学年人教版选修2 第三单元课题3 高分子化合物与材料 学案.docx

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学年人教版选修2第三单元课题3高分子化合物与材料学案

第三单元课题三高分子化合物与材料

课前预习

一、高分子化合物的合成

1．高分子化合物

（1）分类

高分子化合物可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。

（2）概念

①高分子化合物是指相对分子质量很大的有机化合物（相对分子质量一般在一万以上），简称为高分子。

②合成高分子化合物是由小分子通过聚合反应制得的，所以也称为聚合物或高聚物。

（3）结构（以聚氯乙烯为例）

概念

含义

单体

形成高分子化合物的低分子化合物

CH2==CHCl

链节

高分子化合物中化学组成相同，可重复的最小单位

聚合度

高分子链中含有链节的数目

n

2.加聚反应和缩聚反应

（1）加成聚合反应

①加聚反应：

在一定条件下，乙烯可以发生自身加成反应而形成高分子化合物，这一类反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。

例如：

②加聚反应获得的常见高分子化合物

聚合物

结构简式

聚乙烯（LDPE或HDPE）

2

聚丙烯（PP）

聚苯乙烯（PS）

（2）缩合聚合反应

单体分子之间反应生成高分子化合物，同时产生小分子副产物的反应，简称缩聚反应。

如：

＋nHOCH2CH2OH―→

【思考·讨论】

1．有机高分子化合物为什么是混合物？

答案　对单个高分子来说，相对分子质量是确定的，但对一块高分子材料来说，它是由许多相对分子质量不等的高分子聚集起来的，实验测得的高分子的相对分子质量是平均值。

2．缩聚反应的产物一定是高分子吗？

答案　不是。

缩聚反应的产物中有高分子化合物，也有小分子的副产物。

二、有机高分子材料

1．塑料制品的结构和性能

（1）线型高分子：

分子呈长链状，可溶于有机溶剂，受热软化、熔融，有热塑性。

（2）体型高分子：

高分子链之间通过化学键产生交联，形成立体网状结构。

不易溶于有机溶剂，受热不熔化，有热固性。

2．性能优越的合成材料

（1）塑料的改性

常用的方法有填充改性、共混改性、共聚改性。

（2）功能高分子材料

高分子材料发展的主要趋势是高性能化、功能化、复合化、精细化和智能化。

（3）复合材料

①组成：

复合材料由基体和增强剂构成。

②性能：

具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性好等优良性能。

3．环境中的高分子材料

（1）高分子材料的老化及其保护

①概念：

高分子材料在使用过程中，由于环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变差的现象。

②高分子材料的保护

a．加入光稳定剂、抗氧剂和阻燃剂等精细化学品改善其性能。

b．避免接触能与其发生反应或催化这种反应的化学试剂和能使它们溶解的有机溶剂。

（2）环境降解高分子材料的开发

①降解是指化学和物理因素引起聚合物分子链断裂的过程。

②降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种过程。

环境可降解材料的开发以生物降解材料为主。

（3）废旧高分子材料的回收利用

①通过再生和改性利用，重新做成多种有用的材料和制品。

②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。

③将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能。

【思考·讨论】

1．功能高分子材料的特定功能主要通过哪些途径获得？

答案　

（1）由含有某种特定功能官能团的单体直接聚合；

（2）通过化学反应在高分子主链和侧链上引入某些具有特定功能的基团；

（3）通过合理的加工成型实现材料的功能化。

2．引起高分子材料老化的原因有哪些？

答案　

（1）外因：

外力、热、光的作用，接触空气、水、微生物和化学试剂等。

（2）内因：

高分子链之间发生交联而变硬、变脆、丧失弹性；高分子链发生断裂、相对分子质量降低而变软、发黏等。

重点知识探究

一、确定高分子化合物单体的方法

根据聚合物的类型以及链节的特点，聚合物的单体推断方法如下：

链节特点

推断方法

加聚产物的单体推断

全是C—C或有C—C和

取出链节，单键改为双键，双键改为单键，断开错误的键

有C—C和C—O

将高聚物的链节两端相连成环，然后形成

即为单体

缩聚产物的单体推断

含“—COO—”（酯基）或“—CO—NH—”（肽键）

酯基中的C—O断开，肽键中的C—N断开；

连羟基，氧、氮原子都连氢

含有

—C6H4（OH）—CH2—

一般为醛类和酚类的缩聚产物，苯环补氢，另一部分的碳上加氧

【例1】　根据系统命名法，天然橡胶应称为聚2甲基1，3丁二烯，其结构简式为：

，单体为2甲基1，3丁二烯（

），该加聚反应的化学方程式为：

，

合成橡胶就是根据以上原理生产的。

（1）以

为单体生产氯丁橡胶，试写出该反应的化学方程式：

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

（2）1，3丁二烯（CH2==CH—CH==CH2）和苯乙烯（

）按物质的量之比为1∶1加聚，可生产丁苯橡胶，试写出丁苯橡胶的结构简式：

___________________________________。

（3）丁腈橡胶的结构简式为：

，

合成该橡胶的单体为______________、____________________。

答案　

（1）

（2）

（3）CH2==CH—CH==CH2　CH2==CH—CN

变式1　现有高分子化合物A和B的结构如下：

A的结构简式为：

B的部分结构为：

（1）合成A的单体的结构简式为________________________________________，

合成A的反应类型是________。

（2）合成B的单体最少有________种，合成B的反应类型是________。

答案　

（1）

、

缩聚反应

（2）3　加聚反应

二、加聚反应和缩聚反应的比较

加聚反应

缩聚反应

单体结构

单体必须是含有双键等不饱和键的化合物（如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等）

