专题19高分子材料（教材深度精讲）高二化学知识整合讲练（人教版2019选择性必修3）（原卷版）

专题19高分子材料（教材深度精讲）【核心素养分析】1.宏观辨识与与微观探析：了解合成高分子材料（塑料、纤维、橡胶）的性质和用途；了解功能高分子材料的结构特点和重要性能。2.科学态度与社会责任：了解合成高分子化合物在高新技术领域的应用以及在发展经济、提高生活质量方面的贡献。【知识导图】【目标导航】本专题知识在高考中主要考查的知识点有：三大合成材料的成分、特性和用途，功能高分子材料的特性及用途。通常以选择题的一个选项或非选择题的填空形式出现，内容基础，关键是对知识，点的识记和应用，难度较小。【重难点精讲】一、高分子材料的命名和分类1、命名(1)天然高分子一般有习惯使用的专有名称，如淀粉纤维素、蛋白质、RNA、DNA等。(2)合成高分子的名称一般在单体名称前加上“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯等。由两种单体聚合成的高聚物的命名法：在缩合产物或两种单体前加“聚”，如聚对苯二甲酸乙二酯等；在两种单体名称后加上“树脂”，如脲醛树脂（由尿素与甲醛合成）等。(3)合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”，如乙（烯）丙（烯）橡胶、顺丁（二烯）橡胶等。(4)合成纤维的名称常用“纶”，如涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯纤维)、氯纶（聚氯乙烯纤维）等。2、分类二、通用高分子材料1、塑料1）塑料的成分：主要成分是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂等；辅助成分是改善塑料性能的加工助剂：为提高柔韧性加入增塑剂，为提高耐热性加入热稳定剂，为赋予它各种漂亮的颜色加入着色剂。【名师提醒】合成树脂和塑料的关系1.树脂是指未加工处理的聚合物，没有添加各种加工助剂，而塑料是由合成树脂及各种加工助剂组成的，塑料的主要成分是合成树脂。这两个名词有时也混用，因为有些塑料基本上是由合成树脂组成的，不含或含少量其他加工助剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。2.塑料的基本性能主要取决于树脂的性质，但加工助剂也起着重要作用。2）塑料的分类(按树脂受热时的特征)(1)热塑性塑料：为线型结构，可以反复加热熔融加工，可以多次成型，多次使用，如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料。(2)热固性塑料：为体型结构，不能加热熔融，只能一次成型，但加工成型后就不会受热熔化，如用具有不同结构的酚醛树脂等制成的塑料。(3)判断方法；①根据溶解性判断：能溶于适当溶剂的高分子材料一般为线型结构，如聚乙烯、聚氯乙烯等；在溶剂中难溶解的高分子材料一般为体型结构，如酚醛塑料等。②根据热塑性、热固性判断：具有热塑性，受热能熔化的高分子材料具有线型结构；具有热固性，受热不熔化的高分子材料具有体型结构。3）常见的塑料(1)聚乙烯高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比高压法聚乙烯低压法聚乙烯聚合反应条件150MPa～300MPa，200℃左右，使用引发剂0.1MPa～2MPa，60～100℃，使用催化剂高分子链的结构含有较多支链支链较少密度/(g·cm－3)～0.93(较低)～0.97(较高)类别低密度聚乙烯(LDPE)高密度聚乙烯(HDPE)软化温度/℃105～120120～140主要性能无毒，较柔软无毒，较硬高分子链较短较长相对分子质量较低较高用途生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等生产瓶、桶、板、管等【名师提醒】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聚乙烯(一般高分子化合物)具有一定弹性的原因是聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳单键相连，常温下聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转，使分子链不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态。大量聚乙烯分子纠缠在一起，好像一团乱麻。当有外力作用时，卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直，除去外力又恢复卷曲状态。=3\*GB3③两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融。(2)酚醛树脂①含义：是用酚类(如苯酚或甲苯酚)和醛类(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。②合成——实验5-1p140酸催化碱催化实验操作a．a．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．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a．在酸(浓盐酸)催化下，等物质的量苯酚与甲醛反应，苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的羰基加成生成羟甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子b．在碱(浓氨水)催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三强甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂=3\*GB3③制备和结构④结构特点：具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于一般溶剂。⑤用途：酚醛树脂主要用作绝缘（开关、灯头）、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。可用于烹饪器具的手柄，一些电器与汽车的零部件，火箭发动机、返回式卫星和宇宙飞船外壳等的烧蚀材料。