高中化學 應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料（基礎）知識講解學案 新人教版選修5.doc

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應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料 【學習目標】 1、了解常見功能高分子材料的成分及優(yōu)異性能，了解“三大合成材料”的結構、性能和用途； 2、了解功能高分子材料在人類生產、生活中的重要應用，了解治理“白色污染”的途徑和方法； 3、了解各類功能高分子材料的優(yōu)異性能及其在高科技領域中的應用； 4、以合成高分子化合物的背景，了解有機合成在發(fā)展經濟、提高生活質量方面的貢獻。 合成材料品種很多，按用途和性能可分為合成高分子材料（包括塑料、合成纖維、合成橡膠、黏合劑、涂料等）；功能高分子材料（包括高分子分離膜、液晶高分子、導電高分子、醫(yī)用高分子、高吸水性樹脂等）和復合材料。其中，被稱為“三大合成材料”的塑料、合成纖維和合成橡膠應用最廣泛。 【要點梳理】 要點一、塑料【高清課堂：應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料#應用廣泛的高分子材料 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樹脂。在塑料的組成中除了合成樹脂外，還有根據需要加入的具有某些特定用途的加工助劑以改進其性能。如，提高柔韌性的增塑劑，改進耐熱性的熱穩(wěn)定劑，防止塑料老化的防老化劑，賦予塑料顏色的著色劑等。 2．塑料的種類。 分類的原則 類型 特征和舉例 按樹脂受熱 時的特征 熱塑性 以熱塑性樹脂為基本成分，受熱軟化，可以反復塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 熱固性 以熱固性樹脂為基本成分，加工成型以后變?yōu)椴蝗蹱顟B(tài)，如酚醛樹脂、脲醛樹脂等 按應用范圍 及性能特點 通用塑料 通用性強，用途廣泛、產量大、價格低，主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等 工程塑料 機械性能較好，強度高，可以代替金屬用作工程結構材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等 3．幾種重要的塑料的性質。 （1）聚乙烯塑料的性質。 ①聚乙烯塑料無嗅、無毒、具有優(yōu)良的耐低溫性能，最低使用溫度可達－100℃；化學穩(wěn)定性好，能耐大多數酸、堿的腐蝕；常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小；電絕緣性能優(yōu)良。 ②聚乙烯塑料品種很多，應用廣泛，主要有：薄膜（低密度聚乙烯，有良好的透明度和一定的抗拉強度）用于各種食品、醫(yī)藥、衣物、化肥等的包裝；中空制品（高密度聚乙烯，強度較高）用于塑制各種瓶、桶、罐、槽等容器；管板材（高密度聚乙烯）用于鋪設地下管道和建筑材料；纖維（線型低密度聚乙烯）用于生產漁網繩索；包覆材料，用做包覆電纜、電線的高頻絕緣材料。 （2）酚醛樹脂。 ①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化合物。 ②酚醛樹脂屬于熱固性塑料，體型酚醛樹脂受熱后都不能軟化或熔融，也不溶于任何溶劑。 ③酚醛樹脂主要用做絕緣、隔熱、難燃、隔音器材和復合材料。 要點二、合成纖維【高清課堂：應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纖維】 1．化學纖維是人造纖維和合成纖維的統(tǒng)稱。 天然纖維：如棉花、羊毛、麻等 化學纖維： 人造纖維：如黏膠纖維 合成纖維：如“六大綸”、光導纖維等 纖維 2．合成纖維： 類型 特征和舉例 合成纖維 具有強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕、不發(fā)霉、不怕蟲蛀、不縮水等優(yōu)點。如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸 特種合成纖維 具有某些特殊性能。如芳綸纖維、碳纖維、耐輻射纖維、光導纖維和防火纖維等 合成纖維性能優(yōu)異，原料來源豐富、價格便宜、用途廣泛、生產不受氣候等自然條件的限制。滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸被稱為合成纖維的“六大綸”。它們具有強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質輕保暖等優(yōu)點。 