高中化学选修2化学与技术-第三单元化学与材料的发展-第二课时 有机高分子材料

高中化学选修2化学与技术-第三单元化学与材料的发展-第二课时 有机高分子材料

第二课时　有机高分子材料 1．了解高分子化合物的结构和基本性质。 2．了解新型高分子材料的性能及其在高新技术领域的应用。 3．了解合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献。 一、塑料制品的结构和性能 1 ． 线 型 高 分 子 ： 分 子 呈 状 ， 可 溶 于 受 热 ， ，有 性。 2 ． 体 型 高 分 子 ： 高 分 子 链 之 间 ， 不 易 溶 于 ，受热 ，有 性。 长链 有机溶剂 软化 熔融 热塑 通过化学键产生交联，形成立体网状结构 有机溶剂 不溶化 热固 二、性能优越的合成材料 1．塑料的改性 常用的方法有 、 、 。 2．功能高分子材料 ( 1 ) 高 分 子 材 料 发 展 的 主 要 趋 势 是 、 、 、 和 。 填充改性 共混改性 共聚改性 高性能化 功能化 复合化 精细化 智能化 (2)功能高分子材料的特定功能主要通过以下三种途径获得： ① 。 ◦ ② 。 ③ 。 由含有某种特定功能官能团的单体直接聚合 通过化学反应在高分子主链和侧链上引入某些具有特 定功能的基团 通过合理的加工成型实现材料的功能化 3．复合材料 (1)组成：复合材料由 和 构成。 ( 2 ) 性 能 ： 具 有 、 、 、 、 等优良性能。 基体 增强体 强度高 质量轻 耐腐蚀 抗冲击 绝缘性好 三、环境中的高分子材料 1．高分子材料的老化 ( 1 ) 概 念 ： 高 分 子 材 料 在 使 用 过 程 中 ， 由 于 的现象。 (2)引起老化的原因： ① 外 因 ： 、 热 、 光 的 作 用 ， 接 触 、 、 和 等。 ②内因：高分子链之间发生 ；高分子链发 生 等。 环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变差 外力 空气 水 微生物 化学试剂 交联变硬、变脆、丧失弹性 断裂、相对分子质量降低而变软，发粘 (3)高分子材料的保护 ①加入 、 和 等精细化学品改善其 性能。 ② 避 免 接 触 和 。 光稳定剂 抗氧化剂 阻燃剂 能与其发生反应或催化这种反应的化学试剂 能使它们溶解的有机溶剂 2．可降解高分子材料的开发 ◦(1)可降解高分子材料定义：一类各项性能在 的材料。 (2)降解的定义： 的过程，主要涉 及 、 、 三个过程。 (3)目前环境降解材料的开发以 为主。 保存期和使用 化学和物理因素引起聚合物分子断裂 生物降解 光降解 化学降解 生物降解材料 期内满足要求，使用后在自然环境中可降解为无害物质 3．废旧高分子材料的回收利用 废旧高分子材料的回收利用有三种途径 ◦ (1) 。 ◦ ( 2 ) 。 (3) 。 通过再生和改性利用，重新做成多种有用的材料和 制品 采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备 多种化工原料 将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能 3．废旧高分子材料的回收利用 废旧高分子材料的回收利用有三种途径 ( 1 ) 。 ( 2 ) 。 (3) 。 通过再生和改性利用，重新做成多种有用的材料和 采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备 将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能 制品 多种化工原料 一、高分子化合物的结构与性质 按结构特点高分子化合物可分为哪两大类？二者有何关系？ [学生交流] 【提示】　(1)高分子化合物从结构特点上又可分为线型高分子和体型高分子。 (2)高分子链上还有能起化学反应的官能团的线型高分子，通过化学方法进行 交联后转化为体型高分子。 何谓热塑性和热固性？ [学生交流] 【提示】　线型结构的高分子当受热到一定温度范围时，发生软化，熔融， 可加工成各种不同的形状，即具有热塑性；体型结构的高分子受热不能熔化 即具有热固性。 【归纳小结】 线型结构、体型结构高分子材料比较 合成 材料 线型高分子材料 体型高分子材料 常见 物质 合成纤维、部分塑料(如聚 乙烯) 部分塑料(如电木) 结构 特点 以共价键结合成高分子链， 链与链之间以分子间作用力 相结合 以共价键构成高分子链， 链与链之间以共价键大量 交联 性质 特点 具有弹性、可塑性，在溶剂 中能溶解，加热能熔融，硬 度、脆性较小，不能导电 没有弹性和可塑性，不能 溶解或熔融，在溶剂中能 溶胀，硬度和脆性较大， 不能导电 现有两种高聚物A、B，A能溶于苯、四氯化碳等有机溶剂， 并加热到一定温度下熔融成粘稠状的液体，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 【解析】　A具有热塑性，应是线型结构，因而A可能有弹性和一定的溶解性； B具有热固性，应是体型结构，没有弹性，一般也不溶解于溶剂。 