(3)脲醛树脂：可以用尿素(H2NCONH2)与甲醛缩聚反应合成4）线型高分子与网状结构高分子性质比较线型高分子网状结构高分子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、吹薄膜、绝缘性好强度大、绝缘性好，无可塑性2、合成纤维1）纤维的定义：指凡具备或可以保持长度大于本身直径100倍的均匀线条或丝状的线型高分子材料。2）纤维的分类(1)天然纤维：棉花、羊毛、蚕丝和麻等是大自然赋予人们的天然纤维，天然纤维又分为植物纤维和动物纤维。植物纤维是富含多糖纤维素，只含C、H、O三种元素(如：棉花、麻等)，动物纤维主要成分是蛋白质，蛋白质在蛋白酶的作用下可水解(如：羊毛和蚕丝等)(2)化学纤维：化学纤维指的是用天然或人工合成的高分子物质经化学、机械加工而制得的纤维，包括再生纤维和合成纤维(3)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(4)合成纤维：以石油、天然气、煤和农副产品等为原料加工制得的单体，再经过聚合反应而制得的纤维。其原料本身不是纤维。①合成纤维的性能：合成纤维的优点是强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等，但在吸湿性、透气性等方面不如天然纤维。合成纤维中维纶具有较好的吸湿性，被称为“人造棉花”②合成纤维的“六大纶”是指涤纶(的确良)、锦纶(尼龙)、腈纶(人造羊毛)、丙纶、维纶和氯纶常见“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H2N(CH2)5COOH耐磨、强度高、耐光、耐碱、有弹性衣料、绳索、渔网等腈纶CH2CH—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CH2CH—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CH3COOCHCH2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CH2CH—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3）常见的合成纤维(1)聚酯纤维——涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯纤维)①合成纤维中目前产量最大的是聚酯纤维中的涤纶。涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。其合成反应为②涤纶性能：强度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得改进。③涤纶用途：是应用最广泛的合成纤维品种，大量用于服装与床上用品(如运动服、被套、睡袋等)、各种装饰布料、国防军工特殊织物(航天服、降落伞)，以及工业用纤维制品(过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子线、传送带)等。(2)聚酰胺纤维——锦纶66或尼龙66(聚己二酰己二胺纤维)①聚己二酰己二胺纤维不溶于普通溶剂，耐磨，强度高，是由H2N—(CH2)6—NH2和HOOC(CH2)4COOH合成的，其合成反应如下：②尼龙66性能：不溶于普通溶剂，熔化温度高于260℃，拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨性和强度较大。③尼龙66用途：生产丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等。(3)高强度芳纶纤维合成4）合成纤维的性能①优点:具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等；②缺点：吸湿性和透气性明显不及天然纤维。3、合成橡胶1）橡胶的概念橡胶是一类具有弹性的物质，在外力作用下，橡胶的形状发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状2）橡胶的分类3）天然橡胶(1)单体：异戊二烯即2­甲基­1,3­丁二烯(2)合成反应方程式为：【思考与讨论】p145参考答案：。4）合成橡胶(1)原料：以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃等为单体，聚合而成(2)性能：具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油性、耐高温或耐低温等性能(3)顺丁橡胶合成：顺丁橡胶是以1,3-丁二烯为原料，在催化剂作用下，通过加聚反应，得到以顺式结构为主的聚1,3-丁二烯(4)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双键打开，以二硫键(—S—S—)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。【名师提醒】绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性元素(如硫)，故橡胶有较强的还原性。因此，在实验室中盛放强氧化性物质(如高锰酸钾)的试剂瓶不能用橡胶塞。(5)顺丁橡胶的用途：顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造轮胎。(6)几种常见的合成橡胶名称单体结构简式顺丁橡胶CH2=CH—CH=CH2丁苯橡胶(SBR)氯丁橡胶(CR)4、高分子化合物的结构与性质1）有机高分子的结构及其性能(高分子化合物有线型、支链型和体型结构)基本类型结构特点性质特点常见物质线型结构分子中的原子以共价键相互连接，构成一条很长的卷曲状态的“链”在适当的溶剂中能缓慢溶解，加热能熔融，硬度和脆度较小，具有热塑性，无固定熔点，强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好低压聚乙烯、、聚氯乙烯、天然橡胶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体型结构(网状结构)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不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆度较大；不能反复熔化，只能一次加工成型(热固性)，强度大、绝缘性好碱作催化剂时制备的酚醛树脂2）有机高分子化合物的性质，主要有四个方面(1)一般线型的高分子化合物可溶于有机溶剂，网状的一般难溶于有机溶剂，有的只有一定程度的溶胀(2)线型的具有热塑性，体型的具有热固性(3)它们一般不导电(4)它们往往易燃烧，线型高分子化合物一般不耐高温3）有机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、化学降解、光降解等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(网状)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。