高中化学选修5全书第五章 第二节

第二节 应用广泛的高分子材料

[学习目标定位] 1.知道高分子化合物的结构特点和基本性质,知道高聚物的结构与性质的关系。2.知道塑料、合成纤维、合成橡胶的性质和用途。

一、塑料

1.高分子材料概述

(1)按合成材料的用途和性能可分为三大类：合成高分子材料、功能高分子材料和复合材料。

(2)应用广泛的“三大合成材料”是指塑料、合成纤维和合成橡胶。

2.塑料的成分及分类

(1)成分

塑料的主要成分是合成高分子化合物,即合成树脂。

(2)分类

3.常见的塑料

(1)聚乙烯

高压聚乙烯 低压聚乙烯

合成条件 高温、高压,引发剂 低压,催化剂

高分子链 较短 较长

相对分子质量 较低 较高

密度 较低 较高

(2)酚醛树脂

①含义：是用酚类(如苯酚)和醛类(如甲醛)在酸或碱的催化作用下相互缩合而生成的高分子化合物。

②制备和结构：

③在酸催化下的化学方程式为

；

。

高分子化合物的结构与性质

线型高分子 体型高分子

结构 分子中的原子以共价键相互连结,构成一条很长的卷曲状态的“链” 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

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,有可塑性 常见物质 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 酚醛树脂、硫化橡胶

例1 下列关于高分子化合物的组成、结构、性质的说法错误的是( )

①高分子化合物的相对分子质量都很大

②纯净的淀粉属于纯净物

③有机高分子的结构分为线型结构、支链型结构和体型结构

④线型高分子具有热固型

⑤高分子材料一般不易燃烧

A.④⑤ B.①③

C.②⑤ D.②④⑤

答案 D

解析 淀粉是高分子化合物,属于混合物；线型高分子化合物的链与链之间未形成化学键,仅以分子间作用力相结合,故受热易熔化,具有热塑性；有机高分子化合物一般易燃烧。

【考点】高分子化合物的组成、结构和性质

【题点】高分子化合物的结构和特点

例2 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的说法中正确的是( )

A.PHB是一种聚酯,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)COOH

D.通过加聚反应可以制得PHB

答案 C 解析 是高分子化合物,属于混合物,没有固定的熔点；PHB是聚酯类高分子化合物,通过缩聚反应制得；其降解过程是先水解生成2-羟基丁酸,然后被氧化为CO2和H2O。

【考点】塑料

【题点】塑料的制备及单体的推断

二、合成纤维 合成橡胶

1.合成纤维

(1)纤维的分类

纤维 天然纤维：如棉花、羊毛、蚕丝和麻等化学纤维

人造纤维：将木材等天然纤维经化学加工

处理所得的纤维。如黏胶纤维合成纤维：以煤、石油、天然气和农副产品

为原料加工制得单体，然后经过聚合反 应制得的纤维。如“六大纶”

(2)常见的合成纤维

①合成纤维的“六大纶”是指涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶,其中被称作“人造棉花”的是维纶。

②涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的商品名。写出生成涤纶的化学方程式：

催化剂

。

2．合成橡胶

(1)橡胶的分类

橡胶 天然橡胶合成橡胶 通用橡胶 丁苯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶特种橡胶 聚硫橡胶：有耐油性硅橡胶：有耐热、耐寒性

(2)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、耐高温或耐低温等性能。

(3)常见的橡胶

①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。化学方程式为nCH21 ===CH2 —CH3 ===CH24 ――→催化剂

。

②天然橡胶是异戊二烯的顺式聚合物，写出异戊二烯和天然橡胶的结构简式：

和。

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。

例3 下列说法正确的是( )

A.利用石油作原料制得的纤维是人造纤维

B.天然纤维是不能再被加工处理的

C.合成纤维、人造纤维和天然纤维统称化学纤维

D.煤和农副产品也可经过处理制得合成纤维

答案 D

解析 棉花、羊毛、木材和草类的纤维都是天然纤维；天然纤维经过人工处理形成人造纤维；以石油、天然气、煤和农副产品作原料制成单体，经聚合反应制成的是合成纤维，合成纤维和人造纤维统称化学纤维。故只有D正确。

【考点】纤维

【题点】纤维的分类和制备

例4 橡胶树是热带植物，在我国海南已大面积种植。从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的成分是聚异戊二烯，其结构简式为

