高中化學(xué) 應(yīng)用廣泛的高分子材料 功能高分子材料（提高）知識(shí)講解學(xué)案 新人教版選修5.doc

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應(yīng)用廣泛的高分子材料 功能高分子材料 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1、了解常見(jiàn)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(jié)構(gòu)、性能和用途； 2、了解功能高分子材料在人類生產(chǎn)、生活中的重要應(yīng)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(lǐng)域中的應(yīng)用； 4、以合成高分子化合物的背景，了解有機(jī)合成在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高生活質(zhì)量方面的貢獻(xiàn)。 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(dǎo)電高分子、醫(yī)用高分子、高吸水性樹(shù)脂等）和復(fù)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(yīng)用最廣泛。 【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、塑料【高清課堂：應(yīng)用廣泛的高分子材料 功能高分子材料#應(yīng)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(shù)脂。在塑料的組成中除了合成樹(shù)脂外，還有根據(jù)需要加入的具有某些特定用途的加工助劑以改進(jìn)其性能。如，提高柔韌性的增塑劑，改進(jìn)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(shù)脂受熱 時(shí)的特征 熱塑性 以熱塑性樹(shù)脂為基本成分，受熱軟化，可以反復(fù)塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 熱固性 以熱固性樹(shù)脂為基本成分，加工成型以后變?yōu)椴蝗蹱顟B(tài)，如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等 按應(yīng)用范圍 及性能特點(diǎn) 通用塑料 通用性強(qiáng)，用途廣泛、產(chǎn)量大、價(jià)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(jī)械性能較好，強(qiáng)度高，可以代替金屬用作工程結(jié)構(gòu)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(zhì)。 （1）聚乙烯塑料的性質(zhì)。 ①聚乙烯塑料無(wú)嗅、無(wú)毒、具有優(yōu)良的耐低溫性能，最低使用溫度可達(dá)－100℃；化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸、堿的腐蝕；常溫下不溶于一般溶劑，吸水性??；電絕緣性能優(yōu)良。 ②聚乙烯塑料品種很多，應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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(shè)地下管道和建筑材料；纖維（線型低密度聚乙烯）用于生產(chǎn)漁網(wǎng)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(shù)脂。 ①酚醛樹(shù)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(shù)脂屬于熱固性塑料，體型酚醛樹(shù)脂受熱后都不能軟化或熔融，也不溶于任何溶劑。 ③酚醛樹(shù)脂主要用做絕緣、隔熱、難燃、隔音器材和復(fù)合材料。 要點(diǎn)二、合成纖維【高清課堂：應(yīng)用廣泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纖維】 1．化學(xué)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(xué)纖維： 人造纖維：如黏膠纖維 合成纖維：如“六大綸”、光導(dǎo)纖維等 纖維 2．合成纖維： 類型 特征和舉例 合成纖維 具有強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、不發(fā)霉、不怕蟲(chóng)蛀、不縮水等優(yōu)點(diǎn)。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(dǎo)纖維和防火纖維等 合成纖維性能優(yōu)異，原料來(lái)源豐富、價(jià)格便宜、用途廣泛、生產(chǎn)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(qiáng)度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質(zhì)輕保暖等優(yōu)點(diǎn)。 合成纖維除了改善了人們的穿著外，還被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和高科技的各個(gè)領(lǐng)域。 要點(diǎn)三、橡膠 1．橡膠是具有高彈性的高分子化合物。 2．根據(jù)來(lái)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(jīng)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(diǎn)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(diǎn)四、其他高分子材料 1．涂料。 （1）涂料是一種涂布于物體表面后能結(jié)成堅(jiān)韌保護(hù)膜的物質(zhì)，它常用于家具、道路指示牌以及船舶表面，可以起到保護(hù)、指示以及美化的作用。 （2）涂料的主要成分——成膜物質(zhì)（也稱固著劑），用于溶解成膜物質(zhì)的有機(jī)溶劑會(huì)污染環(huán)境。目前，涂料正向無(wú)毒溶劑或無(wú)溶劑化方向發(fā)展。 2．黏合劑。 （1）目前使用的黏合劑是以各種樹(shù)脂如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等為主要成分制成的。 （2）502瞬間強(qiáng)力膠是日常生活中常用的黏合劑，它是在聚-氰基丙烯酸乙酯中加入適當(dāng)填料制成的。 