資源簡介

5.2第1課時　通用高分子材料
【學習目標】
1.通過實例,說明塑料的結構、性能和用途。
2.了解合成纖維、合成橡膠的結構、性能和用途。
3.掌握高分子結構對性能的影響。
【自主預習】
一、高分子材料的分類
高分子材料按用途和性能可分為　　　　材料(包括塑料、合成纖維、合成橡膠、黏合劑、涂料等)和　　　　材料(包括高分子分離膜、導電高分子、醫用高分子、高吸水性樹脂等)等類別。
二、通用高分子材料
(一)塑料
改善塑料性能的加工助劑:為提高柔韌性加入　　　　劑,為提高耐熱性加入　　　　劑,為賦予它各種漂亮的顏色加入著色劑……
1.聚乙烯
高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的對比
比較項目 高壓法聚乙烯 低壓法聚乙烯
聚合反應條件 150 MPa~300 MPa,200 ℃左右,使用引發劑 0.1 MPa~2 MPa,60~100 ℃,使用催化劑
高分子鏈的結構 含有較多支鏈 支鏈較少
密度/(g·cm-3) 0.91~0.93 0.94~0.97
軟化溫度/ ℃ 105~120 120~140
主要性能 無毒,較柔軟 無毒,較硬
主要用途 生產食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等 生產瓶、桶、板、管等
微點撥
(1)高壓法聚乙烯的密度和熔點均低于低壓法聚乙烯的原因為高壓法聚乙烯的主鏈有較多的支鏈,支鏈結構有礙碳碳單鍵的旋轉和鏈之間的接近,鏈之間的作用力就比低壓法聚乙烯的小,熔點和密度也就較低。
(2)兩種聚乙烯塑料均有熱塑性,加熱均可熔融。
2.酚醛樹脂
(1)定義:酚醛樹脂是酚(如苯酚或甲苯酚等)與醛(如甲醛)在　　　　的催化下相互縮合而成的高分子。
(2)合成
①在酸催化下,等物質的量的苯酚與甲醛反應,苯酚鄰位或對位的氫原子與甲醛的羰基加成生成羥甲基苯酚,然后羥甲基苯酚之間相互脫水縮合成線型結構的高分子。其反應方程式為
+,
n+(n-1)H2O。
總反應為n+nHCHO+(n-1)H2O
②在堿催化下,苯酚與過量的甲醛反應,生成　　　　　　　　　　　　等,繼續反應,生成網狀結構的酚醛樹脂。
3.脲醛樹脂
可以用尿素(H2NCONH2)與甲醛通過縮聚反應合成,其化學方程式為
nH2NCONH2+nHCHOH NHCONHCH2 OH+(n-1)H2O。
(二)合成纖維
1.纖維的分類
纖維
(1)合成纖維:以　　　　　等為原料,將其轉化為單體,再經過聚合反應得到的纖維。其原料本身不是纖維。
(2)再生纖維:以木材、秸稈等農副產品為原料,經過加工處理得到的纖維。
(3)六綸包括:　　　　　　　　　　　　。
其性能具有強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質輕保暖等優點,缺點也很明顯,除維綸吸濕性較好外,其他合成纖維的吸濕性和透氣性明顯不及天然纖維。
2.常見合成纖維的合成
(1)聚對苯二甲酸乙二酯纖維(又稱滌綸)
合成方程式為
+nHOCH2CH2OH+(2n-1)H2O。
(2)聚己二酰己二胺纖維(又稱錦綸66、尼龍66)
合成方程式為
nH2N—(CH2)6—NH2+nHOOC(CH2)4COOH+(2n-1)H2O。
(3)高強度芳綸纖維
合成方程式為
++(2n-1)H2O
(三)合成橡膠
1.天然橡膠的單體為異戊二烯(2-甲基-1,3-丁二烯),合成反應方程式為
2.合成橡膠
(1)優良性能有耐磨、耐油、耐寒、耐熱、耐腐蝕等。
(2)順丁橡膠合成方程式為
(3)橡膠的硫化
將線型結構的橡膠與硫等硫化劑混合后加熱,硫化劑將聚合物中的雙鍵打開,以二硫鍵(—S—S—)等把線型結構連接為網狀結構,得到既有彈性又有強度的順丁橡膠。
