2024-2025学年高中化学第三单元化学与材料的发展课题3高分子化合物与材料学案新人教版选修2

PAGE11-课题3高分子化合物与材料1．了解高分子化合物的结构特点和基本性质。2．了解加聚反应和缩聚反应的特点。3．了解新型高分子材料的性能及其在高新技术领域的应用。4．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。授课提示：对应学生用书第38页一、高分子化合物的合成1．高分子化合物(1)概念：相对分子质量从几万到几百万甚至更高的化合物称为高分子化合物，简称为高分子，也称为聚合物或高聚物。(2)分类：依据来源可分为自然高分子化合物和合成高分子化合物。(3)表示方法：有机高分子化合物通常是由简洁的结构单元重复连接而成。如聚乙烯：①结构简式：CH2—CH2。②链节：(重复结构单元)—CH2—CH2—。③聚合度：是指高分子链所含链节的数目n。④单体：是指能合成高分子化合物的小分子物质。聚乙烯的单体是CH2=CH22.加成聚合反应1概念：由含有双键、三键或环状结构的低分子以加成反应的方式结合成高分子化合物的反应，简称加聚反应。2加聚反应的特点及产物的命名：加聚反应生成的高分子化合物称为聚合树脂，它们多在原始单体名称前冠以“聚”字命名，加聚反应的特点是反应过程中不产生副产物。3写出聚乙烯的①结构简式：CH2—CH2，②链节：—CH2—CH2—，③单体：CH2=CH2。4加聚反应方程式的书写3．缩合聚合反应(1)概念：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。(2)缩聚反应的特点：由含有活性官能团的两个或两个以上的单体，在加热和催化剂的作用下，经缩合反应，相互连接而得到相对分子质量高的聚合物，并同时析出水、氨、醇等副产物(低分子化合物)。(3)缩聚反应方程式的书写二、塑料制品的加工1．线型结构：分子呈长链状，即以共价键结合成高分子链，链与链之间以分子间作用力相结合，可溶于有机溶剂，受热软化成液体，冷却后又变成固体，即具有热塑性。如合成纤维、塑料(如聚乙烯)。2．体型结构：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，不易溶解，长期浸泡在溶剂中只能发生溶胀。具有热固性，加热成型后受热不熔化，如酚醛树脂(电木)塑料。塑料制品一般不易导电，通常是电绝缘材料。三、性能优异的合成材料高分子材料的性能与运用中的缺点：易燃、易老化、废弃物不易分解。1．塑料的改性：常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。2．功能高分子材料：功能高分子材料的发展趋势是高性能化、功能化、复合化、精细化、智能化。3．复合材料：具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过单一材料。四、环境中的高分子材料1．高分子材料的老化：高分子材料在运用过程中，由于环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能渐渐变差的现象称为老化。防止措施：合成高分子材料生产中一般要加入光稳定剂、抗氧剂和阻燃剂等以提高其运用寿命。2．环境降解高分子材料的开发：高分子材料运用后的降解主要涉及光降解、生物降解和化学降解，环境降解高分子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途径(1)改性利用和再生做成有用材料和制品；(2)用热裂解使其分解，制备化工原料；(3)废旧聚合物用作燃料。授课提示：对应学生用书第39页要点一高分子化合物的合成1．高分子化合物(1)高分子化合物，指的是相对分子质量很大的有机物质(相对分子质量一般在一万以上，有的可达上千万)。(2)高分子化合物按其来源可分为自然高分子化合物和合成高分子化合物两大类，自然高分子化合物有：淀粉、蛋白质、纤维素等；合成高分子化合物主要有三大类：合成纤维、塑料和合成橡胶。(3)合成高分子化合物是由低相对分子质量的有机化合物(称为单体)聚合而成，按聚合反应方式的不同，分为加聚聚合与缩聚聚合。2．加聚反应(1)定义：不饱和单体间通过加成反应相互结合生成高分子化合物的反应。(2)特点：①无小分子的副产物生成；②所生成的高分子的式量是单体式量的整数倍；③高分子与单体具有相同的元素养量组成；④通过共价键结合，具有特定结构，故化学组成并不困难。(3)单体的结构条件：含有双键、三键或环状结构的小分子在肯定条件下可发生加聚反应，不饱和单体中常含等结构。(4)加聚产物结构简式的书写：将链节写在方括号内，聚合度n在方括号的右下角。由于加聚产物的端基不确定，通常用“－”表示。如聚丙烯的结构简式：(5)常见的加聚反应①单体分子中含一个键的加聚：单体分子中的碳碳双键中的一个键断裂，单体间相互结合成链状高分子化合物。如：②含共轭双键的加聚反应：分子中含有双键、单键交替结构的烯烃，称为共轭烯烃，其中的双键为共轭双键。此类烯烃在加聚时，原来的两个键中的一个不稳定键断裂，在形成的高分子化合物中生成一个新的双键，单体相互结合成链状。如：③不同烯烃之间的共聚④含碳氧双键的加聚反应⑤碳碳三键的加聚3.缩聚反应1定义：单体分子间脱去小分子而相互结合生成高分子化合物的反应。2单体的结构条件：一般来说其单体至少有两个官能团。例如：HOCH2COOH；H2NCH2COOH；HOOC—COOH；HOCH2—CH2OH等等。3特点：①反应中总伴随有小分子副产品如H2O、HCl、NH3等生成；②单体和聚合物的组成不同4缩合聚合物简称缩聚物结构简式的书写：要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。如：5缩聚反应方程式的书写,①单体的物质的量与缩聚物结构简式中的小角标要一样；②要留意小分子的物质的量：一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为n—1；有两种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为2n—1。