高中化学讲义基础课时20　高分子材料

第二节高分子材料基础课时20高分子材料课标要求1.了解高分子化合物结构与性能之间的关系。2.了解塑料、合成纤维、合成橡胶的性能和用途。3.知道功能高分子材料的分类，能举例说明其在生产生活、高新技术领域中的应用。一、通用高分子材料1.高分子材料的分类2.塑料(1)塑料的成分(2)塑料的分类(3)聚乙烯高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的比较分类高压法聚乙烯低压法聚乙烯合成条件高温、高压、引发剂低压、催化剂产品低密度聚乙烯高密度聚乙烯分子结构类型支链型线型相对分子质量相对较小相对较大软化温度相对较低相对较高密度相对较小相对较大主要性能无毒、较柔软无毒、较硬(4)酚醛树脂①在酸催化下的化学方程式为,＋(n－1)H2O。②在碱催化下，苯酚与过量甲醛反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，然后加热继续反应，生成网状结构的酚醛树脂。③酚醛树脂的用途主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料，如烹饪器具手柄，电器与汽车的零部件等。3.合成纤维(1)纤维的分类纤维eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(天然纤维：如羊毛、棉花、蚕丝、麻等,化学纤维\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(再生纤维：如人造丝、人造,棉花等,合成纤维：如“六大纶”等))))①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。②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。③六纶包括：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶。其性能具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等优点，除维纶外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不足。(2)常见合成纤维的合成①聚酯纤维：聚对苯二甲酸乙二酯纤维合成的化学方程式为＋(2n－1)H2O。②聚酰胺纤维：聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)合成的化学方程式为nH2N—(CH2)6—NH2＋nHOOC(CH2)4COOH ＋(2n－1)H2O。4.合成橡胶(1)性能及应用橡胶是一类具有弹性的物质，在外力作用下，橡胶的形状会发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状。橡胶在耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等方面有着独特的优势。广泛应用于工业、农业、国防、交通及日常生活的方方面面。(2)合成橡胶的发展合成橡胶在20世纪初就出现，40年代得到迅速发展。现在已经有丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等。(3)顺丁橡胶①合成反应以1，3－丁二烯为原料，在催化剂作用下发生加聚反应，得到以顺式为主的聚合物，反应方程式为：nCH2=CH—CH=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))。②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。1.下列说法中正确的是()A.塑料在自然环境下不易分解，会造成“白色污染”B.用于包装食品的塑料通常是聚氯乙烯塑料C.天然纤维是不能再被加工的D.塑料、橡胶和纤维制品所含的元素种类完全相同答案A解析塑料在自然环境下不易分解，长时间在自然界中存留，造成“白色污染”，A正确；包装食品的塑料是聚乙烯，聚氯乙烯塑料会释放氯元素，产生有毒物质，B错误；天然纤维可以再加工，C错误；硫化橡胶含硫元素，塑料、纤维制品没有硫元素，D错误。2.