第19课时 高分子材料

学案

【学习目标】

1．了解高分子化合物的结构和基本性质。

2．了解新型高分子材料的性能及其在高新技术领域的应用。

3．了解合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献。

【重点难点】

新型高分子材料的性能及其在高新技术领域的应用。

课前预习

【情景材料】你看过撑杆跳高比赛吗？那真是一种力量与艺术的完美结合。只见运动员双手紧握撑杆，先是疾速飞跑，当跑到横杆前时，撑杆触地，借着助跑的一股冲力，身体腾空而起，如矫健的雄鹰，掠过横杆，轻轻落在泡沫软垫上。显然，在这一过程中，撑杆到了决定性的作用。你看那撑杆先是弯曲，而且弯的弧度非常大，然后挺直，将运弹向空中。这细长、神奇的撑杆，它柔中带刚，又富有弹性，比竹竿强韧，较钢棒轻巧，真可谓“刚柔相济”。

【预习内容】

根据教材有关内容填写下列空白：

一、塑料制品的结构和性能

1．线型高分子：分子呈 状，可溶于 受热 ， ，有 性。

2．体型高分子：高分子链之间 ，不易溶于 ，受热 ，有 性。

二、性能优越的合成材料

1．塑料的改性

常用的方法有 、 、 。

2．功能高分子材料

(1)高分子材料发展的主要趋势是 、 、 、 和 。

3．复合材料

(1)组成：复合材料由 和 构成。

(2)性能：具有 、 、 、 、 等优良性能。

三、环境中的高分子材料

1．高分子材料的老化

(1)概念：高分子材料在使用过程中，由于 的现象。

(2)引起老化的原因：

①外因： 、热、光的作用，接触 、 、 和 等。

②内因：高分子链之间发生 ；高分子链发生 等。

(3)高分子材料的保护

①加入 、 和 等精细化学品改善其性能。

②避免接触 和 。

2.可降解高分子材料的开发

(1)可降解高分子材料定义：一类各项性能在 的材料。

(2)降解的定义： 的过程，主要涉及 、 、 三个过程。

(3)目前环境降解材料的开发以 为主。

3.废旧高分子材料的回收利用

废旧高分子材料的回收利用有三种途径

(1) 。

(2) 。

(3) 。

预习内容答案

一、1.长链 有机溶剂 软化、熔融，热塑

2.通过化学键产生交联，形成立体网状结构 有机溶剂 不溶化 热固

二、1. 填充改性 共混改性 共聚改性

2.高性能化、功能化、复合化、精细化 智能化

由含有某种特定功能官能团的单体直接聚合

通过化学反应在高分子主链或侧链上引入某些具有特定功能的基团

通过合理的加工成型实现材料的功能化

3.基体 增强体 强度高 质量轻耐腐蚀 抗冲击 绝缘性好

三、1. 环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变差 外力 空气 水 微生物 化学试剂 交联变硬、变脆、丧失弹性 断裂、相对分子质量降低而变软，发粘 光稳定剂 抗氧剂 阻燃剂 能与其发生反应或催化这种反应的化学试剂 能使它们溶解的有机溶剂

2.保存期和使用期内满足要求，使用后在自然环境中可降解为无害物质

化学和物理因素引起聚合物分子断裂 生物降解 光降解 化学降解 生物降解材料

3.通过再生和改性利用，重新做成多种有用的材料和制品

采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料

将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能

堂中互动

【问题探究1】按结构特点高分子化合物可分为哪两大类？二者有何关系？何谓热塑性和热固性？

【教师点拨】结构决定性质，性质反应结构。根据高分子化合物的性质可以判断出其结构特点，一般说来具有热塑性的为线型高分子，具有热固性的为体型高分子。

分析解答: (1)高分子化合物从结构特点上又可分为线型高分子和体型高分子。

(2)高分子链上还有能起化学反应的官能团的线型高分子，通过化学方法进行交联后转化为体型高分子。线型结构的高分子当受热到一定温度范围时，发生软化，熔融，可加工成各种不同的形状，即具有热塑性；体型结构的高分子受热不能熔化即具有热固性。

【即学即练1】下列原料或制成的产品中，如出现破损不可以进行热修补的是(　　)

A．聚氯乙烯凉鞋　 B．电木插座 C．自行车内胎 D．聚乙烯塑料膜

1.B【解析】聚氯乙烯凉鞋、自行车内胎、聚乙烯塑料膜等都是用热塑性树脂加工而成的塑料，可以反复加工，多次使用，出现破损时可进行热修补，而电木插座是用热固性树脂电木加工而成的塑料，受热不熔化，出现破损时不能进行热修补。

