2020高中化学 有机高分子材料：塑料、纤维和橡胶知识讲解学案 新人教版选修2

2020高中化学 有机高分子材料：塑料、纤维和橡胶知识讲解学案 新人教版选修2

有机高分子材料：塑料、纤维和橡胶 ‎【学习目标】‎ ‎1、掌握生活中常用合成高分子材料的化学成分及其性能； 　　2、掌握高分子材料的使用对人类生活质量和环境质量的影响； 　　3、了解居室装修材料的主要成分及其作用。 【要点梳理】‎ 要点一、塑料 ‎1、塑料的成分 塑料的主要成分是合成树脂，它的组成中除了合成树脂以外，还有根据需要加入的具有某些特定用途的添加剂，如能提高塑性的增塑剂、防止塑料老化的防老化剂等，即塑料＝树脂＋添加剂。‎ 要点诠释：‎ ‎（1）树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加剂混合的聚合物。树脂的本性决定了塑料的主要基本性能，添加剂也起重要作用。‎ ‎（2）有些塑料基本上是由合成树脂组成的，不含或很少含其他添加剂，如聚乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃等。‎ ‎2、塑料的分子组成与结构 塑料是聚合物。聚合物的相对分子质量虽然很大，但组成并不复杂，结构也很有规律性。它们大部分是由小分子通过聚合反应制得的。‎ ‎3、塑料的性能 塑料的性能分为热塑性和热固性两种。高分子材料经加热后，软化最终至熔化，冷却后又变成固体，加热后又可熔化的性质称为热塑性，具有热塑性的塑料称为热塑性塑料。有些高分子材料只是在制造过程中受热时能变软，可以塑制成一定的形状，但一经加工成型就不会受热熔化，称为热固性，具有热固性的塑料称为热固性塑料。热塑性塑料和热固性塑料的对比如下表：‎ 热塑性塑料和热固性塑料的对比 热塑性塑料 热固性塑料 特性 受热后在一定温度下开始软化，直到熔化成流动的液体；冷却后变成固体，再受热又重新软化，直至成为液体 加工时能变软，成型后再受热就不会熔化；当温度很高时，会发生分解 结构 线型结构：受热时长链会加快振动，使链与链之间的分子间作用力减弱，长链间发生相应的滑动 体型网状结构：成型时链与链之间会形成共价键，产生一些交联，形成体型网状结构 溶解性 在适当有机溶剂里缓慢溶解 只是胀大，不能溶解 种类 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 酚醛塑料、脲醛塑料 用途 塑料膜、塑料袋、包装物等 开关、插座、绝缘材料等 共性 易燃、易老化、难降解（白色污染的主要根源）、不导电 热塑性塑料固态时的线型结构 热固性塑料硬化后的体型网状结构 ‎4、常见塑料的化学成分和用途 几种常见塑料的性能和用途 化学成分 性能 用途 制品 聚乙烯（PE）‎ 电绝缘性好，耐化学腐蚀，耐寒，无毒 可制成薄膜食品、药物的包装材料，以及日常用品、绝缘材料、管道等 食品保鲜膜 聚氯乙烯（PVC）‎ 7‎ 电绝缘性好，耐化学腐蚀，耐有机溶剂，耐磨，热稳定性差，遇冷变硬，透气性差 可制薄膜、软管、日常用品，以及管道、绝缘材料等，薄膜不能用来包装食品 电线外面的绝缘层 聚丙烯（PP）‎ 机械强度好，电绝缘性好，耐化学腐蚀，质轻，无毒。耐油性差，低温发脆，容易老化 可制薄膜、日常用品、管道、包装材料等 饮料瓶箱 聚苯乙烯（PS）‎ 电绝缘性好，透光性好，耐化学腐蚀，无毒，室温下硬、脆，温度较高时变软，耐油性差 可制高频绝缘材料，电视、雷达部件，医疗卫生用具，还可制成泡沫塑料用于防震、防湿、隔音、包装垫材等 包装材料 聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃，PMMA）‎ 透光性好，质轻，耐水，耐酸，碱，抗霉，易加工，耐磨性较差，能溶于有机溶剂 可制飞机，汽车用玻璃，光学仪器，医疗器械，广告牌等 广告牌 脲醛塑料（电玉）‎ 绝缘性好，耐热，抗水，易于着色 可制电工器材，汽车部件，日常用品等 聚四氟乙烯（PTFE）‎ 耐低温，高温，耐化学腐蚀，耐溶剂性好，电绝缘性好，加工困难 可制电气、航空、化学、医药、冷冻等工业的耐腐蚀、耐高温，耐低温的制品 不粘锅 ‎5、白色污染 ‎（1）白色污染的含义 由于合成材料的广泛应用和发展，一些塑料制品带来的环境污染就是“白色污染”。