(2023·北京海淀区高二期末)足球运动中的球衣材料通常是由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成，结构简式如图所示。下列有关该有机高分子材料的说法正确的是()A.属于热固性塑料B.可以通过加聚反应进行合成C.上述材料制成的球衣不宜用热的碱性洗涤剂洗涤D.单体为和HOCH2CH2CH2OH答案C解析聚对苯二甲酸乙二醇酯分子是线型分子，线型分子属于热塑性塑料，A错误；该物质是对苯二甲酸与乙二醇发生缩聚反应生成的，除生成聚对苯二甲酸乙二醇酯外，还生成了小分子水，B错误；上述材料属于聚酯，其中含有酯基，在碱性条件下会发生水解反应，导致物质分子破坏，因此制成的球衣不宜用热的碱性洗涤剂洗涤，C正确；该聚合物是由和HOCH2CH2OH通过缩聚反应产生的高分子化合物，D错误。3.(2023·江门高二期中)下列几种橡胶中，最不稳定、长期见光与空气作用就会逐渐被氧化而变硬变脆的是()A.天然橡胶()B.硅橡胶()C.乙丙橡胶()D.硫化橡胶(天然橡胶中加硫黄，使断裂，使其由线型结构变成体型结构)答案A解析天然橡胶中含有碳碳双键，所以不稳定，会被空气氧化而变硬，A正确；硅橡胶不含不饱和键，所以比较稳定，B错误；乙丙橡胶不含不饱和键，所以比较稳定，C错误；硫化橡胶中的碳碳双键已断裂，故硫化橡胶稳定，不易被氧化，D错误。二、功能高分子材料1.常见功能高分子材料材料应用高分子催化剂用于化学反应，用于分离纯化的各种滤膜磁性高分子用于信息储存形状记忆高分子用于传感器高吸水性材料用于吸水保水医用高分子材料替代人体器官、组织高分子药物用于药物缓释2.高吸水性树脂(1)应用：可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤。可以用于婴幼儿纸尿裤等。(2)合成思路：一是改造淀粉分子或纤维素，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子。(3)淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性：在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，提高吸水性能。例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。为防止共聚物溶于水，还需在交联作用下生成网状结构的淀粉－聚丙烯酸钠高吸水性树脂。(4)用带有强亲水性基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。例如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，然后发生聚合反应，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。3.高分子分离膜4.下列说法中，不正确的是()A.高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩果汁、乳制品加工等B.高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤C.导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料D.合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度答案D解析高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等，A正确；高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤，B正确；导电塑料是将树脂和导电物质混合，用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料，主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域，C正确；医用高分子材料归属于功能高分子材料，它们都无毒，具有良好的生物相容性和稳定性，有足够的机械强度等特点，D错误。5.(2023·北京海淀区高二期末)医用胶能够在常温、常压下发生加聚反应，快速黏合伤口，且黏合部位牢固，它的结构中含有α－氰基丙烯酸酯(结构如图所示)。