【答案】　C 【点评】　结构决定性质，性质反应结构。根据高分子化合物的性质可以判 断出其结构特点，一般说来具有热塑性的为线型高分子，具有热固性的为体 型高分子。 1.下列原料或制成的产品中，如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．自行车内胎 D．聚乙烯塑料膜 【解析】　聚氯乙烯凉鞋、自行车内胎、聚乙烯塑料膜等都是用热塑性树脂 加工而成的塑料，可以反复加工，多次使用，出现破损时可进行热修补，而 电木插座是用热固性树脂电木加工而成的塑料，受热不熔化，出现破损时不 能进行热修补。 【答案】　B 二、功能高分子材料与复合材料 如何理解功能高分子材料和复合材料？ [师生互动] 【提示】　(1)功能高分子材料的涵义 包括具有新型骨架结构的高分子材料，还包括在合成高分子的主链或支链上 引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医 学等方面的特殊功能。 (2)复合材料的构成： 复合材料由两大部分构成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另 一部分称为增强体(也叫增强剂)在复合材料中起骨架作用。构成复合材料的基 体与增强体的关系，就好像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的作用。 功能高分子材料已应用到人类社会的各个领域，根据其性能不 同可以分成哪几类？ [师生互动] 【提示】 功能高分子的分类 讨论废旧塑料制品的回收方法和适宜条件。 [师生互动] 【提示】　在日常生活中，塑料的应用量越来越广泛，废旧塑料也逐渐增多， 为了消除环境污染达到增产节约的目的，必须把废旧塑料回收利用。回收塑 料必须了解其种类和性能，根据其化学成分加以分类，才能使加工处理能够 顺利进行，因此，塑料制品进行分类回收是回收利用的条件之一。 举例说明如下：废旧聚乙烯塑料可用来制造包装膜、容器、塑料管或日常生 活用的容器等；废旧聚氯乙烯塑料主要有两种，一种是低密度的，可用来制 薄膜、软管、垫片、电线和人造革等；另一种高密度的，可用来制硬板材、 硬管(片、棒)等；废旧聚丙烯塑料，可用来制编织袋、容器、管道、绝缘材料 等；废旧聚苯乙烯塑料可用来制汽车、仪表的零件等，解聚后的聚苯乙烯单 体可再聚合成聚苯乙烯塑料。另外，废旧塑料还可以直接转化成汽油、柴油 等，也可用于制备乳液涂料。 【归纳小结】 功能高分子材料与复合材料比较 材料名 功能高分子材料 复合材料 概念 既具有传统高分子材料的 机械性能，又具有某些特 殊功能的高分子材料 两种或两种以上材料 组成的新型材料，分 基体和增强剂 性能 不同的功能高分子材料， 具有不同的特征性质 一般具有强度高、质 量轻、耐高温、耐腐 蚀等优异的性能 应用 用于制作高分子分离膜、 人体器官等 用于汽车工业、机械 工业、体育用品、航 天航空、人类健康等 “耐高温长寿命抗氧化陶瓷复合材料应用技术”获2004年度国 家技术发明一等奖。该复合材料的强度比钢还大，在航空航天器中用来替代 金属材料，可节约20%～30%的燃料。下列关于该材料的叙述中不正确的是(　 　) A．该材料属于新型无机非金属材料 B．该材料的化学性质非常稳定 C．与金属一样有较好的传热性能 D．可以替代金属作耐高温结构材料 【解析】　该物质为陶瓷复合材料，是热的不良导体，选项C不正确。它是新 型的无机非金属材料，具有化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀等优点。 【答案】　C 【点评】　从概念、性能、应用等方面来比较功能高分子材料与复合材料， 从而对这两种材料理解深刻。 2.下列物质不属于复合材料的是(　　) A．碳化硅纤维 B．生物陶瓷 C．钢化玻璃 D．氮化硅陶瓷 【解析】　复合材料具备的特征是：能够承受高温、高强度，具备电学、光 学特性，具有生物功能。而传统的非金属材料主要是指以硅酸盐为原料而制 备的材料，如水泥、玻璃、传统陶瓷等。选项C中的钢化玻璃跟普通玻璃的成 分是一样的，只是制作工艺稍有差别，钢化玻璃是将玻璃熔融体经过急速冷 却而制得的。 【答案】　C 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑。当今人 们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信 息发展的物质基础。除了传统的三大合成材料外，又出现了高分子膜，具有 光、电、磁等特殊性能的高分子材料、生物高分子材料、医用高分子材料、 隐身材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料。 思考：神六飞船返回时怎样“退烧”？ 【提示】　神六飞船返回“釜底抽薪式退烧”——烧蚀。就是用一些高分子材 料做飞船的蒙皮，有意识地让它在高温加热时烧掉，将热量带走，从而达到 保存主要结构的目的。如玻璃钢。