2020高中化学 应用广泛的高分子材料 功能高分子材料（基础）知识讲解学案 新人教版选修5

2020高中化学 应用广泛的高分子材料 功能高分子材料（基础）知识讲解学案 新人教版选修5

应用广泛的高分子材料 功能高分子材料 ‎【学习目标】‎ ‎1、了解常见功能高分子材料的成分及优异性能，了解“三大合成材料”的结构、性能和用途；‎ ‎2、了解功能高分子材料在人类生产、生活中的重要应用，了解治理“白色污染”的途径和方法；‎ ‎3、了解各类功能高分子材料的优异性能及其在高科技领域中的应用；‎ ‎4、以合成高分子化合物的背景，了解有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献。‎ ‎ 合成材料品种很多，按用途和性能可分为合成高分子材料（包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等）；功能高分子材料（包括高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等）和复合材料。其中，被称为“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最广泛。‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、塑料【高清课堂：应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#应用广泛的高分子材料 功能高分子材料】‎ ‎ 1．塑料的成分。‎ ‎ 塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂。在塑料的组成中除了合成树脂外，还有根据需要加入的具有某些特定用途的加工助剂以改进其性能。如，提高柔韧性的增塑剂，改进耐热性的热稳定剂，防止塑料老化的防老化剂，赋予塑料颜色的着色剂等。‎ ‎ 2．塑料的种类。‎ 分类的原则 类型 特征和举例 按树脂受热 时的特征 热塑性 以热塑性树脂为基本成分，受热软化，可以反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 热固性 以热固性树脂为基本成分，加工成型以后变为不熔状态，如酚醛树脂、脲醛树脂等 按应用范围 及性能特点 通用塑料 通用性强，用途广泛、产量大、价格低，主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等 工程塑料 机械性能较好，强度高，可以代替金属用作工程结构材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等 ‎ 3．几种重要的塑料的性质。‎ ‎ （1）聚乙烯塑料的性质。‎ ‎ ①聚乙烯塑料无嗅、无毒、具有优良的耐低温性能，最低使用温度可达－‎100℃‎；化学稳定性好，能耐大多数酸、碱的腐蚀；常温下不溶于一般溶剂，吸水性小；电绝缘性能优良。‎ ‎ ②聚乙烯塑料品种很多，应用广泛，主要有：薄膜（低密度聚乙烯，有良好的透明度和一定的抗拉强度）用于各种食品、医药、衣物、化肥等的包装；中空制品（高密度聚乙烯，强度较高）用于塑制各种瓶、桶、罐、槽等容器；管板材（高密度聚乙烯）用于铺设地下管道和建筑材料；纤维（线型低密度聚乙烯）用于生产渔网绳索；包覆材料，用做包覆电缆、电线的高频绝缘材料。‎ ‎ （2）酚醛树脂。‎ ‎ ①酚醛树脂是用酚类（如苯酚）与醛类（如甲醛）在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。‎ ‎ ②酚醛树脂属于热固性塑料，体型酚醛树脂受热后都不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。‎ ‎ ③酚醛树脂主要用做绝缘、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。‎ 要点二、合成纤维【高清课堂：应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纤维】‎ ‎ 1．化学纤维是人造纤维和合成纤维的统称。‎ 天然纤维：如棉花、羊毛、麻等 化学纤维：‎ 人造纤维：如黏胶纤维 合成纤维：如“六大纶”、光导纤维等 纤维 ‎ 2．合成纤维：‎ 类型 特征和举例 合成纤维 5‎ 具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点。如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶 特种合成纤维 具有某些特殊性能。如芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维等 ‎ 合成纤维性能优异，原料来源丰富、价格便宜、用途广泛、生产不受气候等自然条件的限制。涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶被称为合成纤维的“六大纶”。它们具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点。‎ ‎ 合成纤维除了改善了人们的穿着外，还被广泛用于工农业生产和高科技的各个领域。‎ 要点三、橡胶 ‎ 1．橡胶是具有高弹性的高分子化合物。‎ ‎ 2．根据来源不同，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。‎ ‎ 3．合成橡胶以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成，已经发展有丁苯橡胶、顺丁橡胶、合成天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等品种。‎ ‎ 4．合成橡胶一般具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。比如，顺丁橡胶的特点是弹性高，耐磨、耐寒’‎ 性好，可在寒冷地带使用，主要用于制造轮胎、胶鞋、胶带等。‎ 要点四、功能高分子材料 ‎ 1．概念。‎ ‎ 在合成高分子的主链或支链上接上带有某种特定功能的官能团，使它们具有特殊的功能，以满足光学、电学、磁学、热学、化学、生物学、医学等方面的要求，这样形成的高分子统称为功能高分子。‎ ‎ 2．分类。‎ 高吸水性树脂 离子交换树脂 光敏高分子 导电高分子 高分子催化剂和试剂 医用高分子 高分子膜 常用功能高分子材料 ‎ 目前，常用的功能高分子材料的分类可表示如下：‎ ‎ 3．几种重要的功能高分子材料。‎ ‎ （1）高吸水性树脂：‎ ‎ ①有两种方法可以获得具有高吸水性能的树脂：‎ ‎ a．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，住它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力。‎ ‎ b．以带有强亲水性原子团的化合物，如丙烯酸等为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性聚合物。‎ ‎ 这两种方法的共同点是：都要在反应中加入少量含有两个双键的二烯化合物作为交联剂，让高聚物分子链间发生交联，得到具有网状结构的树脂。‎ ‎ ②高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。‎ ‎ （2）离子交换树脂主要用于分离和提纯，如制取去离子水，回收工业废水中的金属，硬水的软化等。‎ ‎ （3）医用高分子（如硅橡胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等）的生物相容性较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。‎ 要点五、复合材料 ‎ 1．概念。‎ ‎ 复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料，其中一种材料作为基体，其他材料作为增强剂。‎ ‎ 2．性能。‎ ‎ 复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过单一材料。‎ ‎ 3．应用。‎ ‎ 复合材料主要应用于宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。‎ 5‎ 要点六、合成材料的应用及发展 ‎ 合成材料广泛应用于工农业、国防、医药卫生、交通及日常生活等领域。随着经济的发展，各行各业对材料的需求在逐渐增多，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大，在人们的生产和生活中将发挥越来越重要的作用。‎ ‎ 合成材料的快速发展与大量应用，其废弃物的急剧增加带来了环境污染，一些塑料制品所带来的“白色污染”尤为严重。目前，治理“白色污染”主要应从减少使用和加强回收开始，从长远来看，可逐步以可降解塑料取代现在普遍使用的塑料，从根本上解决“白色污染”问题。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：合成材料的性能及用途 ‎ 例1 下列说法中正确的是（ ）。‎ ‎ A．天然纤维就是纤维素 ‎ B．合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品 ‎ C．化学纤维的原料可以是天然纤维 ‎ D．生产合成纤维的过程中发生的是物理变化 ‎【思路点拨】本题考查对合成材料的性能、用途的理解与掌握以及对三大合成材料的优缺点的对比与分析。‎ ‎【答案】B、C ‎ 【解析】天然纤维不仅包括纤维素，还包括羊毛、蚕丝等；生产合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品，在生产过程中必包含有加聚或缩聚反应，应属化学变化；化学纤维的原料可以是天然纤维。