第二节　应用广泛的高分子材料名师教学视频（文字实录）

人教版选修5第五章

进入合成有机高分子化合物的时代

第二节

应用广泛的高分子材料第二课时教学设计

【教学目标】

1.通过“三大合成材料”的实例，分别说明合成纤维、合成橡胶的结构、性能和用途。

2. 通过活动课研究、学习治理“白色污染”的途径和方法，关注和爱护自然，树立社会责任感，培养环境保护意识。

3.

了解合成高分子化合物的结构特点：线型结构、支链型结构、网状结构(体型结构)。

【教学过程】

一、塑料

1.成分：

塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯，酚醛树脂等，此外，还有少量使其具有某些特定性能的加工助剂，如增塑剂、热稳定剂，防老化剂等。

2.种类：

热塑性塑料（如聚乙烯，聚氯乙烯等）

热固性塑料（如酚醛树脂）

二、高分子结构对性能的影响

1.聚乙烯

（1）聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)，有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，相对分子质量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210°C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。

（2）聚乙烯特性

聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。

（3）聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。

高压聚乙烯：相对分子量较低，熔点、密度也低；一般为体型结构，有长短不一的支链；

低压聚乙烯：相对分子量较大，熔点、密度较高；为线型分子，少或无支链。

注意：高分子链越长，相对分子量越大，高分子间的作用力就越强；

高分子链支链越多，高分子间距离越大，高分子间作用力就越强。

1 1

2.酚醛树脂

酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚醛或其衍生物缩聚而得。

酚醛树脂是用酚类（如苯酚）与醛类（如甲醛）在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。

A.在酸催化下：

OH H+

OH 2[来源:Zxxk.Com]

OH —CH2OH

+

HCHO

OH

OH

H+

—CHH n n

+ (n-1)H2O

B.在碱催化下，等物质的量的甲醛和苯酚或过量的甲醛与苯酚反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚，然后加热继续反应，就可生成网状结构的酚醛树脂。

C.酚醛树脂的制备和性质

在试管中加入2g苯酚，3ml质量分数为40％的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在沸水浴中加热，待反应物接近沸腾时，取出试管，液体变成白色混浊。

搅拌冷却后加入乙醇，能溶解；把试管放在热水浴中继续加热后，不能溶于任何溶剂。

注意：合成高分子化合物的结构大致分为三类：线型结构、支链型结构、体型结构。

线型结构的高分子能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂；体型结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。

D.酚醛树脂的用途

酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。正因为这个原因，酚醛树脂才被应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。

二、合成纤维

合成纤维市场与服装行业瞬息万变紧密相连，差别化率有待提高。合成纤维作为重要的纺织纤维，其地位已经超过天然纤维，广泛应用于各个行业。

1.纤维分为天然纤维和化学纤维，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维。

2．合成纤维的“六大纶”是指涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶，其中被称作“人造棉花”的是

2 2 —CH2

OH

维纶。

3．写出生成涤纶的化学方程式：

用天然的或合成的高分子化合物做原料，经过化学方法加工而得的一切纤维，总称化学纤维。新中国成立初期，中国只有一家化纤厂——丹东化纤厂，年产粘胶纤维230吨。20世纪50年代末，中国才第一次从民主德国引进了一套化纤设备，建成了年产6000吨的保定化纤厂，并相继又自己设计建成了南京、杭州等一批人造纤维厂。20世纪60年代，中国主要发展粘胶纤维（即人造纤维），合成纤维发展较慢，只有兰州从国外引进了人造毛生产设备，保定从日本引进了维尼纶生产设备。从20世纪70年代开始，中国化纤工业进入全面发展时期。国家投资100亿元，引进了四套大化纤生产线，建起了上海金山石化总厂、辽阳石油化纤公司等大型化纤企业。进入20世纪80年代后，中国又建成了仪征化纤联合公司。到1986年，中国已成为世界化纤生产大国，产量突破100万吨，居世界第四位，化纤生产的发展速度，在世界上也是首屈一指的。

三、合成橡胶

合成橡胶

1.合成橡胶发展到现在已经有丁苯橡胶、顺丁橡胶、合成天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等品种。橡胶的相对分子质量比塑料、合成纤维都高。

2．顺式聚1,3丁二烯是线型结构，分子链较柔软，具有良好的弹性。顺丁橡胶是顺式聚1,3丁二烯与硫黄等硫化剂混炼而成的。

3,

胶在加工过程中要加入硫黄等硫化剂进行硫化，其目的是什么？

【提示】

硫化剂的作用是打开橡胶分子中的双键，以—S—S—键将橡胶的线型结构连接为网状结构，得到既有弹性，又有强度的橡胶。

【问题导思】

①常见的有机高分子化学反应有哪些？

【提示】

(1)降解

(2)橡胶硫化

(3)催化裂化

②盛放酸性KMnO4溶液或溴水的试剂瓶，为什么不能使用橡胶塞？

3 3

【提示】

橡胶含有碳碳双键，易被酸性KMnO4溶液氧化，或与Br2水发生加成反应。

③聚氯乙烯塑料为线型结构，推测其具有什么性质？

【提示】

热塑性。

4.