【问题探究2】如何理解功能高分子材料和复合材料？

【教师点拨】从概念、性能、应用等方面来比较功能高分子材料与复合材料，从而对这两种材料理解深刻。

分析解答：

【即学即练2】下列物质不属于复合材料的是(　　)

A．碳化硅纤维 B．生物陶瓷 C．钢化玻璃 D．氮化硅陶瓷

2.C【解析】复合材料具备的特征是：能够承受高温、高强度，具备电学、光学特性，具有生物功能。而传统的非金属材料主要是指以硅酸盐为原料而制备的材料，如水泥、玻璃、传统陶瓷等。选项C中的钢化玻璃跟普通玻璃的成分是一样的，只是制作工艺稍有差别，钢化玻璃是将玻璃熔融体经过急速冷却而制得的。

【问题探究3】现在提倡对塑料制品进行分类回收；这样做有什么好处？讨论废旧塑料制品的回收方法和适宜条件。

【教师点拨】参考教材P75 ～P76的内容。

分析解答：在日常生活中，塑料的应用量越来越广泛，废旧塑料也逐渐增多，为了消除环境污染达到增产节约的目的，必须把废旧塑料回收利用。回收塑料必须了解其种类和性能，根据其化学成分加以分类，才能使加工处理能够顺利进行，因此，塑料制品进行分类回收是回收利用的条件之一。举例说明如下：废旧聚乙烯塑料可用来制造包装膜、容器、塑料管或日常生活用的容器等；废旧聚氯乙烯塑料主要有两种，一种是低密度的，可用来制薄膜、软管、垫片、电线和人造革等；另一种高密度的，可用来制硬板材、硬管(片、棒)等；废旧聚丙烯塑料，可用来制编织袋、容器、管道、绝缘材料等；废旧聚苯乙烯塑料可用来制汽车、仪表的零件等，解聚后的聚苯乙烯单体可再聚合成聚苯乙烯塑料。另外，废旧塑料还可以直接转化成汽油、柴油等，也可用于制备乳液涂料。

【即学即练3】国际上通行的环保产品，至少应满足下列4个条件：①原料能再生；②加工无污染；③对消费者无危害；④废弃后可降解。常有不少厂家广告中称其保暖内衣是“绿色”“环保”“生态”产品，有的还称为纳米技术制造。其实保暖内衣面料一般由3层组成，上下两层为普通全棉或涤棉材料，中间层是保暖内衣的保暖精华部分，其生产方法不同，材料不同，性能不同，保暖效果也不同。其中间层通常3种材料：①聚乙烯薄膜，②涤纶和丙纶复合绒，③羊毛等其他保暖材料，根本不是纳米技术制造。

保暖内衣应该具有的散热与储热，透气与抗风，导湿与保温的功能也许真的要用纳米技术才能解决。

(1)下列说法正确的是(　　)

A．全棉是指天然棉花产品 B．涤棉是合成纤维

C．保暖内衣有三层所以保温效果好 D．保暖内衣不能透气否则保暖效果不好

(2)环保产品应满足________、________、________、________4个条件。

(3)聚乙烯薄膜、涤纶和丙纶复合绒的制造都是以石油作为基础原料，写出以石油产品乙烯为原料合成聚乙烯的化学方程式：______________________________________。

(4)上述保暖内衣能否称为环保内衣？___________ ，原因是___________________________

____________________________。

3.(1)A、B　

(2)原料能再生　加工无污染　对消费者无危害　废弃后可降解

(3)nCH2===CH2 CH2—CH2

(4)不能　因为原料不能再生， 废弃后不可降解

【解析】现在的保暖内衣散热效果透气性不好，故感觉保温好，C错；好的保暖内衣应透气好，导湿性好且储热能力好，故D错。

练案

A组（课堂反馈 满分50分）

一、选择题（每小题5分，共35分）

1.现有两种高聚物A、B，A能溶于苯、四氯化碳等有机溶剂，并加热到一定温度下熔融成粘稠状的液体，B不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中不正确的是(　　)

A.高聚物A可能具有弹性，而高聚物B没有弹性

B.高聚物A一定是线型高分子材料

C.高聚物A一定是体型高分子材料

D.高聚物B一定是体型高分子材料

1.C【解析】A具有热塑性，应是线型结构，因而A可能有弹性和一定的溶解性；B具有热固性，应是体型结构，没有弹性，一般也不溶解于溶剂。

2.橡胶属于重要的工业原料。它是一种有机高分子化合物，具有良好的弹性，但强度较差。为了增加某些橡胶制品的强度，加工时往往需进行硫化处理。即将橡胶原料与硫磺在一定条件下反应；橡胶制品硫化程度越高，强度越大，弹性越差。下列橡胶制品中，加工时硫化程度较高的是( )