如黏胶纤维就是用木材、草类等天然纤维经化学加工制成的。‎ ‎【总结升华】注意本节要点中概念的内涵和外延。在学习化学的过程中，需要准确理解概念的实质才能应对题干中一些模糊的选项做出判断。‎ 举一反三：‎ ‎　　【变式1】下列原料或制成的成品中，可溶于有机溶剂的是（ ）。‎ ‎ A．有机玻璃 ‎ B．从废轮胎上刮下的橡胶粉末 ‎ C．涤纶绳（其主要成分为）‎ ‎ D．电木 ‎【答案】A、C ‎　　【变式2】下列说法中正确的是（ ）。‎ ‎ A．合成纤维和人造纤维可统称为化学纤维 ‎ B．酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料 ‎ C．锦纶丝接近火焰时先蜷缩，燃烧时有烧焦毛发的臭味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末 ‎ D．维纶具有较好的吸湿性，是因为其分子链上含有羟基的缘故 ‎【答案】A、D ‎　　【变式3】下列说法中正确的是（ ）。‎ ‎ A．硫化橡胶遇汽油能发生溶胀 ‎ B．聚硫橡胶具有良好的耐严寒、耐高温性能 5‎ ‎ C．合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子 ‎ D．橡胶的老化实质上发生的是酯化反应 ‎【答案】A、C ‎ 例2 橡胶属于重要的工业原料。它是一种有机高分子化合物，具有良好的弹性，但强度较差。为了增加某些橡胶制品的强度，加工时往往需要进行硫化处理，即将橡胶原料与硫磺在一定条件下反应；橡胶制品硫化程度越高，强度越大，同时弹性越差。下列橡胶制品中，加工时硫化程度较高的是（ ）。‎ ‎ A．医用橡胶手套 B．皮鞋胶底 C．自行车内胎 D．橡皮筋 ‎【答案】B ‎ 【解析】皮鞋胶底要求强度大，弹性差，此时硫化程度高。‎ 类型二：功能高分子材料及复合材料的结构和性能 ‎ 例3 下列材料属于复合材料的是（ ）。‎ ‎ A．聚丙烯 B．铝合金 C．黏合剂 D．玻璃钢 ‎【思路点拨】本题考查复合材料的结构、性能和应用等。‎ ‎【答案】D ‎【解析】复合材料是由两种或两种以上的材料组合成的一种新型材料。复合材料可以发挥每一种材料的长处，并避免其缺点，这样既可以充分利用资源，又可以节约能源。如玻璃钢是以玻璃纤维作增强材料，树脂作基体的复合材料，玻璃钢是一种复合材料。‎ ‎【总结升华】聚丙烯、黏合剂均属于高分子材料，铝合金是铝和其他金属的特殊混合物，都不是复合材料。‎ 举一反三：‎ ‎　　【变式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、改造土壤、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的淡化 ‎【答案】D 类型三：合成材料对环境的危害 ‎ 例4 环保专家预言：废弃的地膜最终将成为祸害。武汉大学张俐娜教授提出用甘蔗渣、麦秆、芦苇浆做原料生产“再生纤维素共混膜”的研究课题，终获成功。使用“再生纤维素共混膜”不但能使农作物增产20％，而且其使用寿命一旦终结，其成分的30％可被微生物吃掉，剩余部分会在40多天内自动降解，对土壤无副作用。请回答下列问题：‎ ‎ （1）普通地膜能造成什么“祸害”？‎ ‎ （2）有人建议焚烧处理这些普通塑料废弃物，你认为可行吗？为什么？‎ ‎ （3）写出这种“再生纤维素共混膜”的主要化学成分（纤维素）的基本结构简式，该薄膜降解可能生成什么？‎ ‎ 【答案】（1）普通地膜等塑料废弃物性质稳定，在自然界中难被生物降解，长期留在土壤中，会破坏土壤结构，降低土壤肥效，对农业生产造成危害。‎ ‎ （2）不行。焚烧废弃塑料，尤其是含氯塑料会严重污染环境。‎ ‎（3）[C6H7O2(OH)3]n，该薄膜降解可能生成CO2和H2O（及其他无机盐）等。‎ ‎ 【解析】塑料废弃物形成污染的主要原因是所用的合成树脂结构稳定。不易降解成小分子。而“再生纤维素共混膜”可以自动降解。故可以防止污染的产生。‎ 举一反三：‎ ‎【变式5】下列高分子在空气中燃烧只生成CO2和H2O的是(　 ) ‎ 5‎ ‎　　A、白明胶(动物胶)　　　　　 B、粘胶纤维 　　C、氯丁橡胶　　　　　　　　 D、毛发 　　【答案】B 　　【变式2】为了保护人类的生存环境，人们开始着手利用废弃塑料，使它成为有用的资源： 　　①___________ 　② ____________ 　③ ___________。科学家展望，21世纪的高分子化学，要制造出对环境友好的高分子，包括在环境中可降解的塑料。例如，以_________和__________为原料制成聚乙烯光降解塑料；以_____________和_____________为原料制成微生物降解塑料等。 　　【答案】①直接用作材料　 ②热解成单体　 ③制成燃油和燃气　 乙烯 　CO 　纤维素　 淀粉 5‎