5.2 高分子材料（教学课件）(共48张PPT)_高中化学人教版（2019）人教版选择性必修三

(共48张PPT)
5.2 高分子材料
核心素养目标
宏观辨识与微观探析
学生能够从宏观上认识高分子材料在生活、生产和科技领域的广泛应用，如常见的塑料制品、合成纤维制成的衣物等；从微观角度理解高分子材料的结构特点，包括高分子链的结构、链之间的相互作用等，以及这些微观结构如何决定其宏观性能，如高分子链的长短、支链情况对材料熔点、密度和硬度的影响。
证据推理与模型认知
基于实验事实和理论知识，对高分子材料的组成、结构及其变化提出合理假设，例如根据高分子材料的性能推测其可能的结构；通过建立高分子链的结构模型、聚合反应的机理模型等，来解释高分子材料的性质和合成过程。
核心素养目标
科学探究与创新意识
具备科学探究的意识和能力，能够通过实验探究高分子材料的性能，如探究不同交联程度对橡胶弹性的影响；在学习过程中，鼓励提出有探究价值的问题，如如何改进高分子材料的性能以满足特殊需求，设计实验方案进行探究，培养创新意识和实践能力 。
科学态度与社会责任
在实验探究中养成严谨求实的科学态度，严格遵守实验规则，如实记录实验现象和数据；关注高分子材料在社会发展中的作用，以及其对环境可能造成的影响，如 “白色污染” 问题，培养可持续发展的观念和社会责任感。
学习重难点
重点
1.高分子材料的分类，如通用高分子材料（塑料、合成纤维、合成橡胶等）和功能高分子材料（高吸水性树脂、高分子分离膜等）的特点和应用。
2.常见高分子材料的结构特点，如聚乙烯、酚醛树脂等的分子结构，以及这些结构与材料性能之间的关系 。
难点
1.从微观角度理解高分子材料的结构复杂性。
2.设计并实施高分子合成实验，培养学生的科学探究能力，在实验过程中，学生需要掌握实验操作技能、数据处理方法以及对实验结果的分析和解释。
课前导入
这些生活中随处可见的材料，其实都属于“高分子材料”。它们不仅轻便、耐用，还广泛应用于各个领域。今天，我们就一起揭开高分子材料的神秘面纱，探索它们的结构、性能以及如何改变我们的生活！
高分子的命名与分类
PART 01
1.高分子的命名
（1）天然高分子一般有习惯使用的专有名称，如淀粉、纤维素、蛋白质、RNA、DNA等。
（2）合成高分子的名称一般在单体名称前加上“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯等。
由两种单体聚合而成的高聚物的命名法
在缩合产物或两种单体前加“聚”，如聚对苯二甲酸乙二酯等
在两种单体名称后加上“树脂”，如脲醛树脂（由尿素与甲醛合成）等
（3）合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”，如乙(烯)丙(烯)橡胶、顺丁(二烯)橡胶。
（4）合成纤维的名称常用“纶”，如涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯纤维)、氯纶(聚氯乙烯纤维)。
2.高分子材料的分类
按来源分类
高分子材料
天然高分子材料
合成高分子材料
按来源分类
通用高分子材料：塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等
功能高分子材料：高分子分离膜、医用高分子、高吸水性树脂等
按链的连接形式分类
线型高分子材料：高分子为链状
支链型高分子材料：高分子主链带有长短不一的支链
网状高分子材料：高分子链之间形成化学键，产生关联，形成网状结构
按受热时的不同行为分类
热塑性高分子材料
热固性高分子材料
一般地，线型高分子具有热塑性，网状高分子具有热固性
通用高分子材料
PART 02
1.塑料
（1）塑料的成分
合成树脂——主要成分
塑料的成分
加工助剂
举例：增塑剂、热稳定剂、着色剂等
作用：改善塑料的性能
1.树脂是指未加工处理的聚合物，没有添加各种加工助剂，而塑料是由合成树脂及各种加工助剂组成的，塑料的主要成分是合成树脂。这两个名词有时也混用，因为有些塑料基本上是由合成树脂组成的，不含或含少量其他加工助剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。
2.塑料的基本性能主要取决于树脂的性质，但加工助剂也起着重要作用。
着色剂
增塑剂
热稳定剂
1.塑料
（2）塑料的种类
类型 特征 举例
热塑性塑料 可以反复加热熔融加工 聚乙烯、聚氯乙烯等