单体为含有两个或两个以上官能团的（如—OH、—COOH、—NH2、—X等）化合物

反应机理

反应发生在不饱和键上

反应发生在不同的官能团之间

聚合方式

通过碳碳双键上的加成连接

通过缩合脱去小分子而连接

反应特点

只生成高聚物，没有副产物生成

生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成（如H2O、NH3、HCl）

聚合物化学组成

所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成相同，其相对分子质量Mr＝Mr（单体）×n（聚合度）

所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同，其相对分子质量Mr＜Mr（单体）×n（聚合度）

【例2】　X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为

，已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、（CN）2、CH3COOH三种单体通过适宜的反应形成的。

由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有（　　）

①加成反应　②取代反应　③缩聚反应　④加聚反应　⑤酯化反应

A．①④⑤B．①④

C．①②④D．①②③

答案　B

变式2　下列工业生产过程中，属于应用缩聚反应制取高聚物的是（　　）

A．单体CH2==CH2制高聚物

B.单体

与CH2==CH—CH==CH2制高聚物

C．单体CH2==CH—CH3制高聚物

D．单体

与

制高聚物

答案　D

三、合成材料的性能比较

1．线型结构、体型结构高分子材料比较

线型结构

体型结构

举例

合成纤维、塑料（如聚乙烯）

酚醛树脂（电木）塑料

结构特点

以共价键结合成高分子链，链与链之间以分子间作用力结合

以共价键结合成高分子链，链与链之间以共价键产生交联而成网状结构

性质特点

溶解性

可溶，但溶解速度比小分子化合物慢，最后形成高分子溶液

不易溶解，长期浸泡在溶剂中只能发生溶胀

热塑性、

热固性

具有良好的热塑性，受热转化成液体，冷却后又变成固体

具有热固性，加热成型后受热不能熔化

强度

较大

电绝缘性

一般不易导电，通常是电绝缘材料

2.功能高分子材料与复合材料的比较

材料名

功能高分子材料

复合材料

概念

既具有传统高分子材料的机械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料

两种或两种以上材料组成的新型材料，分为基体和增强剂

性能

不同的功能高分子材料，具有不同的特征性质

一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能

应用

用于制作高分子分离膜、人体器官等

用于汽车工业、机械工业、体育用品、航天航空等

【例3】　近年来有一种高强度、耐高温的复合材料，它是用石墨化纤维与其他高聚物复合制成的，石墨化纤维是聚丙烯腈纤维在高温条件下处理而形成的：

根据以上石墨化纤维合成信息简要回答下列问题：

（1）构成石墨化纤维的元素是________，各种元素原子个数比是________。

（2）某化工厂合成石墨化纤维的简要生产流程可表示如下：

→

用化学方程式表示下列各步转化的生产过程：

①CH≡CH＋HCN：

_______________________________________________。

②A→B：

___________________________________________________________。

（3）指出下列反应类型。

①B→C：

_____________________________________________________________。

②C→石墨化纤维：

_______________________________________________。

答案　

（1）N、H、C　n（N）∶n（H）∶n（C）＝1∶1∶3

（2）①CH≡CH＋HCN―→CH2===CHCN

②nCH2===CHCNCH2CHCN

（3）①加成反应　②消去反应

变式3　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，将代号填入下表中：

（1）高分子结构型式示意图：

（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．具有确定的熔点

（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

高分子化合物

硫化橡胶

（1）

（2）

（3）

答案　

高分子化合物

硫化橡胶

（1）

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

（2）

C

AB

AB

（3）

c

a

b

课堂检测

1.下列塑料的合成，所发生的化学反应不同于另外三种的是（　　）

A．聚乙烯塑料B．聚氯乙烯塑料

C．聚苯乙烯塑料D．酚醛塑料

答案　D

2．现有两种高聚物A、B，A能溶于氯仿等有机溶剂，并加热到一定温度下熔融成黏稠状的液体，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一定没有弹性

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

答案　C

3．下列有机物在一定条件下自身分子间能发生缩聚反应，而在适宜条件下分子内又能形成稳定环状结构的是（　　）

A．

B．CH2==CH—Cl

C．CH3CH2CHOHCOOH

D．HO（CH2）4COOH

答案　D

4．CCTV《科技博览》报道，中科院首创用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳。

下列相关说法中合理的是（　　）

A．聚二氧化碳塑料是通过加聚反应制得的

B．聚二氧化碳塑料与干冰互为同分异构体

C．聚二氧化碳塑料与干冰都是纯净物

D．聚二氧化碳塑料的使用会产生白色污染

答案　A

5．有四种有机物：

①

、②

、③

、④CH3—CH==CH—CN，其中可用于合成结构简式为

的高分子材料的正确组合为（　　）

A．①③④B．①②③④

C．①②③D．②③④

答案　D