A. 橡皮筋 B. 汽车外胎 C. 普通气球 D. 医用乳胶手套

2.B【解析】橡皮筋和普通气球的弹性好，所以硫化程度小，汽车外胎与医用乳胶手套相比，前者要承受更大的压力，所以制汽车外胎的橡胶硫化程度最高。

3.下列说法中正确的是(双选)(　　)

A.只有热塑性高分子材料才可能是塑料

B.用于包装食品的塑料通常是聚氯乙烯

C.有机玻璃是一种透光性好的塑料制品

D.塑料在自然环境下不易分解，可造成白色污染

3.CD【解析】塑料有热塑性的，也有热固性的；聚氯乙烯易分解形成有毒的氯气，不可作为食品包装塑料用，用作食品包装的应是聚乙烯塑料；有机玻璃是一种透光性好、质轻、耐水、耐酸碱、抗霉、易加工的塑料制品，它是一种高聚酯；塑料在自然环境下难于分解、腐烂，会造成白色污染，故本题答案为C、D。

4.对于某些合成材料如塑料制品废弃物的处理方法中正确的是（ ）

A.将废弃物混在垃圾中填埋在土壤中 B.将废弃物焚烧

C.将废弃物用化学方法加工成涂料或汽油 D.将废弃物倾倒在海洋中

4.C【解析】合成材料如塑料制品在环境中很难被分解，A、B、D三种处置方式对环境都有污染。　

5.某复合材料是由碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。估计这种材料(　　)

①耐高温　 ②不耐热　 ③导电、导热　

④不导电、不导热　⑤可用于飞机机翼　 ⑥可用于导弹的壳体

A.①③⑤⑥ B.②③⑤⑥ C.②③④ D.③④⑤

5.A【解析】碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合材料应具有增强体的优点和基体的优点。碳纤维熔点高、硬度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。因此该复合材料具有：耐高温；导电、导热；密度小的特点，可用于制造飞机和导弹。

6.航天科学家正在考虑用塑料飞船代替铝制飞船，进行太空探索。其依据是(　　)

A.塑料是一种高分子化合物，可以通过取代反应大量生产

B.塑料生产中加入添加剂可得到性能比铝优良的新型材料

C.塑料用途广泛，可从自然界中直接得到

D.塑料是有机物，不会和强酸强碱作用

6.B【解析】飞船飞行速度很大，所以说其材料要求质轻，耐高温耐摩擦，因此所用塑料代替品要加入合适的添加剂制成优良的新型材料。

7.下列高聚物经简单处理可以从线型结构变成体型结构的是(双选)(　　)

7.BC【解析】体型结构的高分子特征是高分子链与高分子链之间相互交联，形成立体或网状结构。B项中苯酚与甲醛的反应还可以发生在对位，相互交联形成网状结构；C项中的聚氯乙烯中的双键还能继续相互加成，相互交联形成网状结构。

二、填空题（共15分）

8.(6分)使用某些高分子材料给环境造成“白色污染”，后果严重。最近研究的一些可分解性塑料有良好的生物适应性和分解性，能自然腐烂分解。如：

已知3HB的单体叫3­羟基丁酸，则

(1)4HB的单体名称是________；3HV的单体名称是________。

(2)两分子3HV的单体脱水时，生成的环酯的结构简式是__________________ ________________________________________________。

8.(1)4­羟基丁酸　3­羟基戊酸

【解析】已知信息3HB的单体叫3­羟基丁酸，可以简单推知4HB的单体名称是4­羟基丁酸。结合缩聚物找单体的断键规律，分别补充氢或者羟基，找到二者的单体验证之，数字3或4表示的是官能团羟基的位置。它们都是含有羟基和羧基的双官能团化合物，两分子3HV的单体脱水时，显然能生成环酯。

9.(9分) 碳纤维强化塑料是一种新型的高强度复合材料，其强度比钢铁材料大而密度比铝小。据报道，每架波音767飞机使用了1吨碳纤维材料，而一种新型的波音757飞机使用了9吨以上的碳纤维。制取碳纤维的一种方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体中进行高温处理而获得，这种碳纤维的结构可表示如下：