热固性塑料 不能加热熔融，只能一次成型 酚醛树脂、脲醛树脂等
聚乙烯
酚醛树脂
聚氯乙烯
可反复加热熔融
不能加热熔融，只能一次成型
长链状的线型结构
体型（网状）结构
2.常见的塑料
（1）聚乙烯
聚乙烯具有及其广泛的用途，按合成方法可分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯。高压法聚乙烯是在较高压力与较高温度，并在引发剂作用下，使乙烯发生加聚反应得到的，含有较多支链，密度和软化温度较低，属于低密度聚乙烯。低压法聚乙烯是在较低压力和温度下，用催化剂使乙烯发生加聚反应得到的，支链较少，密度和软化温度较高，属于高密度聚乙烯。
低密度聚乙烯
高密度聚乙烯
2.常见的塑料
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，使用引发剂 0.1 MPa～2 MPa,60～100 ℃，使用催化剂
高分子链的结构 含有较多支链 支链较少
密度/ (g·cm－3) 0.91～0.93 0.94～0.97
软化温度/℃ 105～120 120～140
主要性能 无毒，较柔软 无毒，较硬
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
高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比
2.常见的塑料
高压聚乙烯 低压聚乙烯
分子结构类型 支链型 线型
类别
相对分子质量 相对_____ 相对_____
熔融温度 相对_____ 相对_____
密度 相对_____ 相对_____
硬度 相对_____ 相对_____
较小
较低
较小
较小
较大
较高
较大
较大
低密度聚乙烯
高密度聚乙烯
聚乙烯分子结构与其软化温度、密度之间的关系
1.聚乙烯的软化温度、密度与高分子链之间的作用力有关。高分子链之间的作用力越大，聚乙烯的软化温度越高、密度也越高。
高分子链越长
高分子链之间越密
相对分子质量越大
链之间易于接近
高分子链之间的作用力越大
软化温度、密度越高
2.常见的塑料
2.组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大。低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的结构相似，与高密度聚乙烯相比，低密度聚乙烯的高分子链较短，主链有较多长短不一的支链，因此高分子链之间的作用力较小，软化温度、密度都较低。
总结：
高压→低密度、低软化温度、较软→塑料薄膜、食品包装纸；
低压→高密度、高软化温度、较硬→瓶、桶、板、管等。
2.常见的塑料
（2）聚乙烯的弹性
常温下聚乙烯分子链上的碳碳单键可以旋转
分子链常呈卷曲状态
卷曲的高分子链被拉直或部分被拉直
恢复卷曲状态
因此，一般的高分子材料都具有一定的弹性
（3）通过改进聚合反应的催化剂，现已得到超高相对分子质量的聚乙烯，其具有高强度和高耐磨性，使用温度范围广，耐化学腐蚀，可用于制造防弹服、防弹头盔、绳缆等。
2.常见的塑料
聚乙烯塑料制成成品的过程中，为了产品的外观和某些性能，通常需要加入添加剂。如：聚氯乙烯是一种无色、硬质、耐热性差的材料。为改善它的性能，提高实用价值，需要加入以下加工助剂：为提高柔韧性加入增塑剂，为提高耐热性加入热稳定剂，为赋予它各种漂亮的颜色加入着色剂……加入加工助剂后的聚氯乙烯可以制成雨衣、桌布和各种管材、板材等产品。
聚氯乙烯薄膜能用于食品包装吗？
并非所有的塑料都能用与食品或药品包装；使用中除了考虑原料本身是否有毒性外，还需要考虑加入的添加剂的性质，用于食品和药品包装的塑料制品一定要注意食品安全问题。
聚氯乙烯本身较硬，需加入增塑剂（大多有毒），室温下，增塑剂小分子会逐渐“逃逸”出来。
3.酚醛树脂
（1）含义：是用酚和醛在酸或碱的催化作用下相互缩合而成的高分子。
（2）制备和结构
苯酚、甲醛
缩合反应
酸
碱
高分子
线型
高分子
网状
【实验探究】酚醛树脂的制备和性质实验
3.酚醛树脂
（1）在大试管中加入2g苯酚、3ml质量分数为40%的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在水浴中加热。当试管中反应物接近沸腾时，从水浴中取出试管，并用玻璃棒搅拌,观察产物的颜色和状态。
