《创新方案》第五章 2 第二节　高分子材料 讲义（教师版）化学选择性必修3人教版

第二节　高分子材料
【学习目标】　1.能从微观角度了解高分子材料的分类和用途，理解高聚物的结构与性质的关系。
2．能参与材料选择与使用、垃圾处理等社会性议题的讨论，并作出科学的判断、评价及决策。
知识点一　通用高分子材料——塑料
1．高分子材料概述
(1)分类
(2)命名
①天然高分子：习惯使用专有名称，如淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等。
②合成高分子
③合成橡胶：通常在单体名称后加上“橡胶”，如顺丁橡胶等。
④合成纤维的名称常用“纶”，如氯纶(聚氯乙烯纤维)、腈纶(聚丙烯腈纤维)等。
2．通用高分子材料——塑料
(1)成分
(2)分类
①热塑性塑料：可以反复加热熔融加工，如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料制品。
②热固性塑料：不能加热熔融，只能一次成型，如用具有不同结构的酚醛树脂等制成的塑料制品。
(3)常见的塑料
①聚乙烯
a．分类：聚乙烯按合成方法可分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯。
b．比较
比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
聚合反应条件 高温、高压，使用____________ 低温、低压，使用____________
高分子链的结构 支链________ 支链________
密度 ____________ ____________
软化温度 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
　1.(1)以聚乙烯为例分析为什么高分子材料具有一定的弹性？
(2)影响高分子软化温度、密度的因素是什么？为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的软化温度低、密度也低呢？
提示：(1)
所以一般高分子材料具有一定的弹性。
(2)高分子链之间的作用力是影响高分子软化温度、密度的主要因素，主要与链的长短和链之间的疏密远近有关。
低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链，链之间的作用力比高密度聚乙烯的小，软化温度和密度也较低。
②酚醛树脂
a．概念：酚醛树脂是____________________________________而成的高分子。
b．实验探究——酚醛树脂的合成反应
实验操作
实验现象 混合溶液变____________，生成黏稠粉红色物质 混合溶液变____________，生成黏稠淡黄色物质
实验结论 苯酚与甲醛在酸或碱作用下均可发生____________生成树脂
c.酸性、碱性条件对酚醛树脂结构的影响
ⅰ.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____________结构的高分子，反应的化学方程式为
_____________________________________________________________________，
_______________________________________________________________________。
ⅱ.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____________________、____________________等，继续反应生成________结构的酚醛树脂。
d．酚醛树脂的性质及用途
具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于一般溶剂。酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料。
　2.(1)请从结构特点与性质特点两方面比较线型结构、支链型结构、网状结构对合成高分子性能的影响。
(2)为何酚醛树脂能用作烹饪器具的手柄而聚苯乙烯塑料不可以？
提示：(1)
结构 结构特点 性质特点
线型 没有支链的长链分子，且大多数呈卷曲状 受热后熔化，冷却后固化，具有热塑性
支链型 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
网状 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
(2)具有网状结构的酚醛树脂属于热固性材料，受热不熔融或者软化，而聚苯乙烯属于热塑性材料，受热容易熔融或者软化，不能用于制作烹饪器具的手柄。
[答案自填] 天然　合成　通用　功能　线型　支链型　网状　合成树脂　加工助剂　增塑剂　热稳定剂　着色剂　引发剂　催化剂　较多　较少　较低　较高　较低　较高　柔软　硬　酚与醛在酸或碱的催化下相互缩合　浑浊　浑浊　缩聚反应
线型　
二羟甲基苯酚　三羟甲基苯酚　网状
(1)塑料根据加热时能否熔融分为热塑性塑料和热固性塑料(　　)
(2)高压法聚乙烯的支链较少，软化温度和密度都比低压法聚乙烯的高(　　)
(3)低密度聚乙烯较柔软，高密度聚乙烯较硬(　　)
(4)聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂均为热塑性塑料(　　)
