5.2 高分子材料-【优质讲义】2022-2023学年高二化学同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）（解析版）

第五章合成高分子第二节高分子材料学习目标核心素养宏观辨识与微观探析结合合成高分子实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点。科学态度与社会责任了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的应用。预习导学一、高分子材料的分类高分子材料按用途和性能可分为材料(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等)和材料(包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)等类别。二、通用高分子材料(一)塑料(1)改善塑料性能的加工助剂：为提高柔韧性加入剂，为提高耐热性加入剂，为赋予它各种漂亮的颜色加入着色剂……。(2)分类1．聚乙烯高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比比较项目高压法聚乙烯低压法聚乙烯聚合反应条件150MPa～300MPa，200℃左右，使用剂0.1MPa～2MPa，60～100℃，使用剂高分子链的结构含有较多支链支链较少密度/(g·cm－3)0.91～0.930.94～0.97软化温度/℃105～120120～140主要性能无毒，较柔软无毒，较硬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） 高压法聚乙烯的密度和熔点均低于低压法聚乙烯的原因为高压法聚乙烯的主链有较多的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比低压法聚乙烯的小，熔点和密度也就较低。（2）两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融。2．酚醛树脂(1)定义：酚醛树脂是酚(如苯酚)与(如甲醛)在的催化下相互缩合而成的高分子。(2)合成①在酸性(浓盐酸)下生成线型结构的高分子。其反应方程式为____________________________________________________________________，_______________________________________________________________________。②在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量甲醛与苯酚反应，生成、、等，然后加热继续反应，生成网状结构的酚醛树脂。3．脲醛树脂可以用尿素(H2NCONH2)与甲醛缩聚反应合成其化学方程式为___________________________________________________。(二)合成纤维1．纤维的分类纤维(1)合成纤维：以等为原料加工制得的单体，再经过聚合反应而制得的纤维。其原料本身。(2)再生纤维：以木材、秸秆等农副产品为原料，经过加工处理得到的纤维。(3)六纶包括：、、、、、。其性能具有高、好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点，除维纶外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不足。2．常见合成纤维的合成(1)涤纶——聚对苯二甲酸乙二酯纤维合成方程式为_________________________________________________________________________。(2)聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)合成方程式为__________________。(3)高强度芳纶纤维合成 (三)合成橡胶1．天然橡胶的单体为异戊二烯即2甲基1,3丁二烯，合成反应方程式为2．合成橡胶(1)优良性能有耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等。(2)顺丁橡胶合成方程式为(3)橡胶的硫化将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的打开，以等把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的顺丁橡胶。