合成纖維除了改善了人們的穿著外，還被廣泛用于工農業(yè)生產和高科技的各個領域。 要點三、橡膠 1．橡膠是具有高彈性的高分子化合物。 2．根據來源不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。 3．合成橡膠以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成，已經發(fā)展有丁苯橡膠、順丁橡膠、合成天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠等品種。 4．合成橡膠一般具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。比如，順丁橡膠的特點是彈性高，耐磨、耐寒’ 性好，可在寒冷地帶使用，主要用于制造輪胎、膠鞋、膠帶等。 要點四、功能高分子材料 1．概念。 在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有某種特定功能的官能團，使它們具有特殊的功能，以滿足光學、電學、磁學、熱學、化學、生物學、醫(yī)學等方面的要求，這樣形成的高分子統(tǒng)稱為功能高分子。 2．分類。 高吸水性樹脂 離子交換樹脂 光敏高分子 導電高分子 高分子催化劑和試劑 醫(yī)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類可表示如下： 3．幾種重要的功能高分子材料。 （1）高吸水性樹脂： ①有兩種方法可以獲得具有高吸水性能的樹脂： a．對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，住它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。 b．以帶有強親水性原子團的化合物，如丙烯酸等為單體，均聚或兩種單體共聚，得到親水性聚合物。 這兩種方法的共同點是：都要在反應中加入少量含有兩個雙鍵的二烯化合物作為交聯(lián)劑，讓高聚物分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，得到具有網狀結構的樹脂。 ②高吸水性樹脂可在干旱地區(qū)用于農業(yè)、林業(yè)、植樹造林時抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。 （2）離子交換樹脂主要用于分離和提純，如制取去離子水，回收工業(yè)廢水中的金屬，硬水的軟化等。 （3）醫(yī)用高分子（如硅橡膠、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等）的生物相容性較好、安全無毒，可用于制造醫(yī)用器械和人造器官。 要點五、復合材料 1．概念。 復合材料是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料，其中一種材料作為基體，其他材料作為增強劑。 2．性能。 復合材料一般具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合性能上超過單一材料。 3．應用。 復合材料主要應用于宇宙航空工業(yè)、汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品、人類健康等方面。 要點六、合成材料的應用及發(fā)展 合成材料廣泛應用于工農業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生、交通及日常生活等領域。隨著經濟的發(fā)展，各行各業(yè)對材料的需求在逐漸增多，對重要的通用有機高分子材料繼續(xù)進行改進和推廣，使它們的性能不斷提高，應用范圍不斷擴大，在人們的生產和生活中將發(fā)揮越來越重要的作用。 合成材料的快速發(fā)展與大量應用，其廢棄物的急劇增加帶來了環(huán)境污染，一些塑料制品所帶來的“白色污染”尤為嚴重。目前，治理“白色污染”主要應從減少使用和加強回收開始，從長遠來看，可逐步以可降解塑料取代現在普遍使用的塑料，從根本上解決“白色污染”問題。 【典型例題】 類型一：合成材料的性能及用途 例1 下列說法中正確的是（ ）。 A．天然纖維就是纖維素 B．合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農副產品 C．化學纖維的原料可以是天然纖維 D．生產合成纖維的過程中發(fā)生的是物理變化 【思路點撥】本題考查對合成材料的性能、用途的理解與掌握以及對三大合成材料的優(yōu)缺點的對比與分析。 