微點撥
絕大多數橡膠的結構中有碳碳雙鍵或還原性元素(如硫),故橡膠有較強的還原性。因此,在實驗室中盛放強氧化性物質(如高錳酸鉀)的試劑瓶不能用橡膠塞。
【答案】
一、通用高分子　功能高分子
二、(一)增塑　熱穩定　2.(1)酸或堿　(2)羥甲基苯酚、二羥甲基苯酚、三羥甲基苯酚
(二)1.(1)石油、天然氣、煤、農副產品
(3)滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)塑料的主要成分是合成樹脂。 (　　)
(2)熱塑性塑料可以反復加工,多次使用。 (　　)
(3)塑料只有網狀結構。 (　　)
(4)聚乙烯是由乙烯經加聚反應合成的,但是聚乙烯的基本結構和乙烯的結構不同。 (　　)
(5)苯酚與甲醛通過縮聚反應一定形成線型結構高分子。 (　　)
(6)酚醛樹脂可制熱固性塑料。 (　　)
(7)合成酚醛樹脂()的單體是苯酚和甲醇。 (　　)
(8)塑料是一種高分子化合物,可以通過取代反應大量生產。 (　　)
(9)天然纖維和合成纖維均屬于纖維素。 (　　)
(10)棉花、黏膠纖維、聚酯纖維均為化學纖維。 (　　)
(11)天然橡膠的成分為聚異戊二烯,它屬于合成高分子材料。 (　　)
(12)順式聚1,3-丁二烯是線型結構,具有較好的彈性。 (　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ (7)×　(8)×　(9)×　(10)×　(11)×　(12)√
2.聚乙烯屬于純凈物嗎
【答案】不屬于,高分子化合物都是混合物。
3.聚乙烯能否使溴水褪色
【答案】不能,聚乙烯中碳碳雙鍵已經被破壞。
4.電木的主要成分是什么
【答案】酚醛樹脂。
5.化學纖維就是合成纖維,對嗎
【答案】不對,化學纖維指的是用天然或人工合成的高分子物質,經化學、機械加工而制得的纖維,包括再生纖維和合成纖維。
6.橡膠都是合成高分子,對嗎
【答案】不對,橡膠包括天然橡膠和合成橡膠,天然橡膠是天然高分子。
【合作探究】
任務1　塑料
情境導入　塑料是以單體為原料,通過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物,其抗形變能力中等,介于纖維和橡膠之間,由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、潤滑劑、色料等添加劑組成。
塑料的主要成分是合成樹脂。樹脂是指尚未和各種添加劑混合的高分子化合物。樹脂這一名詞最初是因動植物分泌出的脂質而得名,如松香、蟲膠等。樹脂約占塑料總重量的40%~100%。塑料的基本性能主要取決于樹脂的本性,但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本上是由合成樹脂所組成的,不含或只含少量添加劑,如有機玻璃等。
問題生成
1.聚乙烯材料具有一定彈性的原因是什么
【答案】聚乙烯分子鏈上的碳碳單鍵可以發生旋轉,使分子鏈不可能呈一條直線,只能呈不規則的卷曲狀態。當有外力作用時,卷曲的高分子鏈被拉直或部分被拉直,除去外力后又恢復卷曲狀態。
2.苯酚在鹽酸和濃氨水作用下與甲醛縮聚形成的酚醛樹脂在結構上有什么不同
【答案】在鹽酸作用下,生成線型結構高分子;在濃氨水作用下,生成網狀結構高分子。
3.高分子材料在結構上可分為哪幾種材料
【答案】線型結構、支鏈型結構、網狀結構三種。
【實驗探究】
酸性、堿性條件下制備酚醛樹脂