‎ ‎（2）白色污染的危害 废旧塑料包装物进入环境后，由于其很难降解，造成长期的、深层次的生态环境问题，如：废旧塑料包装物混在土壤中，影响农作物吸收养分和水分，将导致农作物减产；抛弃在陆地或水体中的废旧塑料包装物，被动物当作食物吞入，导致动物死亡（在动物园、牧区和海洋中，此类情况已屡见不鲜）；混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理，填埋处理将会长期占用土地，混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理，分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用……‎ ‎（3）白色污染的治理 　　对白色污染，可采取以下治理措施：废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）；制造易降解材料等。‎ 要点二、纤维 1、纤维的变迁 人类用棉花、羊毛、蚕丝和麻等天然纤维纺纱织布已有悠久的历史，但天然纤维无论是在数量上还是在质量上都不能满足人类的需要。随着化学科学的发展，人类掌握了通过化学方法将木材等加工成人造纤维；后来发展到利用石油、天然气、煤和农副产品做原料制成单体，然后再经化学合成和机械加工等制成合成纤维。‎ ‎2、纤维的分类 7‎ 要点诠释：六大纶指锦纶（尼龙）、涤纶（的确良）、晴纶（人造羊毛）、维纶、氯纶、丙纶。‎ ‎3、常见纤维的化学组成和性能 常见的天然纤维、化学纤维的化学组成和主要性能 常见纤维 化学组成 主要性能 天然纤维 棉纤维 纤维素，天然有机高分子化合物 吸水性好，易干，穿着舒适，不起静电，不耐磨 蚕丝 蛋白质，天然有机高分子化合物 吸水性好，手感柔和，有光泽，不起静电，不起球 羊毛 蛋白质，天然有机高分子化合物 弹性好，隔热性、保暖性好，水洗后收缩，易起球 化学纤维 人造纤维 纤维素（黏胶纤维）‎ 吸水性好，穿着舒适，不起静电，不耐洗，不耐穿 合成纤维 各种线型有机高分子（聚酰胺、聚酯、聚烯烃等）‎ 强度高，耐磨，不易染色，吸湿性、透气性差 ‎4、几种纤维的性质 ‎　‎ 灼烧情况 受酸溶液的影响 受碱溶液的影响 纯棉布 烧后呈粉状，无异味 破碎 变化很小 羊毛 有烧焦羽毛气味，灰烬成硬块 变化很小 断裂 尼龙布 有芥菜气味趁热可拉成丝 全部消失成溶液 不变化 要点三、橡胶 ‎1、橡胶的重要性 橡胶是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的材料，是重要的战略物资，广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。‎ ‎2、橡胶的分类 ‎3、合成橡胶 　　（1）原料：石油、天然气 　　（2）单体：烯烃和二烯烃 　　（3）性能：高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温 　　要点诠释：‎ 7‎ 橡胶未硫化以前，单个分子间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。当橡胶配以硫化剂经过硫化（交联）以后，使线型橡胶分子之间通过硫桥交联起来，形成体型结构，从而使性能大大改善，尤其是橡胶的强度、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大幅度提高，成为具有宝贵价值的硫化橡胶。‎ 要点四、复合材料 ‎ 1、复合材料的含义 将两种或两种以上不同性能的材料组合起来，在性能上取长补短，就可以得到比单一材料性能优越的复合材料。在复合材料中，一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，就好像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的作用，结合在一起就产生某些特殊性能。‎ ‎2、复合材料的优点 复合材料具有优异的性能，强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀，在综合性能上超过了单一材料。‎ ‎3、玻璃钢 玻璃钢是一种以玻璃纤维为增强材料、合成树脂为基体材料的复合材料。将玻璃熔化并迅速拉成细丝，得到异常柔软的玻璃纤维。将玻璃纤维加到合成树脂中，就制得玻璃钢。玻璃钢的强度可达到或超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的左右，并且玻璃钢有较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性，而且又不像普通玻璃那样硬脆，是一种可用于很多行业的理想的材料，如玻璃钢广泛应用于汽车车身、火车车厢和船体、印制电路板等。‎ ‎4、复合材料的发展前景 由于复合材料是由多种材料组合起来的，它的设计自由度很大：不仅可以选择不同的组分材料，而且可以通过改变各组分材料的含量来满足不同的需求。