下列关于医用胶的说法正确的是()A.碳碳双键发生加聚反应使医用胶形成网状结构B.氰基和酯基使碳碳双键活化，更易发生加聚反应C.医用胶中含有极性基团，故水溶性很好D.医用胶与皮肤黏合牢固只靠氰基与蛋白质分子间形成的氢键答案B解析碳碳双键发生加聚反应形成线状结构，故A错误；氰基和酯基使碳碳双键的极性增大，更容易断键发生加聚反应，B正确；该医用胶中的氰基和酯基具有强极性，但其形成的聚合物更易溶于有机溶剂，C错误；α－氰基丙烯酸酯，可通过吸收空气中或被粘物表面上的湿气，发生阴离子聚合实现固化，D错误。【题后归纳】功能高分子材料与通用高分子材料的联系与区别联系都是由C、H、O、N、S等元素组成都是由单体经加聚或缩聚反应形成都有线型结构、网状结构区别在功能上，与通用高分子材料相比，功能高分子材料具有特殊功能1.下列有关高分子材料的表述不正确的是()A.用纯净的乙烯合成的聚乙烯是纯净物B.塑料、合成纤维、合成橡胶等都是合成高分子材料C.棉花、蚕丝、羊毛、天然橡胶等属于天然高分子材料D.线型结构的橡胶弹性好，但强度差，硫化橡胶具有网状结构，强度和韧性好答案A解析聚乙烯是高分子，是混合物，A错误；塑料、合成纤维、合成橡胶等都是用小分子通过聚合反应人工合成的，属于合成高分子材料，B正确；棉花的主要成分是纤维素；蚕丝、羊毛的主要成分是蛋白质；天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，都属于天然高分子材料，C正确；线型结构的橡胶弹性好，但强度差，硫化橡胶具有网状结构，强度和韧性好，D正确。2.下列说法中，错误的是()A.塑料和橡胶都是高分子化合物，其中某些能导电B.聚氯乙烯是一种塑料，最适合合成聚氯乙烯的原料是乙炔和HClC.甲醛和甲醇都不能用于食品加工D.合成橡胶(CH2CH=CHCH2)的单体是CH3—C≡C—CH3答案D解析塑料和橡胶都是高分子化合物，其中某些能导电，例如聚乙炔、聚苯硫醚等，A正确；乙炔和HCl反应生成氯乙烯，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯，聚氯乙烯是一种塑料，B正确；甲醛和甲醇有毒，会危害人体健康，都不能用于食品加工，C正确；合成橡胶(CH2CH=CHCH2)的单体是1，3－丁二烯，而不是2－丁炔，D错误。3.化学在人类社会发展中发挥着重要作用，下列说法错误的是()A.水性漆替代传统油漆有利于健康与环保B.制作冰墩墩采用的PC聚碳酸酯是可降解材料C.制造隐形眼镜的材料因含羟基而具有较好的亲水性D.聚氯乙烯可用于制作不粘锅耐热涂层答案D解析传统油漆中有机物易挥发，造成环境污染、不利于健康，水性漆替代传统油漆有利于健康与环保，A项正确；PC聚碳酸酯中含酯基，能发生水解而降解，B项正确；羟基属于亲水基，制造隐形眼镜的材料因含羟基而具有较好的亲水性，C项正确；聚氯乙烯在高温下会分解释放出有毒气体，不能用于制作不粘锅耐热涂层，D项错误。4.聚丙烯酸酯()是新型功能高分子材料，橡胶是传统高分子材料，天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，其结构为。(1)聚丙烯酸酯()与水的混合物，能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水。下列对聚丙烯酸酯的叙述错误的是___________________________________________。A.聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH3CH2COORB.聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点C.聚丙烯酸酯在一定条件下能发生水解反应和加成反应D.聚丙烯酸酯具有很强的吸水性(2)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是______________________________，天然橡胶加入适当硫进行硫化后，其结构由变成，因而硫化橡胶(填“能”或“不能”)溶于汽油。(3)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，溴水是否褪色？；分析其原因：_______________________________________。