试回答下列问题：

(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是(从分子结构上解释)____________________________，天然橡胶加入适当的硫磺进行硫化后，其结构由________变成________，因而硫化橡胶________(填“能”或“不能”)溶于汽油。

(2)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________(填“能”或“不能”)褪色。

答案 (1)天然橡胶是线型结构 线型结构 网状结构(或体型结构) 不能 (2)能

解析 (1)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，能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后，引入的硫原子可通过形成共价键，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。

(2)天然橡胶的单体中含有两个碳碳双键，能发生加成反应，使溴水褪色。

【考点】橡胶

【题点】橡胶的结构和特点

1．下列物质中一定属于合成高分子化合物的是( )

A．塑料 B．纤维

C．橡胶 D．蛋白质

答案 A

解析 只有塑料才是由人工合成的高分子化合物，其他均存在天然和人工合成两种高分子化合物。

【考点】合成材料的分类 【题点】天然高分子化合物与合成高分子化合物的区别

2．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，加工时硫化程度最高的是( )

A．橡皮筋 B．汽车外胎

C．普通气球 D．医用乳胶手套

答案 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更高。

【考点】橡胶

【题点】硫化橡胶的特点

3．下列说法中正确的是( )

A．天然纤维就是纤维素

B．合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品

C．化学纤维的原料不可以是天然纤维

D．生产合成纤维的过程中发生的是物理变化

答案 B

解析 天然纤维不仅包括纤维素，还包括羊毛、蚕丝等；生产合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品；在生产合成纤维过程中必包含加聚反应或缩聚反应，应属于化学变化；化学纤维的原料可以是天然纤维，如黏胶纤维就是用木材、草类等天然纤维经化学加工制成的。

【考点】合成纤维

【题点】天然纤维和化学纤维的辨析

4．下列塑料的合成，所发生的化学反应类型与另外三种不同的是( )

A．聚乙烯塑料 B．聚氯乙烯塑料

C．酚醛树脂 D．聚苯乙烯塑料

答案 C

解析 乙烯合成聚乙烯、氯乙烯合成聚氯乙烯、苯乙烯合成聚苯乙烯均属于加聚反应，苯酚和甲醛合成酚醛树脂属于缩聚反应。

【考点】有机合成的方法

【题点】加聚反应与缩聚反应的辨析

5．食品保鲜膜按材质分为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)等。PVC广泛用于食品、蔬菜外包装，它对人体有潜在危害。下列有关叙述不正确的是( )

A．PVC保鲜膜属于链状聚合物，在高温时易熔化，能溶于酒精

B．PVC单体可由PE的单体与氯化氢加成制得 C．PVC的结构简式为CH2—CHCl，PVDC的结构简式为CH2—CCl2

D．等质量的聚乙烯和乙烯完全燃烧消耗的氧气相等

答案 B

解析 聚氯乙烯(PVC)的结构简式为CH2—CHCl，属于链状聚合物，在高温时易熔化，并且易溶于有机溶剂苯、酒精等，A项正确；聚氯乙烯(PVC)的单体是CH2===CHCl，可以由乙炔(CH≡CH)和氯化氢加成制得，而不能由聚乙烯(PE)的单体CH2===CH2和HCl加成制得，B项错误；聚偏二氯乙烯(PVDC)的结构简式为CH2—CCl2，C项正确；乙烯和聚乙烯的含碳量和含氢量均相同，等质量的乙烯和聚乙烯燃烧时，消耗的氧气的质量相等，D项正确。

【考点】塑料

【题点】塑料的制备、单体及性质

6．己内酰胺是生产锦纶纤维的重要原料。已知己内酰胺的结构简式如下：

(1)写出己内酰胺在一定条件下发生水解反应的化学方程式：________________________。

(2)写出己内酰胺的水解产物发生缩聚反应生成锦纶纤维的化学方程式：____________

________________________________________________________________________。

答案 (1)＋H2O――→催化剂

(2) ――→催化剂

解析 (1)己内酰胺水解时酰胺键()发生断裂，其中羰基连接—OH，亚氨基连接氢原子。

(2)含有氨基和羧基，能够发生缩聚反应，在氨基和羧基之间脱去水分子形成高聚物。

【考点】合成纤维