實驗 操作 在大試管中加入2 g苯酚、3 mL 質量分數為40%的甲醛溶液和3滴濃鹽酸,在　　　　中加熱,當試管中反應物接近沸騰時,從水浴中取出試管,并用玻璃棒攪拌 在另一大試管中加入2 g 苯酚和3 mL質量分數為40%的甲醛溶液,置于　　　　中加熱片刻,稍加振蕩后,加入0.5 mL濃氨水,在水浴中加熱
實驗 現象 產生　　　　或　　　　固體 產生　　　　固體
實驗 結論 甲醛和苯酚在酸或堿作用下均可發生　　　　反應生成樹脂
　　【答案】水浴　水浴　白色　粉色　白色　縮聚
【核心歸納】
1.有機高分子化學反應的特點
(1)與結構的關系:結構決定性質,高分子的化學反應主要取決于結構特點、官能團與基團之間的影響。如碳碳雙鍵易氧化和加成,酯基易水解、醇解,羧基易發生酯化、取代等反應。
(2)常見的有機高分子化學反應
①降解:在一定條件下,高分子材料降解為小分子。如有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)熱解為甲基丙烯酸甲酯;聚苯乙烯用氧化鋇處理,能分解為苯乙烯。常見的高分子降解方法有生物降解、化學降解、光降解等。
②橡膠硫化:天然橡膠()經硫化,破壞了碳碳雙鍵,形成單硫鍵(—S—)或雙硫鍵(—S—S—),線型結構變為網狀結構。
③催化裂化:塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃性氣體等。
2.合成高分子的結構與性能
分類 線型高分子 網狀高分子
結構 線型結構 支鏈型結構 網狀結構
分子中的原子以共價鍵相互連接,構成一條很長的卷曲狀態的“鏈” 分子鏈與分子鏈之間有許多共價鍵交聯起來,形成三維空間網狀結構
溶解性 能緩慢溶解于適當溶劑 很難溶解,但往往有一定程度的脹大
性能 具有熱塑性,無固定熔點 具有熱固性,受熱不熔化
特性 強度大、可拉絲、吹薄膜、絕緣性好 強度大、絕緣性好、有可塑性
常見 物質 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡膠 酚醛樹脂、硫化橡膠
【典型例題】
【例1】食品保鮮膜按材質分為聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)等。PVC廣泛用于食品、蔬菜外包裝,它對人體有潛在危害。下列有關敘述不正確的是(　　)。
A.PVC保鮮膜屬于鏈狀聚合物,在高溫時易熔化,能溶于酒精
B.PVC單體可由PE的單體與氯化氫加成制得
C.PVC的結構簡式為 CH2—CHCl ,PVDC的結構簡式為 CH2—CCl2
D.等質量的聚乙烯和乙烯完全燃燒消耗的氧氣的質量相等
【答案】B
【解析】聚氯乙烯(PVC)的結構簡式為 CH2—CHCl ,屬于鏈狀聚合物,高溫時易熔化,并且易溶于苯、酒精等有機溶劑,A項正確;聚氯乙烯(PVC)的單體是CH2CHCl,可以由乙炔(CH≡CH)和氯化氫加成制得,而不能由聚乙烯(PE)的單體CH2CH2和HCl加成制得,B項錯誤;聚偏二氯乙烯(PVDC)的結構簡式為 CH2—CCl2 ,C項正確;乙烯和聚乙烯的含碳量和含氫量均相同,等質量的乙烯和聚乙烯完全燃燒時,消耗的氧氣的質量相等,D項正確。
【例2】生物降解塑料能在微生物的作用下降解成二氧化碳和水,從而消除廢棄塑料對環境的污染。PHB塑料就屬于這種塑料,其結構簡式為,下面有關PHB的說法中正確的是(　　)。
A.PHB是一種聚酯,有固定的熔點
B.PHB的降解過程不需要氧氣
C.合成PHB的單體是CH3CH2CH(OH)COOH
D.通過加聚反應可以制得PHB
【答案】C
【解析】PHB為高分子化合物,屬于混合物,沒有固定的熔點,A項錯誤;其降解過程是先水解生成2-羥基丁酸,然后被氧氣氧化為CO2和H2O,B項錯誤;PHB是聚酯類高分子化合物,通過縮聚反應制得,D項錯誤。