（2）在另一大试管中加入2g苯酚和3 mL质量分数为40%的甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，稍加振荡后，加入0.5 mL浓氨水，在水浴中加热，注意与（1）中酸催化的聚合反应进行比较。
苯酚与甲醛在酸性加热条件下反应，溶液变浑浊，搅拌后冷却、混合物分层，倾去上层水，取下层白色固体，向其中加入乙醇，再水浴加热，白色固体溶解。
3.酚醛树脂
水浴加热
【实验现象】
苯酚与甲醛在碱性加热条件下反应，生成黄色粘稠状固体。
【实验结论】
苯酚与甲醛在酸或碱催化作用下，均可以发生缩聚反应生成树脂。
+乙醇,
加热
3.酚醛树脂
在酸催化下，等物质的量的苯酚与甲醛反应，苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的羰基加成生成羟甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子。
在碱催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。
3.酚醛树脂
通过以上学习，我们了解到合成高分子的结构大致可以分为三类：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
结构 结构特点 性质特点
线型
支链型
网状
没有支链的长链分子，且大多数呈卷曲状
受热熔化，冷却后固化，具有热塑性
主链上有长支链和短支链，分子排列松散，分子间作用力弱
柔软度和溶解度较线型高分子的大,密度、强度和软化温度低于线型高分子
线型或支链型高分子以化学键交联,形成网状结构
柔软度降低,刚性提高,不能熔融,在溶剂中会发生溶胀,但不能溶解
3.酚醛树脂
尿素（H2NCONH2）可以与甲醛发生反应，最终缩聚成具有线型或网状结构的脲醛树脂。脲醛树脂可用于生产木材黏合剂、生活器具和电器开关。
请写出尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式。
H2N－C－NH2
O
=
H－C－H
O
=
+
n
2n
H－O－CH2－NH－C－NH－CH2－OH
O
=
n
+
(n-1)H2O
3.合成纤维
纤 维
化学纤维
再生纤维：利用天然高分子化合物，经过一系列的化学处理和机械加工而制得的纤维，也叫人造纤维。如粘胶纤维等
合成纤维：用石油、天然气、煤和农副产品等不含天然纤维的物质为原料加工制得单体，经聚合反应制成的纤维
天然纤维
植物纤维：如棉花、麻等(主要成分纤维素)
动物纤维：如羊毛、蚕丝等(主要成分蛋白质)
“六大纶”：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶
（1）纤维的分类
3.合成纤维
（2）聚酯纤维(涤纶)
合成纤维中目前产量最大的是聚酯纤维中的涤纶，它是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。其合成反应为：
涤纶性能：强度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得改进。
涤纶用途：是应用最广泛的合成纤维品种，大量用于服装与床上用品(如运动服、被套、睡袋等)、各种装饰布料、国防军工特殊织物(航天服、降落伞),以及工业用纤维制品(过滤材料绝缘材料、轮胎帘子线、传送带)等。
宇宙飞船降落伞
3.合成纤维
（3）聚酰胺纤维（商品名锦纶，俗称尼龙）
由二元或多元胺与二元或多元羧酸缩合而形成的高分子纤维称为聚酰胺纤维，聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66，前一个6代表二胺中碳原子数，后一个6代表二酸中碳原子数))的合成反应为：
锦纶66性能：不溶于普通溶剂，熔化温度高于260℃，拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨性和强度较大。
锦纶66用途：生产丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等。
锦纶在发展：由6-氨基已酸合成的锦纶6、由癸二酸和癸二胺合成的锦纶1010等脂肪族聚酰胺纤维(锦纶)，以及耐高温、高强度的芳香族聚酰胺纤维(芳纶)
衣服标签上的材质，是什么意思？
3.合成纤维
3.合成纤维
【科学·技术·社会 】 高强度芳纶纤维
