2020高中化学 应用广泛的高分子材料 功能高分子材料（提高）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（提高）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、其他高分子材料 ‎ 1．涂料。‎ ‎ （1）涂料是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，它常用于家具、道路指示牌以及船舶表面，可以起到保护、指示以及美化的作用。‎ ‎ （2）涂料的主要成分——成膜物质（也称固着剂），用于溶解成膜物质的有机溶剂会污染环境。目前，涂料正向无毒溶剂或无溶剂化方向发展。‎ ‎ 2．黏合剂。‎ ‎ （1）目前使用的黏合剂是以各种树脂如酚醛树脂、脲醛树脂等为主要成分制成的。‎ ‎ （2）502瞬间强力胶是日常生活中常用的黏合剂，它是在聚-氰基丙烯酸乙酯中加入适当填料制成的。‎ 要点五、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。‎ 5‎ ‎ （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。‎ 要点六、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。‎ 要点七、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 ‎【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 ‎ 【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型塑料树脂加工而成的，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塑料电木加工而成的，受热不熔化，出现破损时不能进行热修补。‎ ‎【总结升华】热塑性塑料是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；热固性塑料是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。‎ 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 5‎ ‎ 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 ‎ 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 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 ‎【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。‎ 类型二：功能高分子材料及复合材料的结构和性能 例3 下列有关新型高分子材料的说法中，不正确的是（　 ） 　　A、高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等 　　B、复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强剂 　　C、导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 　　D、合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度 　　【思路点拨】本题考查有关新型高分子材料的知识，认识功能材料对人类社会生产的重要性；了解高分子膜、导电分子、可降解塑料等各种高分子材料的性能和应用。 　　【答案】D ‎　　【解析】并不是所有人工合成的高分子材料植入人体都出现排斥反应，有不少的新型高分子材料具有优异的生物兼容性，在人体中排异很小，可以满足人工器官对材料的苛刻要求。 　　【总结升华】高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比，具有省能、高效和洁净等特点，因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。膜的形式也有多种，一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如，利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源：利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小；利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。 ‎ 举一反三：‎ ‎　　【变式1】除了传统的三大合成材料以外，又出现了高分子分离膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，医用高分子材料，隐形高分子材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。‎ ‎ （1）用于海水和苦咸水的淡化方面：________。‎ ‎ （2）用于制造人工器官（如人工心脏）的材料：________。‎ 5‎ ‎【答案】（1）高分子分离膜 （2）医用高分子材料（如硅聚合物和聚氨酯等高分子材料）‎ 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？‎ ‎【思路点拨】废弃的地膜因为难在自然界降解，会造成“白色污染”。明确造成污染的原因即可找到解答题目的思路。‎ ‎ 【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。‎ ‎【总结升华】对废弃的塑料制品造成的‘白色污染’的原因、后果及预防的考查”、“对为避免“白色污染”而使用的新材料的考查”都是近几年考试中出现频度较高的测试内容，需要熟练掌握化学用语的使用。‎ 举一反三：‎ ‎　　【变式1】据CCTV《科技博览》报道，近年来中科院首创用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳，下列相关说法合理的是（ ）。‎ ‎ A．聚二氧化碳塑料是通过加聚反应制得的 ‎ B．聚二氧化碳塑料与干冰互为同素异形体 ‎ C．聚二氧化碳塑料与干冰都是纯净物 ‎ D．聚二氧化碳塑料的使用会产生“白色污染”‎ ‎【答案】A ‎【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