【例3】
酚醛樹脂是用酚類(如苯酚)與醛類(如甲醛)在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子。實驗室制取酚醛樹脂的裝置圖如圖所示(該實驗所用催化劑為濃鹽酸)。下列說法錯誤的是(　　)。
A.裝置中長玻璃導管的作用之一是冷凝回流
B.試管中發生的反應是n++(n-1)H2O
C.待制備實驗結束后,取出試管,冷卻至室溫,加入適量乙醇,并加熱,沉淀溶解,說明酸性條性下制得的酚醛樹脂為網狀結構
D.實驗完畢后,若試管用水不易洗滌,可以加入少量乙醇浸泡幾分鐘,然后洗凈
【答案】C
【解析】苯酚、甲醛、濃鹽酸易揮發,反應裝置中的長玻璃導管除導氣外,還對揮發的反應物起冷凝回流作用,A項正確;苯酚與甲醛反應的化學方程式可以表示為n++(n-1)H2O,B項正確;苯酚與甲醛在酸催化下反應生成的酚醛樹脂是線型結構,在堿催化下反應生成的酚醛樹脂是網狀結構,C項錯誤;實驗中用酸作催化劑,產物是線型高分子,需用乙醇浸泡一段時間后,再用水洗凈,D項正確。
【靈犀一點】　在酸性條件下,苯酚與甲醛反應只能發生在鄰位或對位,得到羥甲基苯酚,然后羥甲基苯酚之間反應得到線型分子;而在堿性條件下,苯酚與過量的甲醛反應,生成羥甲基苯酚的同時,還生成二羥甲基苯酚、三羥甲基苯酚等,繼續反應就可得到網狀結構的分子。
任務2　合成纖維與合成橡膠
情境導入　1.宇航服一般由密閉頭盔和密閉服組成。密閉頭盔由透明聚碳酸酯制成,為防止來自太陽的紫外線、紅外線等的強烈輻射,在頭盔的透明層上涂有金屬薄層。密閉頭盔內可以供氧和加壓。密閉服通常由幾層具有耐高溫的防火聚酰胺纖維織物等一些特殊材料制成,其中夾有數層鋁箔,具有隔熱、防護宇宙射線以及防止太空中流星雨的撞擊等作用。
2.對于一雙運動鞋來說,鞋底的設計代表了這雙運動鞋的技術含量。橡膠以出色的耐磨性、良好的防滑性、均勻的質地獲得了世界眾多制鞋廠商的認可。
問題生成
1.宇航服都是高科技產品,不可能存在天然高分子材料,這種說法對嗎
【答案】不對,宇航服的內衣舒適層常選用質地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品制作,為天然纖維素。
2.宇航服選用的合成纖維具有什么樣的性質
【答案】氣密性好、強度大、耐高溫、防火等。
3.再生纖維就是合成纖維嗎
【答案】不是,再生纖維是以木材、秸稈等農副產品為原料經加工處理后所得。如人造棉、人造絲等。
4.天然橡膠的單體是什么 鏈節是什么 寫出結構簡式。
【答案】,。
【核心歸納】
1.常見“六綸”的結構簡式、單體和性能和用途
名稱 結構簡式 單體 性能 用途
滌綸 和HOCH2CH2OH 抗皺性好、強度高、耐酸腐蝕、耐磨、吸濕性差 衣料、室內裝修材料、電絕緣材料、繩索、漁網等
錦綸 H2N(CH2)5COOH 耐磨、強度高、耐光、耐堿、有彈性 衣料、繩索、漁網等
腈綸 CH2CH—CN 彈性高、保溫性能好、耐光、耐酸但不耐堿 衣料、毛毯、幕布、工業用布等
丙綸 CH2CH—CH3 機械強度高、電絕緣性好、耐化學腐蝕、質輕、耐油性差 可制成薄膜、日常用品、管道、包裝材料等
維綸 CH3COOCHCH2 和HCHO 吸濕性優良,有“人造棉花”之稱 可與棉花混紡,作維棉混紡織物,制成濾布、帆布、傳送帶等
氯綸 CH2CH—Cl 難燃,耐酸、堿,吸濕性差 可編織窗紗、篩網、網袋與繩子,制成毛線、毛毯、棉絮、濾布等
2.常見合成橡膠的單體、結構簡式、性能和用途
名稱 單體 結構簡式 性能和用途
順丁橡膠 彈性、耐寒、耐磨性能好。主要用于制造輪胎、膠鞋、膠帶等
丁苯橡膠 CH2CHCHCH2、 耐磨、耐熱、耐油、耐老化?？刹糠只蛉看嫣烊幌鹉z。主要用于制造輪胎、乳膠帶、膠管、膠鞋等