(5)酚醛树脂由苯酚和甲醛通过加聚反应得到，可用作电工器材(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
1．下列有关塑料问题的叙述不正确的是(　　)
A．塑料是一种人工合成的高分子材料，具有良好的成膜性、绝缘性、耐腐蚀性能
B．普通的塑料膜碎片在土壤中很快会被降解
C．废塑料的焚烧会产生大量的污染物
D．塑料的分类是回收和利用的一大障碍
解析：选B。A．塑料是人工合成材料，具有良好的成膜性、绝缘性、耐腐蚀性能，故A正确；B．普通塑料膜是不可降解塑料，很难被降解，故B错误；C．废塑料燃烧会生成对环境污染的物质，故C正确；D．废弃塑料易造成污染，其种类较多，分类回收和利用较困难，故D正确。
2．(2024·成都高二质检)氯乙烯(ClCH===CH2)是生产聚氯乙烯塑料的原料。下列说法正确是(　　)
A．聚氯乙烯分子呈平面结构
B．氯乙烯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．可用聚氯乙烯塑料制排水管
D．聚氯乙烯塑料可用作食品包装袋
解析：选C。A．聚氯乙烯分子中碳原子为饱和碳原子，不呈平面结构，A错误；B．氯乙烯分子中含有碳碳双键，能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使其褪色，B错误；D．聚氯乙烯塑料制品在较高温度下会缓慢分解出氯化氢气体，这种气体对人体有害，因此聚氯乙烯制品不可用作食品包装材料，D错误。
3．写出尿素()与在一定条件下反应得到线型聚合物的化学方程式：______________________________________________________。
答案：
知识点二　通用高分子材料——合成纤维和合成橡胶
1．合成纤维
(1)纤维的分类
(2)合成纤维的性能
①优点：强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖。
②缺点：____________、____________等方面不如天然纤维(除了________具有较好的吸湿性)。
③改进方法：将天然纤维和合成纤维混合纺织得到混纺纤维，实现了优势互补，性能更加优良。
(3)常见的合成纤维
①聚酯纤维
合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的________。________是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。
②聚酰胺纤维
聚己二酰己二胺纤维又称锦纶66、尼龙66(两个数字6分别代表二胺和二酸分子中所含碳原子的个数)。
2．合成橡胶
(1)橡胶的分类及性能
①橡胶
②性能：具有高弹性、绝缘性、耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等性能。
(2)常见的橡胶——顺丁橡胶
　(1)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？
(2)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？
提示：(1)
(2)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。
[答案自填] 天然　化学　再生　合成　吸湿性　透气性　维纶　涤纶　涤纶
　透气性　吸湿性
　不　高　大　线型　线型　网状
(1)天然纤维和合成纤维均属于纤维素(　　)
(2)棉花、黏胶纤维、聚酯纤维均为化学纤维(　　)
(3)利用石油或煤作为原料制得的纤维是再生纤维(　　)
(4)顺式聚1，3-丁二烯是线型结构，具有较好的弹性　(　　)
(5)用带有橡胶塞的试剂瓶盛放高锰酸钾溶液(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
1．天然橡胶具有弹性，但强度差，易发黏。研究人员在研究天然橡胶改性过程中，意外发现橡胶与硫黄混合共热，可以使橡胶制品性能大为改观。橡胶硫化程度越高，强度越大，弹性越差。下列橡胶制品中，硫化程度较高的是(　　)
A．医用橡皮手套 B．皮鞋胶底
C．自行车内胎 D．橡皮筋
解析：选B。橡胶硫化程度越高，强度越大，弹性越差，皮鞋胶底弹性差，硫化程度较高。
2．聚酰胺纤维中的锦纶是较早面世的合成纤维之一，锦纶66的结构简式如下。下列关于锦纶66的说法错误的是(　　)
A．通过缩聚反应制得
B．化学名称为聚己二酰己二胺
C．含有的官能团为羰基、羧基和氨基
D．合成它的单体为己二胺与己二酸
解析：选C。锦纶66是由单体己二酸和己二胺发生缩聚反应生成的，其化学名称为聚己二酰己二胺，A、B、D正确；由锦纶66的结构简式可知，含有的官能团为酰胺基、羧基和氨基，C错误。
3．橡胶树是热带植物，在我国海南已大面积种植。从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的成分是顺式聚异戊二烯，结构简式为。回答下列问题：
(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是_________________________________________，
天然橡胶加入适当的硫黄进行硫化后，其结构由____________变成____________，因而硫化橡胶__________(填“能”或“不能”)溶于汽油。