要點(diǎn)五、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(tuán)，使它們具有特殊的功能，以滿足光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)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(shù)脂 離子交換樹(shù)脂 光敏高分子 導(dǎo)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(shù)脂： ①有兩種方法可以獲得具有高吸水性能的樹(shù)脂： a．對(duì)淀粉、纖維素等天然吸水材料進(jìn)行改性，住它們的高分子鏈上再接上含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈，以提高它們的吸水能力。 b．以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)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(diǎn)是：都要在反應(yīng)中加入少量含有兩個(gè)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂。 ②高吸水性樹(shù)脂可在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、植樹(shù)造林時(shí)抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。 （2）離子交換樹(shù)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(wú)毒，可用于制造醫(yī)用器械和人造器官。 要點(diǎn)六、復(fù)合材料 1．概念。 復(fù)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(qiáng)劑。 2．性能。 復(fù)合材料一般具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合性能上超過(guò)單一材料。 3．應(yīng)用。 復(fù)合材料主要應(yīng)用于宇宙航空工業(yè)、汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、體育用品、人類健康等方面。 要點(diǎn)七、合成材料的應(yīng)用及發(fā)展 合成材料廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)藥衛(wèi)生、交通及日常生活等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)材料的需求在逐漸增多，對(duì)重要的通用有機(jī)高分子材料繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和推廣，使它們的性能不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在人們的生產(chǎn)和生活中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 合成材料的快速發(fā)展與大量應(yīng)用，其廢棄物的急劇增加帶來(lái)了環(huán)境污染，一些塑料制品所帶來(lái)的“白色污染”尤為嚴(yán)重。目前，治理“白色污染”主要應(yīng)從減少使用和加強(qiáng)回收開(kāi)始，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可逐步以可降解塑料取代現(xiàn)在普遍使用的塑料，從根本上解決“白色污染”問(wèn)題。 【典型例題】 類型一：合成材料的性能及用途 例1 下列原料或制成的產(chǎn)品中，如出現(xiàn)破損不可以進(jìn)行熱修補(bǔ)的是（ ）。 A．聚氯乙烯涼鞋 B．電木插座 C．自行車內(nèi)胎 D．聚乙烯塑料膜 【思路點(diǎn)撥】本題考查對(duì)合成材料的性能、用途的理解與掌握以及對(duì)三大合成材料的優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比與分析。 【答案】B 【解析】聚氯乙烯涼鞋、自行車內(nèi)胎、聚乙烯塑料膜等都是用熱塑型塑料樹(shù)脂加工而成的，可以反復(fù)加工，多次使用，出現(xiàn)破損時(shí)可進(jìn)行熱修補(bǔ)，而電木插座是用熱固性塑料電木加工而成的，受熱不熔化，出現(xiàn)破損時(shí)不能進(jìn)行熱修補(bǔ)。 【總結(jié)升華】熱塑性塑料是以熱塑性樹(shù)脂為基本成分，受熱軟化，可以反復(fù)塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等；熱固性塑料是以熱固性樹(shù)脂為基本成分，加工成型以后變?yōu)椴蝗蹱顟B(tài)，如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等。 舉一反三： 　　【變式1】下列原料或制成的成品中，可溶于有機(jī)溶劑的是（ ）。 A．有機(jī)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(shuō)法中正確的是（ ）。 A．合成纖維和人造纖維可統(tǒng)稱為化學(xué)纖維 B．酚醛樹(shù)脂和聚氯乙烯都是熱固性塑料 C．錦綸絲接近火焰時(shí)先蜷縮，燃燒時(shí)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?yàn)槠浞肿渔溕虾辛u基的緣故 【答案】A、D 　　【變式3】下列說(shuō)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(yán)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(shí)質(zhì)上發(fā)生的是酯化反應(yīng) 【答案】A、C 例2 下列說(shuō)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(nóng)副產(chǎn)品 C．化學(xué)纖維的原料可以是天然纖維 D．生產(chǎn)合成纖維的過(guò)程中發(fā)生的是物理變化 【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(chǎn)合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品，在生產(chǎn)過(guò)程中必包含有加聚或縮聚反應(yīng)，應(yīng)屬化學(xué)變化；化學(xué)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(jīng)化學(xué)加工制成的。 