烧蚀防热是广泛用于载人飞船进入大气层 时降温的一种方法，目前，随着技术的发展，烧蚀材料的种类越来越多。 1．下列材料中属于功能高分子材料的是(　　) ①高分子膜　②生物高分子材料　③隐身材料　④液晶高分子材料　⑤光敏 高分子材料　⑥智能高分子材料 A．①②⑤ B．②④⑤⑥ C．③④⑤ D．全部 【解析】　既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材 料都属于功能高分子材料。 【答案】　D 2．下列关于复合材料的说法不正确的是(　　) A．复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的 B．复合材料保持了原材料的优点，又优于原材料的特点 C．在复合材料中，基体起骨架作用 D．在复合材料中，增强体起骨架作用 【解析】　复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，但这两种或两种以 上的材料必须是性质不同的材料，因此，复合材料保持了原材料的优点，克 服了原材料的某些缺陷，也会产生优于原材料的特点。在复合材料中起骨架 作用的是增强体，起黏结作用的是基体。 【答案】　C 3．下列说法不正确的是(　　) A．线型结构和体型结构的有机高分子都可以溶解在适当的溶剂里 B．某些高分子化合物具有热固性，它们在受热时不会熔化 C．高分子链之间存在较强的作用力，因此高分子材料的强度都较高 D．普通高分子材料存在易被氧化、不耐高温等特点 【解析】　线型结构的有机高分子可以用适当的溶剂溶解，而体型结构的有 机高分子一般不易被溶解；热固性高分子化合物受热时不会熔化；强度高是 高分子材料的重要特性；含不饱和键的高分子材料易被氧化，线型结构的高 分子材料不耐高温。 【答案】　A 4．关于塑料的下列说法中，正确的是(　　) A．塑料的主要成分是合成树脂，另外有少量具有某些特定用途的添加剂 B．塑料是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子 C．塑料制品容易被微生物分解，所以废弃塑料制品不会对环境造成严重的污 染 D．工程塑料具有某些优异的性能，但不可作为工程材料而代替某些金属 【解析】　塑料的主要成分是合成树脂，一般根据需要加入一些特定用途的 添加剂。 【答案】　A 5．A是烃的含氧衍生物，还原A生成醇B，氧化A生成羧酸C。由B、C发生缩 聚反应可生成高分子化合物D，D的结构简式 为 请回答： (1)D属________(填“体”或“线”)型高分子化合物，它一般________(填“易” 或“不易”)导电。 (2)B的名称为________。 (3)C的分子式为________。 (4)写出由B、C制取D的化学方程式___________。 【解析】　本题是在理解醇、醛、羧酸、高聚物的知识和相互转化关系的基 础上，用已掌握的一元醇与一元羧酸进行酯化反应的原理解决多元醇与多元 羧酸的酯化反应问题。题给信息有： 说明A、B、C三种物质分子中所含碳 原子数和碳链结构相同。由高分子化合物D的分子式 中 存 在 酯 的 结 构 “ ” ， 可知D是由醇与羧酸通过酯化反应缩聚而成的高聚化合物。 在酯化反应中羧酸分子中的羧基中的 保持不变，醇分子中—CH2—O—键保持不变，因此高聚物中 部分为羧基，—CH2—O—部分为醇羟基，根据这些规律可推断出生成D的是二 元羧酸HOOC—COOH和二元醇OHCH2—CH2OH。这样本题的其他问题迎刃而 解。 【答案】　(1)线　不易　(2)乙二醇　(3)H2C2O4(或C2H2O4) 6．国际上通行的环保产品，至少应满足下列4个条件：①原料能再生；②加 工无污染；③对消费者无危害；④废弃后可降解。常有不少厂家广告中称其 保暖内衣是“绿色”“环保”“生态”产品，有的还称为纳米技术制造。其 实保暖内衣面料一般由3层组成，上下两层为普通全棉或涤棉材料，中间层是 保暖内衣的保暖精华部分，其生产方法不同，材料不同，性能不同，保暖效 果也不同。其中间层通常3种材料：①聚乙烯薄膜，②涤纶和丙纶复合绒，③ 羊毛等其他保暖材料，根本不是纳米技术制造。 保暖内衣应该具有的散热与储热，透气与抗风，导湿与保温的功能也许真的 要用纳米技术才能解决。 (1)下列说法正确的是(　　) A．全棉是指天然棉花产品 B．涤棉是合成纤维 C．保暖内衣有三层所以保温效果好 D．保暖内衣不能透气否则保暖效果不好 (2)环保产品应满足________、________、________、________4个条件。 (3)聚乙烯薄膜、涤纶和丙纶复合绒的制造都是以石油作为基础原料，写出以 石油产品乙烯为原料合成聚乙烯的化学方程式： ______________________________________。 (4)上述保暖内衣能否称为环保内衣？_______________ ， 原因是______________________________________。 【解析】　现在的保暖内衣散热效果透气性不好，故感觉保温好，C错；好的 保暖内衣应透气好，导湿性好且储热能力好，故D错。