芳香族聚酰胺纤维——聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，又称芳纶1414
nH2N NH2
n
C C OH
O
O
]
HN NH
[
H
+(2n-1)H2O
C C OH
O
O
nHO
它的强度高，密度却只有钢的1/5；其热稳定性
高，在500℃高温下不会熔化分解。可以制成防弹装甲、消防服、防切割耐热手套，以及交通工具的结构材料和阻燃内饰等。
使用了芳纶纤维结构材料的轻型飞机
+
催化剂
4.合成橡胶
橡 胶
天然橡胶
合成橡胶
三叶树胶（顺式聚异戊二烯）
杜仲树胶（反式聚异戊二烯）
丁苯橡胶
顺丁橡胶
氯丁橡胶
聚硫橡胶:有耐油性
硅橡胶:有耐热耐寒性
（2）性质：橡胶是一类具有弹性的物质。耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀、耐老化等各有其优势。
（1）分类
通用橡胶
特种橡胶
4.合成橡胶
（3）常见的橡胶
顺丁橡胶：是以1,3 丁二烯为原料，在催化剂作用下，通过加聚反应，得到以顺式结构为主的聚1,3 丁二烯。化学方程式为:
结构特点: 顺丁橡胶均呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。而且分子中存在碳碳双键，易加成也易被氧化，直接加工成用品使用容易老化。
思考：请观察顺丁橡胶的结构特点，实验室中哪些试剂瓶的瓶塞不能选用橡胶塞？
顺丁橡胶中存在碳碳双键，易发生加成反应和氧化反应，所以盛放溴水、酸性高锰酸钾溶液、浓硝酸、浓硫酸、汽油等的试剂瓶，不能用橡胶塞。
4.合成橡胶
将橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的碳碳双键打开，以二硫键 (—S—S—)等，把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的硫化橡胶。这一加工过程称为橡胶的硫化。
橡胶的硫化交联的程度不宜过大，否则会使橡胶失去弹性。
应用: 顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、
耐寒性好，主要用于制造轮胎。
顺丁橡胶能否直接用于制造汽车轮胎？
该聚合物呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。
（4）橡胶的硫化
5.天然橡胶
最常见的天然橡胶是三叶橡胶树产出的橡胶；还有一种是杜仲树产出的橡胶，称为杜仲胶。
天然橡胶是异戊二烯的聚合物，具有顺式结构，称为顺式聚异戊二烯。天然橡胶原为线型高分子，硫化后转变成网状结构，增加了它的强度与弹性。三叶橡胶树只在暖湿地带生长，我国海南、云南等省已引种成功。
杜仲胶可从杜仲树的树皮、叶、果实中提取。杜仲树是我国特产，适应性强，种植面广，我国四川、贵州、湖南、陕西、湖北等省都有大面积种植。杜仲胶也是异戊二烯的聚合物，与天然橡胶不同的是它具有反式结构。杜仲胶硬而弹性差，属于硬橡胺，但绝缘性好。我国科学工作者正在研究开发杜仲胶，使它既能生产塑料也能生产橡胶。现在已开发出多种产品，如杜仲胶形状记忆材料、代替石膏的医用骨科夹板、海底电缆、绝缘器件等。
5.天然橡胶
反式聚异戊二烯
天然橡胶是顺式聚异戊二烯，杜仲胶是反式聚异戊二烯，你能写出杜仲胶的结构简式吗
异戊二烯
顺式聚异戊二烯
功能高分子材料
PART 03
在天然或合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其具有特殊的功能，满足化学、物理或医学等方面的功能需求，这类高分子成为功能高分子。
1.功能高分子材料的含义
功能高分子
化学功能高分子
物理功能高分子
生物（医用）功能高分子
功能转换型高分子
如高分子试剂、高分子催化剂、离子交换树脂等
如发光高分子、导电高分子、吸声高分子等
如高分子药物、软硬组织替代高分子等
如电致发光高分子、形状记忆树脂等
2.高吸水性树脂
结构特点：
（1）含有强亲水基团，如羧基、羟基、酰胺基等；
（2）具有网状结构
性能：
不溶于水，也不溶于有机溶剂，吸水性好，与水接触后在很短的时间内溶胀，可吸收其自身质量数百倍甚至上千倍的水，且耐挤压、保水性好。
2.高吸水性树脂
制取方法：
（1）对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性：在淀粉或纤维素的主链上接入带有强亲水基团的支链，以提高他们的吸水能力。