(1)构成这种碳纤维的元素是____________，其原子个数比为__________。
(2)用乙炔和HCN为原料合成这种碳纤维的流程可表示如下：

用化学方程式表示以下过程：
①CH≡CH与HCN反应__________________________________________；
②A→B__________________________________________________________。

9.(1)C、H、N  3∶1∶1

(2)①CH≡CH＋HCNCH2=CH—CN

②nCH2=CH—CN

【解析】碳纤维材料是一种重要的新型复合材料，题目已知给出制取这种碳纤维是将聚丙烯腈经高温处理而得，聚丙烯腈的结构为，注意到题给碳纤维的结构，可以将聚丙烯腈结构写为：其中—CN的结构为—C≡N。

这种变换写法是解答本题的关键一步，根据生产流程所示，聚丙烯腈经两步反应获得碳纤维，第一步高温处理，应是在上述结构的基础上将氰基—C≡N中的三键打开重新结合构成环状结构，即生成C，C在催化剂作用下脱氢，在C中环状结构的—CH2—与上各脱去一个氢原子而形成双键结构，形成碳纤维。显然，在—CH2—原子团上脱去一个H原子后，还有一个氢原子，所以可知这种碳纤维由C、H、N三种元素构成，考查其中的一个基本结构单元，可看出C、H、N三种原子的个数比应为3∶1∶1。

B组（课后拓展）

1.下列有关工程塑料PBT()的说法中，正确的是(    )

A. PBT是加聚反应得到的高分子化合物

B. PBT分子中含有羧基、羟基和酯基

C. PBT的单体中有芳香烃

D. PBT的单体均能与Na、NaOH、Na2CO3反应

1.B【解析】PBT是一种高分子酯类化合物，是通过缩聚反应合成的，A错误；PBT分子中含有羧基、羟基和酯基，B正确；PBT的单体是对苯二甲酸和丙二醇，没有芳香烃类，C错误；对苯二甲酸和丙二醇都可以和Na反应，对苯二甲酸可以和NaOH和Na2CO3反应，丙二醇不能和NaOH和Na2CO3反应，D错误。

2.医用化学杂志曾报道，有一种功能高分子材料为聚乙交酯纤维材料C，用这种功能高分子材料制成的手术缝合线比天然高分子材料的肠线好。它的合成过程如图：； (B：是A合成C的中间体，它是由两分子A脱去两分子水形成的。)
(1)写出A、C的结构简式：A____________，C_____________________。
(2)写出由A制取B的化学方程式________________________________________。
(3)医用高分子材料应具备哪些特性： ______________________________________。

2.（1）

（2）

(3)优异的生物相容性、较少受到排斥、无毒性、具有很高的机械性能以及其他一些特殊性能

【解析】从题给条件可知，B分子为环酯且具有对称结构。采用平均拆分法，可得A的结构简式为。A生成C的反应为酯化原理的缩聚反应，

A制取B是酯化反应：。

3.丰富多彩的化学物质不断改变着人类的生活，它们所产生的作用与其分子结构密切相关。

(1)请根据以下化合物的分子结构，回答下列问题：

(Ⅰ)

(Ⅱ)

①上述化合物可能的应用是________。

A．化合物(Ⅰ)可作为制造聚四氟乙烯塑料的原料；化合物(Ⅱ)可用来合成人造纤维

B．两者均可作为食品添加剂

C．两者均可作为表面活性剂，起到乳化、增溶、消泡等作用

D．两者均可用作中和胃酸的药物

②上述两个化合物进入环境后，更难被降解的是________。

(2)有三种高分子材料，结构单元如下：

请回答下列问题：

①根据上述高分子结构，能够作为高吸水性树脂的是________，其可能的理由是________；可作为弹性橡胶的是________，理由是________。

②有关上述高分子材料的下列说法正确的是________(可多选)。

A．高分子(Ⅴ)的单体有4种 B．高分子(Ⅲ)焚烧后产生的废气毒性最小

C．都能作为食品包装材料 D．它们的废弃物都能回收利用

3. (1)①C　②Ⅰ

(2)①Ⅲ　结构单元中含有—COONa

Ⅳ　线型分子间含有二硫键(—S—S—)

②B、D

【解析】(1)①A项，制聚四氟乙烯应用单体四氟乙烯，人造纤维应具纤维素结构单元；B项，含卤素的物质一般有毒；C项，由于分子中含有极性基团可做表面活性剂。\

(2)②高分子(Ⅴ)的单体有3种，CH2===CHCN、CH2===CH—CH===CH2、，Ⅲ含有C、H、O、Na，焚烧后产生对应的化合物毒性较小。