答案(1)ACD(2)它是线型高分子线型结构网状结构不能(3)褪色单体中含有碳碳双键，可使溴水褪色解析(1)聚丙烯酸酯是由单体丙烯酸酯(CH2=CHCOOR)发生加聚反应得到的高分子，A错误；由于聚丙烯酸酯属于混合物，因此没有固定的熔、沸点，B正确；聚丙烯酸酯中无碳碳双键，含有酯基，故其能发生水解反应，不能发生加成反应，C错误；聚丙烯酸酯分子中不含亲水基团，故无吸水性，D错误。(2)从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型结构的高分子，能溶于适当的溶剂。天然橡胶硫化后，引入的硫原子间可形成共价键，从而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。(3)天然橡胶的单体中含有两个碳碳双键，能与溴发生加成反应，使溴水褪色。A级合格过关练1.下列各选项中，对相应高分子材料的分类、功能的说法正确的是选项高分子材料类型功能A黏合剂功能高分子材料黏合作用B涂料功能高分子材料保护作用C离子交换树脂功能高分子材料分离和提纯D聚乙烯醇功能高分子材料制人工心脏答案C解析黏合剂属于通用高分子材料，A错误；涂料属于通用高分子材料，B错误；离子交换树脂属于功能高分子材料，主要用于硬水软化、海水淡化以及物质的分离和提纯，C正确；聚乙烯醇属于功能高分子材料，具有良好的吸水功能，可以用于制作“尿不湿”等，但不能用于制人工心脏，D错误。2.下列关于塑料的说法正确的是()A.塑料是天然高分子材料B.塑料的主要成分是合成树脂C.提纯的塑料为纯净物D.聚乙烯塑料薄膜是以CH2=CHCl为原料通过加聚反应而制得的答案B解析塑料是合成高分子材料，不是天然高分子材料，A错误；塑料的主要成分是合成树脂，还有根据需要加入的具有某些特定用途的添加剂，B正确；塑料为有机高分子材料，由单体加聚而成，聚合度不确定，故塑料为混合物，C错误；聚乙烯的单体为CH2＝CH2，而不是CH2=CHCl，D错误。3.有甲、乙两种高聚物，甲能溶于有机溶剂，加热可熔融；乙不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中错误的是()A.高聚物甲可能具有弹性，而高聚物乙没有弹性B.高聚物甲可能是线型高分子材料C.高聚物甲一定是网状结构高分子材料D.高聚物乙一定是网状结构高分子材料答案C解析根据题意可知，甲为热塑性高分子材料，乙为热固性高分子材料，故甲可能是线型高分子材料也可能是支链型高分子材料，乙一定是网状结构高分子材料，所以C错误。4.下列关于合成材料的制备或用途不正确的是()A.通过乙烯的加聚反应生产的塑料制品适用于制作食品盒B.通过苯酚和甲醛的缩聚反应生产的树脂制品适用于制作不锈钢锅手柄C.通过1，3－丁二烯缩聚反应生产的合成橡胶可用于制作轮胎D.通过对苯二甲酸和乙二醇缩聚反应生产的合成纤维可用于制作宇航服答案C解析乙烯可以发生加聚反应生成聚乙烯，聚乙烯无毒，可以用于制作食品盒，故A正确；网状结构的酚醛树脂具有热固性，一经加工成型就不会受热熔化，所以可用于制作不锈钢锅的手柄，故B正确；1，3－丁二烯发生加聚反应生成合成橡胶，不是缩聚反应，故C错误；对苯二甲酸和乙二醇发生脱水缩合生成高分子材料合成纤维，可用于制作宇航服，故D正确。5.(2023·大连高二期末)尼龙1010(HNH—(CH2)10—NH—CO—(CH2)8—COOH)是制作舱外航天服的一种材料。下列有关尼龙1010的说法正确的是()A.尼龙1010是纯净物B.尼龙1010的单体是H2N(CH2)10NHCO(CH2)8COOHC.尼龙1010是通过缩聚反应制成的D.制作舱外航天服的材料要质轻，方便航天员在舱外行走答案C解析尼龙1010是高分子化合物，属于混合物，A错误；合成尼龙1010的单体是H2N(CH2)10NH2和HOOC(CH2)8COOH，B错误；根据尼龙1010的化学式可以知道，它是H2N(CH2)10NH2和HOOC(CH2)8COOH通过缩聚反应生成的，C正确；由于舱外航天服是在太空失重的情况下穿的，不需要考虑是否选轻质材料，D错误。6.(2023·张家口一中高二期中)邮票背面的黏合剂具有吸水性。该黏合剂的成分可能是()答案B解析根据选项中物质的结构可以知道，四种物质中只有中含有亲水基团羟基—OH，故具有吸水性。7.(2023·滁州高二期末)下列关于功能高分子材料的说法错误的是()A.