高中化学人教版 (2019)选择性必修3第二节 高分子材料学案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修3第二节 高分子材料学案设计，共11页。

1．了解塑料、合成纤维、合成橡胶的结构、性能和用途。
2．依据高分子化合物的结构，认识物质结构对性能的影响。
3．知道功能高分子材料的分类，了解其在生产生活及科学领域的应用。
图说考点
必备基础——自学·尝试
[新知预习]
一、通用高分子材料
1．塑料
(1)分类：
①______塑料，如聚乙烯等制成的塑料制品，可以反复加热熔融加工；
②______塑料，如用酚醛树脂等制成的塑料制品，不能加热熔融，只能一次成型。
(2)常见的塑料
①聚乙烯
②酚醛树脂
a．概念：酚醛树脂是用____与____在酸或碱催化下相互缩合而成的高分子。
b．形成：在酸催化下，等物质的量的甲醛和苯酚反应形成____结构高分子。其反应为：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
________________________________________________________________________。
在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量的甲醛与苯酚反应，生成____结构的酚醛树脂。
2．纤维
(1)纤维的分类
(2)合成纤维的优点是______，______________，但在______、______等方面不如天然纤维。合成纤维中，____具有较好的吸湿性，被称为“人造棉花”。
3．合成橡胶
(1)橡胶的分类
(2)合成橡胶
①原料：以____、______为原料，以二烯烃和烯烃等为单体，聚合而成。
②性能：______、______、耐燃性、耐油性、______和________等方面有独特的优势。
二、功能高分子材料
1．高吸水性树脂——亲水性高聚物
(1)合成方法：对________等天然吸水材料进行改性，在它们的主链上再接入带有________的支链，以提高它们的吸水能力。
(2)性能：可吸收几百至几千倍于自重的水，同时____能力强，还能耐一定的____作用。
(3)应用：干旱地区用于农业、林业、植物造林时抗旱保水，改良土壤，改造沙漠。
2．高分子分离膜
(1)分类：根据膜孔大小可分为微滤膜、__________、纳滤膜和__________等。
(2)应用：海水淡化、饮用水制取以及果汁__________、乳制品加工、药物提纯和血液________等领域。
[即学即练]
1．判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)。
(1)塑料根据其加热是否能熔融分为热塑性塑料和热固性塑料。( )
(2)高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点高，密度大。( )
(3)合成高分子化合物的结构有三类：线型结构、支链型结构和网状结构。( )
(4)天然纤维和合成纤维均属于纤维素。( )
(5)由淀粉等物质制取网状结构的淀粉是为了增强其稳定性。( )
2．酚醛树脂的制成品——电木不能进行热修补，主要是因为电木( )
A．是线型高分子材料，不具有热塑性
B．是体型高分子材料，不具有热塑性
C．是线型高分子材料，具有热塑性
D．是合成材料，具有热塑性
3．下列材料中，属于功能高分子材料的是( )
①高分子膜 ②生物高分子材料
③导电高分子材料④离子交换树脂
⑤医用高分子材料 ⑥高吸水性树脂
A．仅①③⑤⑥ B．仅②④⑤⑥
C．仅②③④⑤ D．①②③④⑤⑥
4．下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，不正确的是( )
A．高吸水性树脂可用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠
B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质
C．医用高分子可用于制造医用器械和人造器官
D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水的淡化
5．人造海绵的主要成分是聚氨酯，合成方法如图，下列说法中正确的是( )
A．聚氨酯分子里有2个肽键
B．聚氨酯分子与HOCH2CH2OH不可能有共同的官能团
C．合成聚氨酯的化学反应属于加聚反应
D．聚氨酯含有3种sp3原子轨道杂化型原子
6．已知：请以丙酮为原料，选用其他必要的试剂合成有机玻璃E，其工艺流程为
(1)写出下列物质的结构简式：A____________；C______________；E______________。
(2)写出B→C的化学方程式：_________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)C→D、D→E的反应类型分别为________、________________。
(4)上述流程中发生的反应属于取代反应的有________。(填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→E”)
核心素养——合作·分享
提升点一 酚醛树脂制备及性质
例1. 实验室制取少量酚醛树脂的过程如下：在大试管中加入2.5 g苯酚，加入2.5 mL质量分数为40%的甲醛溶液，再加入1 mL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)本实验中还用到乙醇，其作用是______________________________