(2)天然橡胶的单体是一种无色液体，将该无色液体加入溴水中，________(填“能”或“不能”)使溴水褪色。
解析：(1)由天然橡胶成分的结构简式可知，天然橡胶为线型结构的高分子，能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后，引入的硫原子可通过形成共价键使高分子链发生交联，形成网状结构，故硫化橡胶不能溶于汽油。
(2)天然橡胶的单体分子中含有两个碳碳双键，能与Br2发生加成反应而使溴水褪色。
答案：(1)天然橡胶是线型结构　线型结构　网状结构　不能　(2)能
知识点三　功能高分子材料
1．概念：具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。例如，高吸水性树脂、高分子分离膜和高分子药物等。
2．高吸水性树脂
(1)合成方法
①改造淀粉或纤维素分子，接入________________基团。例如，
a．常见的强亲水基团：________、________、________、________等。
b．改造后的树脂具有强大的____________能力，而且可____________。
②合成新的带有强亲水基团的高分子。例如，
(2)实验探究——高吸水性树脂的吸水性能
吸水材料 高吸水性树脂(尿不湿) 一般吸水材料(餐巾纸)
吸水前质量m1/g 1.00 1.00
吸水现象 呈凝胶状，有较好的保水能力 吸水后变形程度小，保水能力较差
吸水后质量m2/g 84.82 11.00
吸水率(m2－m1)/m1 83.82 10
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一般吸水材料的________。
　(1)为什么高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别这么大？
(2)为什么高吸水性树脂能吸水而又不溶于水？
提示：(1)绝大多数高吸水性树脂的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水基团。
(2)高吸水性树脂分子中含有强亲水基团和一定的网状结构(具有一定的交联度)。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。
(3)应用
在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤，还可用于婴儿纸尿裤等。
3．高分子分离膜
(1)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。
(2)分类：根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
(3)制备：制作材料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。
(4)应用：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。
[答案自填] 强亲水　羟基　羧基　醛基　氨基　吸水和保水　生物降解　强
(1)丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分(　　)
(2)由淀粉等物质制取网状结构的淀粉是为了增强其稳定性(　　)
(3)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(　　)
(4)高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等(　　)
(5)高吸水性树脂在吸水后呈凝胶状，具有较好的保水能力(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
1．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．医用高分子材料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淡化
解析：选D。A．保水剂是一种强吸水树脂，能在短时间内吸收自身重量几百倍至上千倍的水分，高吸水性树脂可用作保水剂，A正确；B．离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物，主要用于分离和提纯物质，B正确；C．医用高分子材料是指用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料，可用于制造医用器械和人造器官，C正确；D．聚乙炔膜属于导电高分子，主要用于电子元件，D错误。
2．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(　　)
A．聚丙烯酸酯单体的结构简式为CH2===CHCOOR
B．聚丙烯酸酯有固定的熔、沸点
C．聚丙烯酸酯的聚合方式与酚醛树脂的聚合方式相同
D．聚丙烯酸酯具有很强的吸水性
解析：选A。聚丙烯酸酯是由单体丙烯酸酯发生加聚反应得到的高分子；聚丙烯酸酯属于混合物，没有固定的熔、沸点；聚丙烯酸酯分子中不含亲水基团，故无吸水性。
3．科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿司匹林，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，缓释长效阿司匹林的结构简式如下：