類型二：功能高分子材料及復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能 例3 下列有關(guān)新型高分子材料的說(shuō)法中，不正確的是（　 ） 　　A、高分子分離膜應(yīng)用于食品工業(yè)中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀造業(yè)等 　　B、復(fù)合材料一般是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強(qiáng)劑 　　C、導(dǎo)電塑料是應(yīng)用于電子工業(yè)的一種新型有機(jī)高分子材料 　　D、合成高分子材料制成的人工器官都受到人體的排斥作用，難以達(dá)到生物相容的程度 　　【思路點(diǎn)撥】本題考查有關(guān)新型高分子材料的知識(shí)，認(rèn)識(shí)功能材料對(duì)人類社會(huì)生產(chǎn)的重要性；了解高分子膜、導(dǎo)電分子、可降解塑料等各種高分子材料的性能和應(yīng)用。 　　【答案】D 　　【解析】并不是所有人工合成的高分子材料植入人體都出現(xiàn)排斥反應(yīng)，有不少的新型高分子材料具有優(yōu)異的生物兼容性，在人體中排異很小，可以滿足人工器官對(duì)材料的苛刻要求。 　　【總結(jié)升華】高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過(guò)功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜，以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動(dòng)力，使氣體混合物、液體混合物或有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的溶液等分離技術(shù)相比，具有省能、高效和潔凈等特點(diǎn)，因而被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。膜分離過(guò)程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來(lái)制備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來(lái)制備分離膜的高分子材料有許多種類?，F(xiàn)在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機(jī)硅等。膜的形式也有多種，一般用的是平膜和空中纖維。推廣應(yīng)用高分子分離膜能獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如，利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節(jié)約能源：利用反滲透進(jìn)行海水淡化和脫鹽、要比其它方法消耗的能量都?。焕脷怏w分離膜從空氣中富集氧可大大提高氧氣回收率等。 舉一反三： 　　【變式1】除了傳統(tǒng)的三大合成材料以外，又出現(xiàn)了高分子分離膜，具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料，醫(yī)用高分子材料，隱形高分子材料和液晶高分子材料等許多新型有機(jī)高分子材料。試根據(jù)下列用途判斷新型有機(jī)高分子材料的種類。 （1）用于海水和苦咸水的淡化方面：________。 （2）用于制造人工器官（如人工心臟）的材料：________。 【答案】（1）高分子分離膜 （2）醫(yī)用高分子材料（如硅聚合物和聚氨酯等高分子材料） 類型三：合成材料對(duì)環(huán)境的危害 “ 例4 環(huán)保專家預(yù)言：廢棄的地膜最終將成為禍害。武漢大學(xué)張俐娜教授提出用甘蔗渣、麥稈、蘆葦漿做原料生產(chǎn)“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(nóng)作物增產(chǎn)20％，而且其使用壽命一旦終結(jié)，其成分的30％可被微生物吃掉，剩余部分會(huì)在40多天內(nèi)自動(dòng)降解，對(duì)土壤無(wú)副作用。請(qǐng)回答下列問(wèn)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(rèn)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(xué)成分（纖維素）的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，該薄膜降解可能生成什么？ 【思路點(diǎn)撥】廢棄的地膜因?yàn)殡y在自然界降解，會(huì)造成“白色污染”。明確造成污染的原因即可找到解答題目的思路。 【答案】（1）普通地膜等塑料廢棄物性質(zhì)穩(wěn)定，在自然界中難被生物降解，長(zhǎng)期留在土壤中，會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤肥效，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害。 （2）不行。焚燒廢棄塑料，尤其是含氯塑料會(huì)嚴(yán)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(wú)機(jī)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(shù)脂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。不易降解成小分子。而“再生纖維素共混膜”可以自動(dòng)降解。故可以防止污染的產(chǎn)生。 【總結(jié)升華】對(duì)廢棄的塑料制品造成的‘白色污染’的原因、后果及預(yù)防的考查”、“對(duì)為避免“白色污染”而使用的新材料的考查”都是近幾年考試中出現(xiàn)頻度較高的測(cè)試內(nèi)容，需要熟練掌握化學(xué)用語(yǔ)的使用。 舉一反三： 　　【變式1】據(jù)CCTV《科技博覽》報(bào)道，近年來(lái)中科院首創(chuàng)用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳，下列相關(guān)說(shuō)法合理的是（ ）。 A．聚二氧化碳塑料是通過(guò)加聚反應(yīng)制得的 B．聚二氧化碳塑料與干冰互為同素異形體 C．聚二氧化碳塑料與干冰都是純凈物 D．聚二氧化碳塑料的使用會(huì)產(chǎn)生“白色污染” 【答案】A 【變式2】為了保護(hù)人類的生存環(huán)境，人們開(kāi)始著手利用廢棄塑料，使它成為有用的資源： 　　①___________ ?、?____________ ?、?___________。科學(xué)家展望，21世紀(jì)的高分子化學(xué)，要制造出對(duì)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?xì)狻?乙烯 　CO 　纖維素　 淀粉