三、功能高分子材料常见功能高分子材料有高分子分离膜、高分子催化剂、磁性高分子、记忆高分子、高吸水性材料、医用高分子材料、高分子药物等。1．高吸水性树脂(1)改进思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入基团；二是合成新的带有的高分子。(2)合成方法：①淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性。在它们的主链上再接入带有基团的支链，以提高它们的吸水能力。如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生共聚后与交联剂反应生成具有网状结构的淀粉聚丙烯酸钠高吸水性树脂。②以带有基团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，在一定条件下发生聚合，得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。聚丙烯酸钠的结构简式为_________________。 2．高分子分离膜(1)原理：分离膜一般只允许水及一些物质通过，其余物质则被截留在膜的另一侧，成为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。(2)分类：分离膜根据膜孔大小分为、、和等。(3)应用：高分子分离膜已广泛用于和的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。【答案】一、通用高分子功能高分子二、(一)(1)增塑热稳定(2)热塑性热固性1．引发催化2．(1)酚醛酸或碱(2)①②羟甲基苯酚二羟甲基苯酚三羟甲基苯酚3．(二)1、(1)石油、天然气、煤和农副产品不是纤维(3)涤纶锦纶腈纶丙纶维纶氯纶强度弹性吸湿性2、(1) (2)(三)2．(2)（3）双键二硫键(—S—S—)三、1．(1)强亲水强亲水基团(2)①强亲水②强亲水2．(1)水小分子(2)微滤膜超滤膜纳滤膜反渗透膜(3)海水淡化饮用水重难突破重点1高分子材料的结构及其性能高分子化合物有线型、支链型和网状结构，它们的结构及性质特点如下表：基本结构类型结构特点性能特点举例线型结构由许多链节相互连成一条长链的高聚物具有高弹性，在适当的溶剂中能缓慢溶解，加热能熔融，硬度和脆度较小(热塑性)低压聚乙烯支链型结构支链型结构与线型结构类似，是由许多链节相互连成一条长链的高聚物，但是在链节的主链上存在支链熔点、密度比线型结构的更低高压聚乙烯一般由多官能团单体相互作用，不能溶解和熔融，只能溶胀， 网状结构(体型结构)使主链与主链之间以共价键相连接，形成三维空间的立体网状结构硬度和脆度较大；不能反复熔化，只能一次加工成型(热固性)碱作催化剂时制备的酚醛树脂例1、有甲、乙两种高聚物，甲能溶于有机溶剂，加热可熔融；乙不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中错误的是()A．高聚物甲可能具有弹性，而高聚物乙没有弹性B．高聚物甲可能是线型高分子化合物材料C．高聚物甲一定是体型高分子化合物材料D．高聚物乙一定是体型高分子化合物材料【答案】C【解析】根据题意可知，甲为热塑性高分子材料，乙为热固性高分子材料，故甲可能是线型高分子化合物材料也可能是支链型高分子化合物材料，乙一定是体型高分子化合物材料，C错误。重点2常见“六纶”的结构简式、单体和性能名称结构简式单体性能用途涤纶抗皱性好、强度高、耐酸腐蚀、耐磨、吸湿性差衣料、室内装修材料、电绝缘材料、绳索、渔网等锦纶耐磨、强度高、耐光、耐碱、有弹性衣料、绳索、渔网等腈纶CH2===CH—CN弹性高、保温性能好、耐光、耐酸但不耐碱衣料、毛毯、幕布、工业用布等丙纶CH2===CH—CH3机械强度高、电绝缘性好、耐化学腐蚀、质轻、耐油性差可制成薄膜、日常用品、管道、包装材料等维纶CH3COOCH===CH2和HCHO吸湿性优良，有“人造棉花”之称 可与棉花混纺，作维棉混纺织物，制成滤布、帆布、传送带等氯纶CH2=CH—Cl难燃，耐酸、碱，吸湿性差可编织窗纱、筛网、网袋与绳子，制成毛线、毛毯、棉絮、滤布等例2、某航天服的材料中含尼龙1010，其结构简式为下列有关尼龙1010的说法正确的是(　　)A．尼龙1010是通过加聚反应制成的B．尼龙1010的单体是H2N(CH2)10NHCO(CH2)8COOHC．尼龙1010是通过缩聚反应制成的D．