医用高分子材料、高分子催化剂、磁性高分子材料等属于功能高分子材料B.高分子分离膜可用于海水淡化、浓缩天然果汁等C.用于制造CPU芯片的良好半导体材料单晶硅属于功能高分子材料D.在淀粉、纤维素的主链上再接上含强亲水基团的支链，可提高它们的吸水能力答案C解析医用高分子材料、高分子催化剂、磁性高分子材料等属于功能高分子材料，A正确；高分子分离膜有选择地使粒子通过，所以可用于海水和浓缩天然果汁等，B正确；半导体材料单晶硅属于传统的无机非金属材料，C错误；易与水结合的基团称为亲水基团(如—NH2、—COOH、—OH)，具有大量亲水基团的一些淀粉、纤维素等分子吸水能力强，D正确。8.(2023·信阳高级中学高二期末)一种芳纶纤维的拉伸强度比钢丝还高，广泛用作防护材料。其结构片段如下图所示。下列关于该高分子的说法正确的是()A.属于聚酯类合成高分子材料B.完全水解产物的单个分子中，含有官能团—COOH或—NH2C.合成该芳纶纤维的单体只有一种D.氢键不会影响该高分子的沸点、密度、硬度等性能答案B解析图中结构中不含酯基，不是聚酯类高分子化合物，A错误；图中结构的官能团为肽键，完全水解后的产物中含有氨基和羧基，B正确；图中结构水解后的单体为对苯二甲胺和对苯二甲酸，共2种单体，C错误；氢键会影响高分子的沸点、密度等物理性质，D错误。9.在制备顺丁橡胶和高吸水性树脂时，都要加入交联剂。下列有关说法错误的是()A.加入交联剂都可使线型结构变为网状结构B.橡胶工业中将线型结构连接为网状结构是为了增强橡胶的强度C.制备高吸水性树脂时将线型结构连接为网状结构是为了使它既吸水又不溶于水D.顺丁橡胶和高吸水性树脂都可溶于水答案D解析加入交联剂将聚合物中的双键打开，把线型结构连接为网状结构，A正确；橡胶工业中将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，因此是为了增强橡胶的强度，B正确；制备高吸水性树脂时可将线型结构连接为网状结构，这样做的目的为了使它既吸水又不溶于水，C正确；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，因此顺丁橡胶不溶于水，D错误。10.医用化学杂志报道，用聚乙交酯纤维材料C制作的缝合线比天然高分子材料的肠线要好。它的合成过程如图所示：(1)写出A的结构简式：______________________________________。(2)写出A制取B的化学方程式：___________________________________。(3)也可以由A直接制备C，则A→C直接制备的化学方程式为________________________________________________，其反应类型为反应。答案(1)HO—CH2—COOH(2)(3)nHO—CH2—COOHeq\o(→,\s\up7(一定条件))缩聚解析根据B的结构特点，显然是由A发生酯化反应得到的产物，断开酯基，可以得到A的结构简式为HO—CH2—COOH。A直接制备C的反应为缩聚反应。B级素养培优练11.关于下列三种常见高分子材料的说法中，正确的是()A.合成顺丁橡胶的单体是1，3－丁二烯B.顺丁橡胶、涤纶和酚醛树脂都属于天然有机高分子C.涤纶是由对苯二甲酸和乙二醇通过加聚反应制得D.合成酚醛树脂的单体是苯酚和甲醇答案A解析合成顺丁橡胶的单体是1，3－丁二烯，A正确；顺丁橡胶、涤纶和酚醛树脂都是人工合成的，不属于天然有机高分子，B错误；涤纶是对苯二甲酸和乙二醇通过缩聚反应得到的，C错误；酚醛树脂的单体是苯酚和甲醛，不是甲醇，D错误。12.生物降解塑料能在微生物的作用下降解成二氧化碳和水，从而消除废弃塑料对环境的污染。PHB塑料就属于这种塑料，其结构简式为。下列有关PHB的说法错误的是()A.PHB是一种聚酯，没有固定的熔点B.PHB的降解过程不需要氧气参加反应C.合成PHB的单体是CH3CH2CH(OH)COOHD.通过缩聚反应可以制得PHB答案B解析是高分子化合物，没有固定的熔点，A正确；PHB降解成二氧化碳和水，降解过程中有氧气参加反应，B错误；把链节中两个半键相连得到酯，然后在链节的羰基上增加羟基，在链节的氧原子上增加氢原子，这样就可得到PHB的单体，所以PHB塑料的单体是CH3CH2CH(OH)COOH，C正确；因为反应过程有小分子H2O生成，因此不是通过加聚反应生成