【思考与讨论】p141参考答案（1）高分子结构的比较线型结构支链型结构网状结构结构特点由许多链节相互连成一条长链，且大多数呈卷曲状与线型结构类似，但在主链上存在较多长短不一的支链，分子排列松散，分子间作用力弱一般由多官能团单体相互作用，使主链与主链间以共价键相连接，形成立体网状结构结构模型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、吹薄膜、绝缘性好，具有热塑性强度大、绝缘性好，具有热固性举例低压法聚乙烯高压法聚乙烯碱催化下制备的酚醛树脂（2）H2NCONH2+HCHOH2NCONHCH2OH+H2OnH2NCONHCH2OH+(n-1)H2O三、功能高分子材料1、定义：具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。如，高分子催化剂；各种滤膜；磁性高分子；形状记忆高分子；高吸水性材料；医用高分子材料；高分子药物等2、分类功能高分子材料eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(高吸水性树脂,磁性高分子,高分子药物,高分子分离膜,医用高分子,高分子催化剂,形状记忆高分子))3、高吸水性树脂(1)结构特点①含有强亲水性原子团(如羧基、羟基、酰氨基等)的支链②具有网状结构(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)改进思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子(4)合成方法①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性。在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可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反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可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这两种方法有一个共同特点，都要在反应中加入少量交联剂，让线型结构变为网状结构(5)应用：可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；可用于婴幼儿使用的纸尿裤【思考与讨论】p147参考答案：橡胶加交联剂的目的是变支链型结构为体型结构，使其具有不变黏、弹性较高、耐热性好、拉伸强度大、有机溶剂中不溶解、不易折断等；高吸水性树脂加交联剂的目的是变支链型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。4、高分子分离膜(1)分离原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一侧，称为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。(2)特点：让某些物质有选择地通过，而把另外一些物分离掉。(3)分类：分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。(4)制作材料：主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。(5)应用：高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等。5、功能高分子材料的比较常见功能高分子材料主要功能主要应用高分子膜高分子分离膜选择性地允许某些物质通过①废水处理②海水淡化③浓缩果汁、乳制品加工、酿酒等高分子传感膜把化学能转换成电能①发电②开发新型电池高分子热电膜把热能转换成电能①发电②开发新型电池医用高分子材料①具有优异的生物相容性②具有某些特殊功能人造器官四、白色污染与高分子降解(1)废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。为了根除“白色污染”，人们联想到淀粉、纤维素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光线的光敏剂的帮助下也能降解的事实，研究出微生物降解和光降解两类高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再进一步转变为CO2和H2O等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用下，高分子的化学键被破坏而发生降解。它们为消除“白色污染”带来了希望(2)一些微生物降解高分子，如聚乳酸()具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可以用于手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释材料等，手术后不用拆线或取出固定材料，减轻了患者与医生的负担。现在还出现了聚乳酸与淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和药品包装等；以及加入光敏剂的聚乙烯等光降解塑料，可用于农用地膜、包装袋等(3)近年来，我国科学工作者已成功研究出以CO2为主要原料生产可降解高分子材料的技术。CO2是稳定分子，要让它转化为高分子是很困难的。然而他们发现稀土催化剂能活化CO2，使之与环氧丙烷()等反应生成聚合物。这种工艺目前已投入小规模生产，为消除“白色污染”和减轻温室效应作出了贡献【典题精练】考点1、考查高分子化合物的组成、