚物都具有吸水性吗
提示 橡胶交联:为了增加橡胶的强度高吸水性树脂交联:避免树脂溶于水。
提示 不一定。有强吸水性原子团作支链,同时与交联剂反应生成网状结构的聚合物才具有强吸水性。
方法突破
1.高吸水性树脂的合成
2.功能高分子材料与通用高分子材料的联系与区别
比较 分类
功能高分子材料 通用高分子材料
联系 都是由C、H、O、N、S等元素组成
都是由单体经加聚或缩聚反应形成
都有线型结构、网状结构
区别 在功能上,与通用高分子材料相比,功能高分子材料具有特殊功能
应用体验
视角1功能高分子材料的性能
1.下列有关功能高分子材料的用途叙述不正确的是(　　)
A.高吸水性树脂可在干旱地区用于抗旱保水、改良土壤
B.高分子催化剂主要用于分离和提纯物质
C.医用高分子材料可用于制造人造器官、组织
D.高分子分离膜可用于海水淡化和处理工业废水
B
解析 高吸水性树脂能在短时间内吸收自身重量数百倍甚至上千倍的水,可在干旱地区用于抗旱保水、改良土壤等,A项正确;高分子催化剂用于催化化学反应,B项错误;医用高分子材料可用于制造人造心脏、人造血管等,C项正确;高分子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,可用于海水淡化和处理工业废水,D项正确。
2.下列关于功能高分子材料的说法错误的是(　　)
A.医用高分子材料、高分子催化剂、磁性高分子材料等属于功能高分子材料
B.高分子分离膜可用于海水淡化、浓缩天然果汁等
C.用于制造CPU芯片的良好半导体材料单晶硅属于功能高分子材料
D.在淀粉、纤维素的主链上再接上含强亲水基团的支链,可提高它们的吸水能力
C
解析 医用高分子材料、高分子催化剂、磁性高分子材料等属于功能高分子材料,A正确;高分子分离膜有选择地使粒子通过,所以可用于海水淡化、浓缩天然果汁等,B正确;半导体材料单晶硅属于传统的无机非金属材料,C错误;易与水结合的基团称为亲水基团(如—NH2、—COOH、—OH等),淀粉、纤维素等是天然吸水材料,在其主链上再接入带有强亲水基团的支链,可以提高它们的吸水能力,D正确。
视角2功能高分子材料的结构
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。下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是
(　　)
A.聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH3CH2COOR
B.聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点
C.聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应
D.聚丙烯酸酯具有很强的吸水性
B
解析 聚丙烯酸酯是由单体丙烯酸酯(CH2=CHCOOR)发生加聚反应得到的高分子,A错误;由于聚丙烯酸酯属于混合物,因此没有固定的熔、沸点,B正确;聚丙烯酸酯中无碳碳双键,含有酯基,故其能发生水解反应,不能发生加成反应,C错误;聚丙烯酸酯分子中不含亲水基团,故无吸水性,D错误。
【变式设问】
(1)聚丙烯酸酯碱性水解产物中的高分子材料是否具有吸水性
提示 有吸水性。聚丙烯酸酯在碱性(NaOH)条件下水解得到的高分子材料为 ,含有亲水基团,具有吸水性。
(2)1 mol聚丙烯酸酯在碱性条件下水解消耗多少摩尔氢氧化钠
提示 n mol。1 mol聚丙烯酸酯含有n mol酯基,在碱性条件下水解消耗
n mol氢氧化钠。
4.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:
A
B
(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。
(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”)。
酯基、碳碳双键
加成
线型
热塑性
网状
热固性
(4)写出A与NaOH溶液反应的化学方程式:
　。
(5)B在酸性条件下水解得到的高分子　　　　(填“有”或“无”)吸水性。
有
解析 (1)由A的结构简式可知,它的分子中含有酯基、碳碳双键。
(2)A经光照固化转变为B,分子中碳碳双键断裂,发生了加成反应。
(3)A属于线型结构,具有热塑性;B属于网状结构,具有热固性。
(4)1 mol A分子中含有n mol酯基,故消耗n mol氢氧化钠,化学方程式为
(5)有机化合物B在酸性条件下水解得到的高分子为 ,每个链节都含有一个亲水基团——羟基,故具有较强的吸水性。
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