氯丁橡膠 耐燃、耐油。主要用于制造耐燃、耐油橡膠制品,如耐熱運輸帶、耐油膠管、膠輥等
丁腈橡膠 CH2CHCHCH2、 CH2CHCN 耐油性能優異。主要用于制造耐油制品,如輸油管、密封墊圈、化工容器襯里等
乙丙橡膠 CH2CH2、 CH2CH—CH3 耐老化、耐臭氧、彈性好。主要用于制造汽車零件、電氣制品、建筑材料等
硅橡膠 無毒、無味,耐高溫與低溫。主要用于制造耐高溫與低溫的墊圈、密封件、高溫電線、人造心臟、人造血管等
【典型例題】
【例4】一種芳綸纖維的拉伸強度比鋼絲還高,具有較強熱塑性,廣泛用作防護材料。其結構片段如圖,下列關于該高分子化合物的說法正確的是(　　)。
A.完全水解產物的單個分子中,苯環上具有不同化學環境的氫原子
B.該高分子化合物的結構簡式可表示為
C.氫鍵對該高分子化合物的性能有一定影響
D.芳綸纖維為體型高分子材料
【答案】C
【解析】從結構片段中可以看出,該高聚物的單體有兩種:和。A項,和中,苯環上4個氫原子所處的化學環境相同,錯誤;B項,該高分子化合物的結構簡式可表示為,錯誤;C項,氫鍵將相鄰的兩條碳鏈相連,增大了鏈與鏈之間的作用力,必然影響該高分子的性能,正確;D項,芳綸纖維為線型高分子材料,錯誤。
【例5】橡膠是一種重要的戰略物資,一般分為天然橡膠和合成橡膠兩類。丁苯橡膠是合成橡膠的一種,其結構簡式為。下列說法正確的是(　　)。
A.它的單體是
B.丁苯橡膠是由CH2CH—CHCH2和通過縮聚反應制得的
C.裝液溴或溴水的試劑瓶可用丁苯橡膠作瓶塞
D.丁苯橡膠會老化
【答案】D
【解析】丁苯橡膠是通過1,3-丁二烯(CH2CH—CHCH2)和苯乙烯()發生加聚反應得到的;由于鏈節中含有碳碳雙鍵,故能與溴發生加成反應,因此裝液溴或溴水的試劑瓶不能用丁苯橡膠作瓶塞;受氧氣、臭氧、日光,特別是高能輻射的作用,丁苯橡膠容易老化。
【隨堂檢測】
1.“白色污染”泛指塑料污染,常見的塑料有:①聚乙烯;②聚丙烯;③聚氯乙烯;④聚苯乙烯。下列關于它們的敘述正確的是(　　)。
A.都是烯烴
B.分子內部都含有雙鍵
C.它們的單體都能發生加聚反應
D.它們的分子結構都是空間網狀結構
【答案】C
【解析】這幾種塑料均是由含有的單體發生加聚反應形成的線型結構高分子化合物。
2.航天科學家正在考慮用塑料飛船代替鋁質飛船進行太空探索,其依據是(　　)。
A.塑料是一種高分子化合物,可以通過取代反應大量生產
B.塑料生產中加入添加劑可得到性能比鋁優良的新型材料
C.塑料用途廣泛,可從自然界中直接得到
D.塑料是有機物,不會和強酸、強堿作用
【答案】B
【解析】塑料中加入添加劑得到的新型材料的性能比鋁優良。
3.用尿素和甲醛可以合成電玉(脲醛樹脂),其結構為,則合成電玉的反應屬于(　　)。
A.化合反應　　　　　　　　B.加聚反應
C.縮聚反應 D.分解反應
【答案】C
【解析】由尿素()和甲醛()及電玉的結構,可以判斷合成電玉的反應屬于縮聚反應。
4.世博會的環保概念是人們關心的話題,環保材料更為世人矚目,其中聚碳酸酯是用得較多的材料。聚碳酸酯的結構簡式如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.它是由一種單體聚合而成的
B.它是通過加聚反應得到的產物
C.它是一種純凈物
D.它不耐強堿,可發生水解反應
【答案】D
【解析】聚碳酸酯的單體是碳酸和,由兩者通過縮聚反應而形成,A、B兩項錯誤;聚碳酸酯為高聚物,應為混合物,C項錯誤;聚碳酸酯含有酯基,可在酸性、堿性條件下水解,D項正確。
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