________________________________________________________________________。
(4)写出该反应的化学方程式：________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)该反应所属的反应类型是______________。
[提升1] 酚醛树脂可用苯酚和甲醛反应制得。实验室制备酚醛树脂时，在酸性条件下，若制得的酚醛树脂不易取出，则可趁热加入一些乙醇来取出酚醛树脂；在碱性条件下，若制得的酚醛树脂不易取出，则用加热或加溶剂的方法都很难将酚醛树脂取出。下列有关叙述正确的是( )
A．酸性条件下制得的是具有网状结构的酚醛树脂，碱性条件下制得的是具有线型结构的酚醛树脂
B．酸性条件下制得的是具有线型结构的酚醛树脂，碱性条件下制得的是具有网状结构的酚醛树脂
C．两种条件下制得的都是具有线型结构的酚醛树脂
D．两种条件下制得的都是具有网状结构的酚醛树脂
关键能力
酚醛树脂的制备及性质
状元随笔 制备酚醛树脂实验的易错点
(1)加热方式错误
实验室制备酚醛树脂时，应采用水浴加热，若直接加热，则错误。由于水浴加热到接近沸腾，故制备酚醛树脂的装置中不需要温度计。
(2)没有冷凝回流装置
错误装置： 正确装置：
提升点二 高分子材料结构与性质
例2. 使用一次性聚苯乙烯等材料带来的白色污染是极为严重的环境问题之一。最近研制出的一种可降解塑料，代号为3HB，结构简式为，具有良好的生物适应性，能在自然界中自行降解。请回答下列问题：
(1)该可降解塑料在自然界中可通过________(填序号)反应降解为该聚合物单体。
A．加成 B．消去
C．水解 D．氧化
(2)该聚合物的单体的结构简式为________________________________________________________________________，
该单体具有的官能团名称为________________________________________________________________________。
(3)1 ml该单体分别与钠和碳酸氢钠完全反应时，消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为________。
[提升2] 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，天然橡胶是聚异戊二烯的聚合物，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。
状元随笔 橡胶硫化的注意问题
(1)橡胶的硫化交联程度不宜过大，否则会使橡胶失去弹性。
(2)具有类似顺丁橡胶
结构特点(含有碳碳双键)的橡胶，都可以通过硫化改变其性能。
关键能力
高分子化合物的结构与性质
1．高分子化学反应的特点
(1)与结构的关系
结构决定性质，高分子的化学反应主要取决于结构特点、官能团与基团之间的影响。如碳碳双键易氧化和加成，酯基易水解、醇解，羧基易发生酯化、取代等反应。
(2)常见的有机高分子化学反应
①降解
在一定条件下，高分子材料降解为小分子。如有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)热解为甲基丙烯酸甲酯；聚苯乙烯用氧化钡处理，能分解为苯乙烯。常见的高分子降解方法有：生物降解塑料，化学降解塑料，光降解塑料等。
②橡胶硫化
天然橡胶经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键(—S—)或双硫键(—S—S—)，线型结构变为体型结构。
③催化裂化
塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃气体等。
2．高分子化合物的结构与性质
素养形成——自测·自评
1.某种具有较好耐热性、耐水性和高频电绝缘性的高分子化合物的结构片段为
则生成该树脂的单体的种数和化学反应所属类型正确的是( )
A．1种 加聚反应 B．2种 缩聚反应
C．3种 加聚反应 D．3种 缩聚反应
2．现有两种高聚物A、B，已知A能溶于氯仿等有机溶剂，并加热到一定条件下熔融成粘稠的液体，B不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中一定不正确的是( )
A．高聚物A可能具有弹性，B可能没有弹性
B．高聚物A可能是线型高分子材料
C．高聚物A一定是体型高分子材料
D．高聚物B可能是体型高分子材料
3．关于天然橡胶的下列叙述中，不正确的是( )
A．天然橡胶是天然高分子化合物
B．天然橡胶受空气、日光作用，不会老化
C．天然橡胶能溶于苯、汽油等有机溶剂
D．天然橡胶含有双键，能发生加成反应
4．食品保鲜膜按材质分为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等种类。PE保鲜膜可直接接触食品，PVC保鲜膜则不能直接接触食品，它对人体有潜在危害。下列有关叙述不正确的是( )
A．PE、PVC都属于链状高分子化合物，受热易熔化
B.PE、PVC的单体都是不饱和烃，能使溴水褪色
C.焚烧PVC保鲜膜会放出有毒气体如HCl
D．废弃的PE和PVC均可回收利用以减少白色污染
5．下列物质不属于功能高分子材料的是( )
A．导电高分子材料 B．离子交换树脂
C．高吸水性树脂 D．酚醛树脂
6．现有下列高分子化合物，请从下列各项中选择出最恰当的选项，将代号填入下表。
(1)高分子结构示意图：
(2)高分子材料的主要性质特点：
A．具有热塑性 B．可溶于有机溶剂
C．不溶于有机溶剂 D．具有固定的熔点
(3)主要应用：
(a)用于制备塑料薄膜
(b)用于制备光学仪器