(1)将阿司匹林连接在高分子载体上的有机反应类型是________。
(2)缓释长效阿司匹林在肠胃中变为阿司匹林的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)取代反应(或酯化反应)
(2)
1．高分子材料与生产、生活密切相关。下列说法错误的是(　　)
A．聚苯胺可用于制备导电高分子材料
B．制作医用外科口罩所用熔喷布的主要原料是聚丙烯，聚丙烯可以使溴水褪色
C．人造草坪使用了合成纤维
D．顺丁橡胶可用于制造轮胎
解析：选B。A．聚苯胺是一种高分子，具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性及电化学性能，可用于制备导电高分子材料，A正确；B．聚丙烯中不含碳碳双键，不能使溴水褪色，B错误；C．合成纤维性能优异，用途广泛且生产条件可控，原料来源丰富，不受自然条件影响，可用于制备人造草坪，C正确；D．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，D正确。
2．(2024·西安高二月考)下列说法正确的是(　　)
A．聚乙烯具有固定的元素组成，因而具有固定的熔、沸点
B．塑料、橡胶、腈纶都是天然高分子
C．聚丙烯是由—CH2—CH2—CH2—重复结构单元连接而成的
D．再生纤维的原料是天然高分子，合成纤维的原料是石油、天然气等
解析：选D。A．聚乙烯具有固定的元素组成，但属于混合物，因而没有固定的熔、沸点，A错误。B．塑料、腈纶、合成橡胶都是合成有机高分子，天然橡胶属于天然高分子，B错误。C．聚丙烯是由重复结构单元连接而成的，C错误。D．再生纤维是指以木材、秸秆等农副产品为原料，经加工处理得到的纤维，如黏胶纤维等；合成纤维是指以石油、天然气、煤、农副产品等为原料，将其转化为单体，再经过聚合反应制成的纤维，如涤纶，D正确。
3．天然橡胶的成分是聚异戊二烯，结构简式为。天然橡胶经过硫化后变为硫化橡胶，如下图所示。下列叙述不正确的是(　　)
A．硫化橡胶和天然橡胶的高分子结构都属于网状结构
B．天然橡胶变为硫化橡胶发生了化学变化
C．硫化橡胶的相对分子质量比天然橡胶的大
D．硫化橡胶的强度比天然橡胶的大
解析：选A。A．由天然橡胶的结构简式可知，天然橡胶的高分子结构为线型结构；由题图可知，硫化橡胶的高分子结构为网状结构，A错误。B．高分子由线型结构变为网状结构的过程有化学键的断裂和形成，故这种变化是化学变化，B正确。C．天然橡胶变为硫化橡胶，即若干条线型结构的高分子长链通过化学键的连接形成网状结构的高分子，所以硫化橡胶的相对分子质量比天然橡胶的大，C正确。D．天然橡胶硫化后产生交联，形成网状结构，具有更好的强度，D正确。
4．高聚物L(结构如下图所示)是一种来源于生物学灵感的新型黏合剂。下列关于高聚物L的说法不正确的是(　　)
A．单体之一为
B．在一定条件下能发生水解反应
C．结构中不含酯基
D．生成1 mol L的同时，会有(x＋y－1) mol H2O生成
解析：选C。A．生成高聚物L的反应类型为缩聚反应，单体是与，故A正确；B．由L的结构简式可知，分子中含有酯基，在一定条件下可以发生水解反应，故B正确；C．是由羧基和羟基脱水缩合生成的高聚物，结构中含有酯基，故C错误；D．由原子守恒可知，生成1 mol L时，生成H2O的物质的量为 mol，故D正确。
5．(2024·泸州高二统考)神舟十八号载人飞船胜利升空，并顺利按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接。合成材料在宇宙飞船和宇航服等方面得到广泛应用。回答下列问题：
(1)合成材料品种很多，其中被称为“三大合成材料”的是__________、__________和合成橡胶。
(2)飞船上的柔性材料常用聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯可利用乙烯和氯气作为原料制备，制备流程是乙烯→________→乙炔→________→聚氯乙烯。(填有机化合物的名称)
(3)制作宇航服的材料聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二酯纤维)商品名叫涤纶，其单体的结构简式分别为____________和__________________________________________________。
(4)酚醛树脂可用作宇宙飞船外壳的烧蚀材料，其原料是苯酚和甲醛。写出下列反应的化学方程式：
①苯酚稀溶液中逐滴加入饱和溴水产生白色沉淀：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
②甲醛与苯酚在催化剂作用下制备酚醛树脂：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)被称为“三大合成材料”的是塑料、合成纤维和合成橡胶。
(2)由乙烯制聚氯乙烯时，需制得氯乙烯，若用乙烯与氯气发生取代反应制氯乙烯，则很难实现，所以应使用乙炔与氯化氢加成制氯乙烯，乙烯与氯气加成后再消去便可制得乙炔。
(3)先确定聚对苯二甲酸乙二酯
的链节
，连写两段
()，然后让酯基水解，就可确定单体的结构简式分别为和。
(4)①苯酚稀溶液中逐滴加入饱和溴水，发生取代反应，生成2，4，6-三溴苯酚白色沉淀和溴化氢，化学方程式为。
②甲醛与苯酚在催化剂作用下发生缩聚反应，生成酚醛树脂和水，化学方程式为
答案：(1)塑料　合成纤维
(2)1，2-二氯乙烷　氯乙烯
(3) 　
(4)①
②