6常见的缩聚反应①醇酸缩聚：此类反应的通式可表示为②羟酸缩聚③含氨基与羧基的单体间的缩聚：此类反应的通式可表示为nHOOC—R—COOH＋nH2N—R1—NH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))④氨基酸的缩聚4．加聚反应和缩聚反应的对比加聚反应缩聚反应单体结构单体必需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的官能团的(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，没有副产物产生生成高聚物的同时，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eq\x\to(M)＝M(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eq\x\to(M)<M(单体)×n(聚合度)[例1]下列塑料的合成，所发生的反应类型与另外三种不同的是()A．聚乙烯塑料(CH2—CH2))[解析]推断反应类型，对高聚物进行识别，实际是变相地找单体。单体依次为：乙烯、氯乙烯、苯酚和甲醛、苯乙烯，进而得出酚醛树脂是缩聚产物，另外三种是加聚产物。[答案]C1．用于北京奥运会的国家游泳中心(水立方)的建筑采纳了膜材料ETFE，该材料为四氟乙烯与乙烯的共聚物。四氟乙烯也可与六氟丙烯共聚成聚全氟乙丙烯。下列说法错误的是()A．ETFE分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的连接方式B．合成ETFE及合成聚全氟乙丙烯的反应均为加聚反应C．聚全氟乙丙烯分子的结构简式可能为CF2—CF2—CF2—CF—CF3D．四氟乙烯分子中既含有极性键又含有非极性键解析：ETFE是CF2eq\o(=,\s\up7(CF2与CH2))CH2的共聚物，结构简式可表示为：CH2—CH2—CF2—CF2。聚全氟乙丙烯是CF2eq\o(=,\s\up7(CF2与CF2))CF—CF3的共聚物，结构简式可表示为：CF2CF2分子中的键是非极性键，C—F键是极性键。答案：C要点二高分子材料与复合材料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溶解性可溶，但溶解速度比小分子化合物慢，最终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，又具有某些特别功能的高分子材料两种或两种以上材料组成的新型材料，分基体和增加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、耐腐蚀等优异的性能应用用于制作高分子分别膜、人体器官等用于汽车工业、机械工业、体育用品、航天航空、人类健康等3.功能高分子的分类[例2]现有两种高聚物A、B，A能溶于苯、四氯化碳等有机溶剂，并加热到肯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肯定是线型高分子材料C．高聚物A肯定是体型高分子材料D．高聚物B肯定是体型高分子材料[解析]A具有热塑性，应是线型结构，因而A可能有弹性和肯定的溶解性；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。[答案]C[方法规律]结构确定性质，性质反映结构。依据高分子化合物的性质可以推断出其结构特点，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。2．“耐高温长寿命抗氧化陶瓷复合材料应用技术”获2004年度国家技术独创一等奖。该复合材料的强度比钢还大，在航空航天器中用来替代金属材料，可节约20%～30%的燃料。下列关于该材料的叙述中不正确的是()A．该材料属于新型无机非金属材料B．该材料的化学性质特别稳定C．与金属一样有较好的传热性能D．可以替代金属作耐高温结构材料解析：该物质为陶瓷复合材料，是热的不良导体，选项C不正确。它是新型的无机非金属材料，具有化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀等优点。答案：C授课提示：对应学生用书第42页1．下列有关高分子化合物的叙述中正确的是()A．高分子化合物的特点之一是组成元素简洁、结构困难、相对分子质量大B．高分子链之间靠分子间作用力结合，因此分子间作用弱，高分子材料强度较小C．高分子均为长链状分子D．高分子材料均为混合物解析：高分子材料中各个分子的n值不肯定相同，故应为混合物。答案：D2．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隐身材料④液晶高分子材料⑤光敏高分子材料⑥智能高分子材料A．①②⑤ B．②④⑤⑥C．③④⑤ D．全部解析：既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特别功能的高分子材料都属于功能高分子材料。答案：D3．下列工业生产过程中，属于应用缩聚反应制取高聚物的是()解析：选项A、B、C中的物质都是通过所给单体的加聚反应制得的，只有D是—COOH和—OH通过缩水而成的。往往受缩聚反应的链节部分相对于加聚而言要困难些的影响，而错误地认为B选项的高聚物结构也很困难，错选B。答案：D4．对聚合物分析正确的是()解析：由结构中可以看出，重复单元即链节是，单体是,应是加聚反应的产物。故选D。答案：D5.写出形成下列高分子化合物的化学方程式：1发生加聚反应：________________________________________________________________________；(2)CH2CH2发生加聚反应：________________________________________________________________________；3发生加聚反应：_____________