制作舱外航天服的材料要质轻，方便航天员在舱外行走【答案】C【解析】尼龙1010分子结构中含有若干个肽键，因此它是通过缩聚反应制成的，A项错误，C项正确；合成尼龙1010的单体是H2N(CH2)10NH2和HOOC(CH2)8COOH，B项错误；由于舱外航天服是在太空失重的情况下穿的，不需要考虑材料的轻重，D项错误。重点3高吸水性树脂的结构与性能(1)结构特点：含有强亲水基团，如羧基、羟基、酰氨基等。(2)性能：不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的时间内溶胀，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用。(3)制取高吸水性树脂的方法①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子主链上再接入带有强亲水基团的支链，以提高它们的吸水能力。②以带有强亲水基团的化合物，如丙烯酸钠CH2===CH—COONa等为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水性高聚物。例3、角膜接触镜俗称隐形眼镜，其性能主要有良好的透气性和亲水性。下列可以作为隐形眼镜材料的是(　　)A．聚乙烯B．聚氯乙烯 【答案】C【解析】隐形眼镜的材料具有透气性和亲水性，该物质中应有亲水基团，C项正确。课堂演练1、有关高分子材料叙述正确的是A.合金属于高分子材料B.光导纤维属于高分子化合物C.塑料为天然高分子化合物D.橡胶分为天然橡胶与人工合成橡胶【答案】D【解析】相对分子质量在10000以上的有机化合物为高分子化合物，合金不属于高分子材料，A错误；光导纤维的材料是二氧化硅，也不属于高分子化合物，B错误；高分子化合物分为天然高分子化合物、合成高分子化合物，其中淀粉、纤维素、蛋白质为天然高分子化合物，塑料是人工合成高分子化合物，C错误；橡胶有两类，分别是天然橡胶和人工合成橡胶，D正确。2、下列说法错误的是A．塑料的主要成分是合成树脂B．塑料、橡胶和纤维都是天然高分子材料C．棉花、羊毛、蚕丝是天然纤维D．橡胶是具有高弹性的高分子材料【答案】B【解析】合成树脂是塑料的最主要成分，其在塑料中的含量一般在40%～100%，A正确；橡胶和纤维不但有天然的，还有人工合成的，B错误；天然纤维是指自然界原有的或经人工培植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纺织纤维，故棉花、羊毛、蚕丝都是天然纤维，C正确；橡胶具有高弹性，属于高分子材料，D正确。3、下列说法正确的是(　　)A．合成纤维和人造纤维统称为化学纤维B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是热固性塑料 C．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦羽毛的气味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末D．可以将合成材料和塑料制品废弃物倾倒到海洋中进行处理【答案】A【解析】合成纤维和人造纤维统称化学纤维，A正确；聚氯乙烯为热塑性塑料，B错误；锦纶(即尼龙)属于合成纤维，燃烧时没有烧焦羽毛的气味，C错误；塑料废弃物不可以乱倒，D错误。4、人们在日常生活中大量使用各种高分子材料，下列说法正确的是A．聚乙烯塑料是天然高分子材料B．聚氯乙烯塑料可包装食品C．羊毛是合成高分子材料D．硫化橡胶具有更好的强度、韧性【答案】D【解析】聚乙烯是人工合成高分子加聚产物，A错误；聚氯乙烯在温度过高时会释放出对人体有害物质，故不用聚氯乙烯包装食品，B错误；羊毛属于天然高分子有机化合物——蛋白质，C错误；橡胶硫化，可使塑性橡胶转化为更具韧性或者硬度更高的硫化橡胶，D正确。5、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，天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，其结构简式为。试回答下列问题：(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是______________，天然橡胶加入适量的硫化剂进行硫化后，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，溴水________(填“能”或“不能”)褪色。