【答案】B、C 【解析】天然纖維不僅包括纖維素，還包括羊毛、蠶絲等；生產合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農副產品，在生產過程中必包含有加聚或縮聚反應，應屬化學變化；化學纖維的原料可以是天然纖維。如黏膠纖維就是用木材、草類等天然纖維經化學加工制成的。 【總結升華】注意本節(jié)要點中概念的內涵和外延。在學習化學的過程中，需要準確理解概念的實質才能應對題干中一些模糊的選項做出判斷。 舉一反三： 　　【變式1】下列原料或制成的成品中，可溶于有機溶劑的是（ ）。 A．有機玻璃 B．從廢輪胎上刮下的橡膠粉末 C．滌綸繩（其主要成分為） D．電木 【答案】A、C 　　【變式2】下列說法中正確的是（ ）。 A．合成纖維和人造纖維可統(tǒng)稱為化學纖維 B．酚醛樹脂和聚氯乙烯都是熱固性塑料 C．錦綸絲接近火焰時先蜷縮，燃燒時有燒焦毛發(fā)的臭味，灰燼為有光澤的硬塊，能壓成粉末 D．維綸具有較好的吸濕性，是因為其分子鏈上含有羥基的緣故 【答案】A、D 　　【變式3】下列說法中正確的是（ ）。 A．硫化橡膠遇汽油能發(fā)生溶脹 B．聚硫橡膠具有良好的耐嚴寒、耐高溫性能 C．合成橡膠是以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子 D．橡膠的老化實質上發(fā)生的是酯化反應 【答案】A、C 例2 橡膠屬于重要的工業(yè)原料。它是一種有機高分子化合物，具有良好的彈性，但強度較差。為了增加某些橡膠制品的強度，加工時往往需要進行硫化處理，即將橡膠原料與硫磺在一定條件下反應；橡膠制品硫化程度越高，強度越大，同時彈性越差。下列橡膠制品中，加工時硫化程度較高的是（ ）。 A．醫(yī)用橡膠手套 B．皮鞋膠底 C．自行車內胎 D．橡皮筋 【答案】B 【解析】皮鞋膠底要求強度大，彈性差，此時硫化程度高。 類型二：功能高分子材料及復合材料的結構和性能 例3 下列材料屬于復合材料的是（ ）。 A．聚丙烯 B．鋁合金 C．黏合劑 D．玻璃鋼 【思路點撥】本題考查復合材料的結構、性能和應用等。 【答案】D 【解析】復合材料是由兩種或兩種以上的材料組合成的一種新型材料。復合材料可以發(fā)揮每一種材料的長處，并避免其缺點，這樣既可以充分利用資源，又可以節(jié)約能源。如玻璃鋼是以玻璃纖維作增強材料，樹脂作基體的復合材料，玻璃鋼是一種復合材料。 【總結升華】聚丙烯、黏合劑均屬于高分子材料，鋁合金是鋁和其他金屬的特殊混合物，都不是復合材料。 舉一反三： 　　【變式1】下列有關功能高分子材料的用途的敘述中，不正確的是（ ）。 A．高吸水性樹脂主要用于干旱地區(qū)抗旱保水、改造土壤、改造沙漠 B．離子交換樹脂主要用于分離和提純物質 C．醫(yī)用高分子可用于制造醫(yī)用器械和人造器官 D．聚乙炔膜可用于分離工業(yè)廢水和海水的淡化 【答案】D 類型三：合成材料對環(huán)境的危害 例4 環(huán)保專家預言：廢棄的地膜最終將成為禍害。武漢大學張俐娜教授提出用甘蔗渣、麥稈、蘆葦漿做原料生產“再生纖維素共混膜”的研究課題，終獲成功。使用“再生纖維素共混膜”不但能使農作物增產20％，而且其使用壽命一旦終結，其成分的30％可被微生物吃掉，剩余部分會在40多天內自動降解，對土壤無副作用。請回答下列問題： （1）普通地膜能造成什么“禍害”？ （2）有人建議焚燒處理這些普通塑料廢棄物，你認為可行嗎？為什么？ （3）寫出這種“再生纖維素共混膜”的主要化學成分（纖維素）的基本結構簡式，該薄膜降解可能生成什么？ 【答案】（1）普通地膜等塑料廢棄物性質穩(wěn)定，在自然界中難被生物降解，長期留在土壤中，會破壞土壤結構，降低土壤肥效，對農業(yè)生產造成危害。 （2）不行。焚燒廢棄塑料，尤其是含氯塑料會嚴重污染環(huán)境。 （3）[C6H7O2(OH)3]n，該薄膜降解可能生成CO2和H2O（及其他無機鹽）等。 【解析】塑料廢棄物形成污染的主要原因是所用的合成樹脂結構穩(wěn)定。不易降解成小分子。而“再生纖維素共混膜”可以自動降解。故可以防止污染的產生。 舉一反三： 【變式5】下列高分子在空氣中燃燒只生成CO2和H2O的是(　 ) 　　A、白明膠(動物膠)　　　　　 B、粘膠纖維 　　C、氯丁橡膠　　　　　　　　 D、毛發(fā) 　　【答案】B 　　【變式2】為了保護人類的生存環(huán)境，人們開始著手利用廢棄塑料，使它成為有用的資源： 　?、賍__________ ?、?____________ ?、?___________?？茖W家展望，21世紀的高分子化學，要制造出對環(huán)境友好的高分子，包括在環(huán)境中可降解的塑料。例如，以_________和__________為原料制成聚乙烯光降解塑料；以_____________和_____________為原料制成微生物降解塑料等。 　　【答案】①直接用作材料　 ②熱解成單體　 ③制成燃油和燃氣　 乙烯 　CO 　纖維素　 淀粉