因此，复合材料是材料科学发展的必然趋势，它不仅成为宇航工业发展的关键，而且在民用工业如汽车、体育用品甚至人类健康方面的应用前景也是十分广阔的。‎ 要点五、居室装修材料 ‎ 居室装修材料 部位 可能用到的装修材料 装修材料的主要成分 装修材料的作用 可能对居室环境的影响 ‎ 地面 复合地板 复合地板一般由底层、基材层、装饰层和耐磨层等四层复合而成。‎ 底层：一般由聚酯材料制成，起防潮作用。‎ 基材层：以木质纤维等为原料，用脲醛树脂或糖醛类树脂等黏合剂制成的人造板材。‎ 装饰层：将印有特定图案的特殊纸放入三聚氰氨溶液中浸泡后形成。‎ 耐磨层：在地板的表层上均匀压制一层由氧化铝组成的耐磨剂。‎ 装饰、防潮和耐磨等 复合地板制造过程中用到的黏合剂会释放出甲醛。‎ 墙面、顶棚（包括灯饰）‎ 涂料 涂料一般由膜物质、溶剂、颜料和助剂四部分组成，一些新型涂料则不含溶剂。‎ 成膜物质：包括植物油、天然树脂和各种合成树脂等。‎ 溶剂：包括有机溶剂（如甲苯、二甲苯）和水，用于稀释成膜物质。‎ 颜料：分散成涂料中的、不溶的微细有色固体颗粒。‎ 助剂：赋予涂料某些特殊功能。‎ 装饰、保护墙面等 挥发性的有机溶剂（如甲苯、二甲苯）、颜料中的重金属（如Pb、Cr）等都会对人体造成危害。水溶性涂料（用水作溶剂）对人体的危害较小。‎ 卫生间 陶瓷（包括洁具和瓷砖）‎ 硅酸盐 装饰、防水 可能产生放射性 铝合金板（顶部）‎ 铝合金 装饰、防水 厨房 天然大理石 碳酸钙 防水、耐磨 可能产生放射性 PVC板（顶部）‎ 聚氯乙烯 7‎ 门窗(包括窗帘）‎ 塑钢 以聚氯乙烯为基材，外加填充剂等 装饰、密封 玻璃 普通玻璃的成分是Na2SiO3，CaSiO3和SiO2 ‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：塑料 例1．下列原料或制成的产品中，若出现破损不可以进行热修补的是（ ）‎ A．聚氯乙烯凉鞋 B．电木插座 C．聚丙烯材料 D．聚乙烯塑料膜 ‎【思路点拨】本题考查塑料的性能：热塑性和热固性，重点在于考查二者在成型后再加热时能否熔化上的区别。‎ ‎【答案】B ‎【解析】线型高分子具有热塑性，即加热时可以变软熔为黏稠状、流动的液体，该液体冷却后又变为固体，该固体再被加热后又熔为黏稠、流动的液体。所以线型高分子材料具有良好的可塑性，能制成薄膜、拉成丝或压制成各种形状。所以可用热修补法来修补破损的线型高分子材料。常见的线型高分子材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。而体型高分子材料一经加工成型就不会受热熔化，因而具有热固性，如酚醛塑料（俗称电木）。‎ ‎【总结升华】是否可以热修补主要是由物质的结构决定的，线型结构可以，体型结构一般不可以。判断高分子化合物的结构可以借助于该物质的性质，一般来说有弹性的是线型高分子材料，而不具有弹性的高分子材料则是体型高分子材料。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】对塑料的叙述不正确的是（　 ） 　　A．热塑性塑料具有长链状的线型结构 　　B．热固性塑料在形成初期是长链状的 　　C．热塑性塑料链与链之间会形成共价键，产生一些交联 　　D．热固性塑料在高温时共价键也不断裂 ‎【答案】C ‎【解析】热塑性塑料具有长链状的线型结构，A项正确。热固性塑料在形成初期是长链状的，受热会软化，可以被塑成一定的形状，B项正确。热固性塑料在进一步受热时，链与链之间形成共价键，产生一些交联，形成体型网状结构，硬化定型，热固性塑料在高温时共价键也不断裂，因此不会熔化，则C项错误、D项正确。‎ ‎【变式2】现有两种高聚物A、B，A能溶于氯仿等有机溶剂，并加热到一定温度时熔融成黏稠状的液体，B不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中不正确的是（ ）‎ ‎ A．高聚物A可能具有弹性，而高聚物B一定没有弹性 ‎ B．高聚物A一定是线型高分子材料 ‎ C．高聚物A一定是体型高分子材料 D．高聚物B一定是体型高分子材料 ‎【答案】C ‎【解析】根据题中信息可得知A为线型高分子材料，B为体型高分子材料，则A有弹性而B没有弹性。因此，只有C项不正确。‎ 例2．在相同条件下焚烧下列物质，污染大气最严重的是（ ）‎ A．聚氯乙烯 B．聚乙烯 C．聚丙烯 D．有机玻璃（）‎ ‎【思路点拨】有机物燃烧时遵守质量守恒定律，产物中除了有CO2和H2O外，还有考虑有机物中是否含有其他元素。