【答案】(1)天然橡胶是线型高分子　线型结构　网状结构(或体型结构)　不能　(2)能【解析】(1)由天然橡胶的结构简式可知，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，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)天然橡胶的单体是，其分子中含有碳碳双键，能发生加成反应，故能使溴水褪色。课后学习评价1、下列材料中不属于有机高分子化合物的是ABCD 酚醛树脂二氧化硅聚酯纤维聚丙烯酸钠【答案】B【解析】一般来说，相对分子质量在10000以上的为高分子，可利用缩聚反应、加聚反应得到有机高分子化合物，则：酚醛树脂是苯酚与甲醛发生缩聚反应生成的高分子化合物，A错误；二氧化硅为无机物，相对分子质量为60，不属于高分子化合物，B正确；聚酯纤维属于有机高分子化合物，C错误；聚丙烯酸钠属于有机高分子化合物，D错误。2、聚丙烯酸钠(单体为CH2===CHCOONa)是一种高性能吸水树脂，可在干旱地区用于农业、林业、植树造林时的抗旱保水。下列关于聚丙烯酸钠的说法正确的是(　　)A．聚丙烯酸钠的结构简式为B．聚丙烯酸钠可以通过单体发生缩聚反应制得C．聚丙烯酸钠具有热塑性D．聚丙烯酸钠是一种网状结构的高分子材料【答案】C【解析】碳碳双键能发生加聚反应，所以聚丙烯酸钠的结构简式为CH，A、B项错误；聚丙烯酸钠是一种线型结构的高分子材料，具有热塑性，C项正确，D项错误。3、下列关于塑料的说法正确的是（）A．塑料是天然高分子材料B．聚乙烯塑料薄膜是以CH2=CHCl为原料通过加聚反应而制得的C．塑料都具有热塑性D．塑料的主要成分是合成树脂【答案】D【解析】塑料是合成高分子材料，A错误；聚乙烯的单体为CH2=CH2，B错误；有的塑料具有热固性，有的塑料具有热塑性，C错误；塑料的主要成分为合成树脂，加入适当添加剂，如增塑剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂、着色剂等，D正确。 4、PVC是聚氯乙烯的英文缩写，为保证PVC塑料制品的性能，通常需要加入多种有机助剂。下列选项中的事实均能支持“PVC保鲜膜对人体健康带来危害”这种假设的是(　　)①PVC塑料属于高分子材料②使用的有机助剂有毒③含氯的化合物不一定有毒④在高温下会分解出有害物质A．①②B．③④C．②④D．①③【答案】C【解析】聚氯乙烯是一种高分子化合物，在日常生活中应用非常广泛，但在高温或光照老化过程中会分解出HCl等有害物质，同时其所含的增塑剂(有机助剂)有毒，不宜用聚氯乙烯塑料制品盛装食品或直接接触食品。②④符合要求。5、下列材料中：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。属于功能高分子材料的是(　　)A．只有①②⑤B．只有②④⑤⑥C．只有③④⑤D．①②③④⑤⑥【答案】D【解析】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称之为功能高分子材料。6、生物降解塑料是在微生物的作用下降解生成二氧化碳和水，从而消除废弃塑料对环境的污染，PHB塑料就属于这种塑料，其结构简式为。下面关于PHB说法正确的是A．PHB有固定的熔、沸点B．PHB的降解过程不需要氧气参加反应C．合成PHB的单体是CH3CH2CH(OH)COOHD．通过加聚反应可制得PHB【答案】C【解析】高聚物的n值不同，是混合物，没有固定的熔、沸点，A错误；由题目知，该高聚物降解生成CO2和H2O，从高聚物的组成知需要氧气参加反应，B错误；该高聚物是通过缩聚反应生成的，其单体为CH3CH2CH(OH)COOH，D错误，C正确。7、橡胶是一种重要的战略物资，一般分为天然橡胶和合成橡胶两类。丁苯橡胶是合成橡胶的一种，其结构简式为。下列说法正确的是() C．装液溴或溴水的试剂瓶可用丁苯橡胶作瓶塞D．丁苯橡胶会老化【答案】D【解析】丁苯橡胶是通过1,3丁二烯(CH2=CH—CH===CH2)和苯乙烯()发生加聚反应得到的；由于链节中含有碳碳双键，故丁苯橡胶能与溴发生加成反应，因此装液溴或溴水的试剂瓶不能用丁苯橡胶作瓶塞；丁苯橡胶受氧气、臭氧、日光，特别是高能辐射的作用会老化。8、某聚合物具有如下结构片段：其单体不可能具有的化学性质是(　　)A．能使酸性KMnO4溶液褪色B．与NaOH溶液共热可生成一种钠盐C．能催化加氢生成2甲基丙酸甲酯D．能发生缩聚反应【答案】D【解析】D由该聚合物的结构片段可知其单体为由分子中含有的官能团，D正确。9、尼龙66是一种重要的合成纤维，它是由己二酸和己二胺[H2N—(CH2)6—NH2]以相等的物质的量在一定条件下聚合而成的，下列叙述中不正确的是A．