(c)用于制备车辆轮胎
7.使用有机材料制成的薄膜，给环境造成的“白色污染”后果十分严重。我国最近研制成功的几种可降解塑料结构简式如下：
这几种塑料有良好的生物适应性和分解性，能自然腐烂分解。试回答下列问题：
(1)可降解塑料A、B、C对应的三种单体依次是________、________、________。
(2)可降解塑料在自然界可通过________(填反应类型)进行降解。
第二节 高分子材料
必备基础
新知预习
一、
1．(1)①热塑性 ②热固性
(2)①较小 较大 较低 较高 较小 较大 较小 较大
②酚 醛 线型
网状
2．(1)天然 棉花 羊毛 蚕丝 麻 化学
(2)强度高 做成的衣服挺括不易起皱 透气性 吸湿性 维纶
3．(1)天然 合成 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶
(2)①石油 天然气 ②耐磨性 耐寒性 耐热性 耐腐蚀性
二、
1．(1)淀粉、纤维素 强亲水基团 (2)保水 挤压
2．(1)超滤膜 反渗透膜 (2)浓缩 透析
即学即练
1．答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)×
2．答案：B
3．解析：常用的功能高分子材料包括高分子膜、医用高分子材料、高吸水性树脂、离子交换树脂、光敏高分子材料、导电高分子材料、生物高分子材料、高分子催化剂和试剂等。
答案：D
4．答案：D
5．解析：A错，聚氨酯分子里每个链节都有2个肽键，整个分子里有2n个肽键；B错，HOCH2CH2OH分子有—OH，聚氨酯分子长链的“OCH2CH2O”端也有—OH；C对，合成聚氨酯的化学反应可看作“H—O”与“N===C”的加成反应，属于加聚反应；D错，聚氨酯中有sp3原子轨道杂化的原子是“NH”中的N和“CH2”中的C。
答案：C
6．解析：根据题给信息及工艺流程中各物质间的转化关系可知，合成有机玻璃的过程为
答案：
(2)
(3)酯化反应 加聚反应
(4)A→B、C→D
核心素养
例1 解析：制取酚醛树脂时，甲醛和苯酚在酸作催化剂的条件下用沸水浴加热可制得线型结构的热塑性酚醛树脂，该树脂可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，所以可以用乙醇清洗盛酚醛树脂的试管。
答案：(1)催化剂
(2)B
(3)清洗盛酚醛树脂的试管
(4)
(5)缩聚反应
提升1 解析：具有线型结构的有机高分子化合物能溶解在适当的溶剂里，酸性条件下制得的酚醛树脂能溶在乙醇里，说明酸性条件下得到的是具有线型结构的酚醛树脂；具有网状结构的有机高分子化合物不易溶解，故碱性条件下得到的是具有网状结构的酚醛树脂。
答案：B
例2 答案：(1)C
(2) 羧基和(醇)羟基
(3)2∶1
提升2 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，通过双硫键使高分子链发生交联，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，其分子中含有两个碳碳双键，能发生加成反应，故能使溴水褪色。
答案：(1)天然橡胶是线型结构 线型结构 网状结构 不能 (2)能
素养形成
1．答案：D
2．解析：由A、B的性质知，A为线型高分子材料，B为体型高分子材料。
答案：C
3．解析：天然橡胶的链节为，其结构中含，会受空气、日光作用，逐渐被氧化而老化。
答案：B
4．解析：PVC的单体是CH2===CHCl，它不属于烃类。
答案：B
5．答案：D
6．解析：(1)硫化橡胶为体型结构；聚乙烯是线型结构，无支链；有机玻璃也是线型结构，但有支链。
(2)线型结构的高分子具有热塑性，可溶于有机溶剂；体型结构的高分子不具有热塑性(有的有热固性)，不溶于有机溶剂。高分子材料，不论线型结构，还是体型结构，都是混合物，没有固定的熔沸点。
(3)硫化橡胶常用于车辆轮胎；聚乙烯可制备塑料薄膜；有机玻璃可制造光学仪器。
答案：
7.解析：从结构特点来看，题中几种塑料都是由羟基和羧基通过缩聚反应生成的，其单体都是羟基酸。塑料通过水解反应而降解为小分子。
答案：(1)
HO—(CH2)3—COOH
(2)水解(或取代)反应
高压聚乙烯
低温低压聚乙烯
合成条件
高温高压引发剂
低温低压催化剂
分子结构类型
支链型
线型
相对分子质量
相对____
相对____
软化温度
相对____
相对____
密度
相对____
相对____
硬度
相对____
相对____
溶解性
可溶于适当
有机溶剂
可溶于适当
有机溶剂
用途
制作薄膜
制作板、管、桶等
酸催化
碱催化
实验
操作
b.待混合物接近沸腾时，取出试管并用玻璃棒搅拌反应物，观察现象；
c.待试管冷却至室温后，向试管中加入适量乙醇，观察现象；
d.再把试管放在热水浴中加热，观察现象
实验
现象
混合溶液变浑浊，有黏稠的粉红色物质生成；加入乙醇，不溶解；再加热，黏稠物质溶解
混合溶液变浑浊，有黏稠的乳黄色物质生成；加入乙醇，不溶解；再加热，黏稠物质仍不溶解
结论
在酸催化下，生成的线型结构的酚醛树脂具有热塑性
在碱催化下，生成的网状结构的酚醛树脂具有热固性
线型高分子
体型(网状)高分子
结构
分子中的原子以共价键相连，构成一条很长的卷曲状态的“链”
分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来，形成三维空间的网状结构
溶解性
能缓慢溶解于适当溶剂
很难溶解，但往往有一定程度的胀大
性能
具有热塑性，无固定熔点
具有热固性，受热不熔化
特性
强度大、可拉丝、绝缘性好
强度大、绝缘性好
常见
物质
聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶
酚醛树脂、硫化橡胶