常用橡胶的性能和用途

①丁苯橡胶

热稳定性、电绝缘性和抗老化性好。可制轮胎、电绝缘材料，一般橡胶制品等；②顺丁橡胶

弹性好、耐低温、耐热、粘结性差，可制轮胎、运输带、胶管等；③氯丁橡胶

耐日光、耐磨、耐老化、耐酸、耐碱、耐油性好，耐寒性差。可制电线包皮、运输带、化工设备的防腐衬里、胶粘剂等；④丁腈橡胶

抗老化性和耐油性好，耐高温,弹性和耐寒性较差,可制耐油、耐热的橡胶制品，飞机和油箱衬里等；⑤聚硫橡胶

耐油性和抗老化性很好，耐化学腐蚀，弹性较差。可制耐油、耐苯胶管、胶辊、耐臭氧制品、储油及化工设备衬里等。⑥硅橡胶

耐低温(－100℃)和高温(300℃)，抗老化和抗臭氧性好,电绝缘性好,机械性能差，耐化学腐蚀性差。可制各种在高温、低温下使用的衬垫以及绝缘材料、医疗器械及人造关节等；⑦丁基橡胶

气密性好，耐热、耐老化、电绝缘性好，柔顺性较小，弹性较差。可制汽车内胎，探空气球、汽艇、防毒面具、化工设备衬里等；⑧异戊橡胶

与天然橡胶相似，粘结性良好。适用于使用天然橡胶的场合，可制汽车内外胎、胶管、胶带、飞机轮胎等。

四、高分子化学反应的特点、高分子化合物的结构与性质

1．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，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，高分子材料解聚为小分子。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。

②橡胶硫化

天然橡胶(C线型变体型结构。

③催化裂化

石油催化裂化得柴油、煤油、汽油及可燃性气体等

2.高分子化合物的结构与性质

结构

溶解性

性能

特性

线型高分子

分子中的原子以共价键相互联结，构成一条很长的卷曲状态的“链”

能缓慢溶解于适当溶剂

具有热塑性，无固定熔点

强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好

体型(网状)高分子

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

很难溶解，但往往有一定程度的胀大

具有热固性，受热不熔化

强度大、绝缘性好，有可塑性

CH2CH3CHCH2)，经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键(—S—)或双硫键(—S—S—)，

4 4

常见

物质

五、板书

二、合成纤维

1．纤维的分类 2．“六大纶”的性能和重要用途

3．几种具有某些特殊性能的合成纤维

芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维。

三、合成橡胶

1．橡胶的分类 2．合成橡胶的性能和主要用途

3．使用合成材料的负面作用及对策

五、检测题

1. 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

聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶

酚醛树脂、硫化橡胶

2. 关于天然橡胶A．天然橡胶是天然高分子化合物

的下列叙述中，不正确的是 (

) B．天然橡胶受空气、日光作用，不会被氧化而老化

C．天然橡胶能溶于汽油、苯等有机溶剂

D．天然橡胶含有双键，能发生加成反应

3. (双选)下列说法中，不正确的是 (

) A．通常所说的三大合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶

B．塑料的主要成分是合成树脂，另外还含有一些添加剂

C．用木材等经化学加工制成的黏胶纤维属于合成纤维

D．合成橡胶的原料是石油和煤

4. 聚丙烯酸钠(下列叙述不正确的是 (

) A．聚丙烯酸钠属于混合物

)具有超强吸水性，能吸收空气中的水分，可用于矿山道路运输抑尘等。B．聚丙烯酸钠属于天然有机高分子化合物

5 5

C．聚丙烯酸钠可用于生产“尿不湿”

D．路面喷洒聚丙烯酸钠溶液能抑制扬尘，一定程度上能预防雾霾和PM2.5 5. 以乙炔为主要原料可以合成聚氯乙烯、聚丙烯腈和氯丁橡胶，其制备过程如下：

试回答下列问题：

(1)试写出B和C的结构简式：B________；C________；

(2)写出反应③和反应⑦的化学方程式并指明反应类型。

________________________________________________________________________，

________________________________________________________________________；

(3)若某聚丙烯腈的平均相对分子质量为26 500，则n＝________；

(4)三分子乙炔在一定条件下可聚合成环状分子，该分子的结构简式可表示为________。

参考答案

1. 【解析】利用石油、天然气、煤和农副产品等为原料制得的纤维都是合成纤维。天然纤维可经再加工得到人造纤维；天然纤维不属于化学纤维。

【答案】D 2. 【解析】天然橡胶氧化而老化。

的链节中含有C===C双键，受日光、空气作用，会逐渐因【答案】B 3. 【解析】用木材、草料等天然纤维经化学加工制成的黏胶纤维属于人造纤维；利用石油、天然气、煤和农副产品做原料制成单体，再经聚合反应制成的是合成纤维；合成橡胶的原料是石油和天然气。

【答案】CD 4. 【解析】本题考查了高分子化合物，意在考查考生对高分子化合物概念的理解能力及应用能力。聚丙烯酸钠是高分子化合物，故为混合物，A项正确；聚丙烯酸钠属于人工合成高分子化合物，B项错误；由题目信息可知该物质具有超强吸水性，故可用于生产“尿不湿”，C项正确；由题目信息可知D项正确。

【答案】B 5. 【解析】

乙炔与HCN发生加成反应生成B，CH≡CN＋HCN―→CH2===CH—CN。由反应⑦可知D应为单体2－氯－1,3－丁二烯()，故分子C应为两分子乙炔的加成产物，其结构简式为26 500CH2===CH—C≡CH。由分子D制备氯丁橡胶为加聚反应。聚丙烯腈一个链节的相对分子质量为53，故n＝53＝500。由原子守恒可知当3分子乙炔聚合为环状分子时，其分子式应为C6H6，故该物质应为苯(

6 )。

6

===CH—C≡CH ；加成反应

；加聚反应

7 7

【答案】

(1)CH2===CH—CN CH2(2)CH≡CH＋HCN―→CH2===CH—CN(3)500 (4)