尼龙—66的结构简式是B．合成尼龙66的反应属于缩合聚合反应C．合成尼龙66的反应基础是酯化反应D．尼龙66的长链结构中含有肽键【答案】C 【解析】尼龙66是HOOC(CH2)4COOH和H2N(CH2)6NH2通过成肽反应缩聚而成的高分子化合物，分子中含有肽键()，在一定条件下可以发生水解。10、实验室制取少量酚醛树脂的过程如下：在大试管中加入2.5g苯酚，加入2.5mL质量分数为40%的甲醛溶液，再加入1mL浓盐酸，加热，等反应不再剧烈进行后，再加热一会儿，即可看到黏稠的近似固体的酚醛树脂。回答下列问题：(1)浓盐酸在该实验中的作用是________。(2)加热的方式是________。A．用酒精灯直接加热B．沸水浴C．50～60℃水浴D．用手微热(3)写出该反应的化学方程式：__________________________，反应类型________________。(4)得到的酚醛树脂常显粉红色的原因是_________________。【答案】(1)催化剂(2)B(4)反应过程中，少部分苯酚被氧化提升演练11、一种芳纶纤维拉伸强度比钢丝还高，广泛用作防护材料。其结构片段如下图下列关于该高分子的说法正确的是A.完全水解产物的单个分子中，苯环上的氢原子具有不同的化学环境B.完全水解产物的单个分子中，含有官能团―COOH或―NH2C.氢键对该高分子的性能没有影响 D.结构简式为：【答案】B【解析】芳纶纤维的结构片段中含肽键，完全水解产物的单个分子为、，、中苯环都只有1种化学环境的氢原子，A错误；芳纶纤维的结构片段中含肽键，完全水解产物的单个分子为、，含有的官能团为-COOH或-NH2，B正确；氢键对该分子的性能有影响，如影响沸点等，C错误；芳纶纤维的结构片段中含肽键，采用切割法分析其单体为、，该高分子化合物由、通过缩聚反应形成，其结构简式为，D错误。12、丙烯是重要的化工原料，以丙烯为原料合成有机玻璃和油墨材料DAP-A树脂的流程如下：回答问题：（1）写出下列物质可能的结构简式：B___________________，F________________________。（2）写出反应类型：反应②___________________；反应③____________________________。（3）1molDAP-A树脂在一定条件下与H2发生加成反应，最多消耗H2___________mol。（4）写出反应①的化学方程式__________________________。（5）写出G在一定条件下与乙二醇发生反应生成一种高分子化合物的化学方程式为__________________________。（6）E的同分异构体中，属于酯类的链状有机物有HCOOCH2CH=CH2 、HCOOCH=CHCH3、___________________________________。【答案】(1)CH3CHClCH2OH或CH2ClCH2CH2OH（2）氧化反应加聚（聚合）反应（3）4n(4)CH2=CHCH3+Cl2CH2=CHCH2l+HCl（5）（6）、CH3COOCH=CH2【解析】根据A和G的反应条件及产物可知，该反应是酯化反应，则A的结构简式是CH2=CHCH2OH，G是邻二苯甲酸，所以F是邻二甲苯，被氧化生成G。根据A的结构简式可知，反应①是丙烯甲基上氢原子的取代反应。由于A中含有碳碳双键，能和氯化氢发生加成反应生成B，所以B的结构简式为CH3CHClCH2OH或CH2ClCH2CH2OH。B发生催化氧化生成C，所以C是CH3CHClCOOH或CH2ClCH2COOH。最后C再通过消去反应生成丙烯酸。丙烯酸和甲醇发生酯化反应生成E，则E的结构简式为CH2=CHCOOCH3。E中含有碳碳双键，能发生加聚反应生成有机玻璃。而H中也含有碳碳双键，也能发生加聚反应，生成高分子化合物。（1）B的结构简式为：CH3CHClCH2OH或CH2ClCH2CH2OH；F的结构简式为：；（2）反应②的反应类型为：氧化反应；反应③的反应类型为：加聚（聚合）反应；（3）由于H中含有1个苯环和2个碳碳双键，所以根据树脂的结构简式可知，1molDAP-A树脂在一定条件下与H2发生加成反应，最多消耗H24nmol；（4）反应①的化学方程式为CH2=CHCH3+Cl2CH2=CHCH2l+HCl；（5）G在一定条件下与乙二醇发生反应生成一种高分子化合物的化学方程式为；（6）E的同分异构体中，属于酯类的链状有机物有HCOOCH2CH=CH2、HCOOCH=CHCH3、HCOOCH2-CH=CH2、CH3-C(OOCH)=CH2。