如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉—聚丙烯酸钠高吸水性树脂；
淀粉
（纤维素）
接枝共聚物
交联剂
网状淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂
线型
网状
丙烯酸钠
改造后的树脂具有强大的吸水和保水能力，而且可生物降解
2.高吸水性树脂
制取方法：
（2）用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
CH2=CHCOOH→CH2=CHCOONa
丙烯酸钠
交联剂
网状聚丙烯酸钠高吸水性树脂
交联剂
一定条件
网状
可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压作用。
用途：
（1）可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤。如在苗木根部放上一些吸足了水的高吸水性树脂，可以使苗木在生长发育过程中有充足的水。
（2）“尿不湿”可以吸收其自身重量约几百倍的尿液而不滴不漏，保证婴儿夜晚安睡和白天活动。
《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
2.高吸水性树脂
（1）高分子分离膜简介
功能高分子
结构特点
类型
生产分离膜的材料
用途
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，达到对原液精华。分离和浓缩的目的。
根据膜孔大小的不同，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等，可用于分离不同的物质。
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、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.高分子分离膜
3.高分子分离膜
（2）高分子分离膜的分离原理
以海水淡化为例，海水分别通过不同的分离膜分离出不同的成分，最后得到淡水，如图所示：
随堂训练
1.判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)三大合成材料是指塑料、合成纤维和合成橡胶。 (　　)
(2)高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点高。 (　　)
(3)苯酚与甲醛通过缩聚反应一定形成线型结构高分子。 (　　)
(4)聚乙烯塑料易造成白色污染而聚酯塑料不会造成白色污染。 (　　)
随堂训练
(5)丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分 (　　)
(6)高吸水性树脂成品是线性结构（ ）
(7)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 (　　)
(8)高分子分离膜用于污水、工业废水处理和海水淡化等 (　 　)
随堂训练
2.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化合物材料
C．高聚物甲一定是体型高分子化合物材料
D．高聚物乙一定是体型高分子化合物材料
C
随堂训练
3.下列高分子经简单处理可以从线型结构变成网状结构的是(　　)
A．①② B．③④ C．①④
D．②③
D
随堂训练
4.下列关于功能高分子材料的说法中，不正确的是 ( )　
A. 离子交换树脂主要用于分离和提纯，如硬水的软化、回收工业废水中的金属等
B. 婴儿用的“尿不湿”的主要成分是具有强吸水性的树脂
C. 导电塑料应用于电子工业，可用来制造电子器件
D. 医用高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到与生物体相容的程度
D
随堂训练
5.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(　　)
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.只有③④ B.只有①② C.①②③⑤ D.①②③④
B
谢谢观看