‎ ‎【答案】B ‎【解析】聚乙烯、聚丙烯只含有碳、氢两种元素，有机玻璃含有碳、氢、氧三种元素，它们完全燃烧时只产生CO2和H2O，而聚氯乙烯却含有氯、碳、氢三种元素，完全燃烧时除产生CO2和H2‎ 7‎ O外，还有含氯的有毒物质（如Cl2），所以答案为A。‎ ‎【总结升华】有机高分子化合物的组成元素主要是碳和氢时，它们不耐高温，易燃烧，生成CO2和H2O。当还含有其他元素时，燃烧时往往还产生别的有害物质。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】对于某合成材料（如塑料制品）废弃物的处理方法正确的是（ ）‎ A．将废弃物混在垃圾里填埋在土壤中 ‎ B．将废弃物焚烧 ‎ C．将废弃物用化学方法加工成涂料或汽油 D．将废弃物倾倒在海洋中 ‎【答案】C ‎【解析】废弃塑料制品填埋在土壤中，难以分解，A项错误；焚烧产生有害气体，B项错误；倾倒在海洋中也不能分解，D项错误。只有C项正确。‎ 类型二：纤维 例3．下列说法正确的是（ ）‎ A．利用石油做原料制得的纤维是人造纤维 ‎ B．天然纤维是不能再被加工处理的 ‎ C．合成纤维、人造纤维和天然纤维统称化学纤维 D．煤和农副产品也可经过处理制得合成纤维 ‎【思路点拨】本题考查纤维的分类，弄清楚人造纤维和合成纤维的区别。 　　【答案】D ‎【解析】利用煤、石油和农副产品经过处理可以制得合成纤维，天然纤维经过一定的人工处理可得到人造纤维，人造纤维和合成纤维统称为化学纤维。‎ ‎【总结升华】天然纤维经人工处理后制得的是人造纤维；由单体经化学合成制得的是合成纤维。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列物质中，属于人造纤维的是（ ） 　　A．羊毛毛线　　　 B．丙纶毛线　 　　C．光导纤维 　　　D．黏胶纤维 ‎【答案】D ‎【解析】羊毛毛线的主要成分为蛋白质；光导纤维的主要成分为二氧化硅；丙纶毛线为合成纤维；黏胶纤维为人造纤维。‎ 类型三：橡胶 例4．天然橡胶是线型高分子，硫化天然橡胶分子是___________高分子。硫化天然橡胶受氧气、臭氧、曝光等作用时还是比较容易老化，从橡胶分子的结构方面来说，主要原因是______________。若在空气中焚烧硫化天然橡胶，易造成空气污染，主要污染物是______________。‎ ‎【思路点拨】物质的结构决定性质，不同的结构对应不同的性质。‎ ‎【答案】体型 分子内还有一部分碳碳双键 烟尘、二氧化硫、一氧化碳 ‎【解析】硫化天然橡胶是体型高分子，由于硫化往往不彻底，分子里还保留着一定数目的碳碳双键。‎ ‎【总结升华】处理高分子材料时要考虑到对环境的影响，要注意保护环境。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】天然橡胶为什么能溶于汽油（溶液作橡胶制品的黏合剂）？天然橡胶加入适量硫进行硫化后便得到硫化橡胶（作轮胎、胶鞋等），硫化橡胶不能溶于汽油等溶剂，为什么？‎ ‎【答案】天然橡胶是线型结构，线型结构的高聚物在溶剂中能溶解。硫化橡胶是体型结构的高聚物，具有体型结构的高聚物在溶剂中不能溶解。‎ 类型四：复合材料 例5．下列说法错误的是（ ）‎ A．玻璃钢是以玻璃纤维作增强剂、合成树脂作基体的复合材料 ‎ B．飞机机身的复合材料大多是以金属为增强剂、纤维为基体的复合材料 ‎ C．制造网球拍用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维作增强剂 7‎ D．航天飞机机身上使用的隔热磁瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的 ‎【思路点拨】复合材料由增强剂和基体两部分组成，需了解各种用途的复合材料每个部分的成分。 　　【答案】B ‎【解析】飞机机身上使用的复合材料大多是以纤维为增强剂、金属为基体的复合材料，而B项中将基体与增强剂颠倒了。‎ ‎【总结升华】复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原有材料的特性。例如：金属易被腐蚀，有机合成材料易老化、不耐高温，陶瓷材料易破碎，这些缺点都可以通过复合的方法予以改善和克服。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】玻璃钢是玻璃纤维和合成树脂组成的复合材料，它不具有的性质是（ ）‎ A．不易被腐蚀　　　 B．比较脆　 　　C．强度大 　　　D．密度小 ‎【答案】B ‎【解析】玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能，而且克服了玻璃纤维的脆性，具有较好的韧性，密度只有钢铁的五分之一左右。‎ 7‎