高中化学第五章第二节应用广泛的高分子材料

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。

1．判断下列高聚物的单体，指出由单体合成高聚物的反应类型。

(1)合成的单体是
，合成该高聚物反应类型：缩聚反应。

(2)合成的单体是
，合成该高聚物反应类型：加聚反应。

2．高分子化合物的命名
(1)天然高分子化合物习惯用专有名称，如淀粉、纤维素、天然橡胶、蛋白质、RNA、DNA等。

(2)合成高分子化合物
①由一种单体加聚所得聚合物，在单体名称前加一个“聚”字。

如聚氯乙烯、聚乙烯。

②由两种单体聚合所得聚合物有两种命名法：
第一种：在两种单体前加“聚”字。

例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酰己二胺。

第二种：在两种单体名称(简名)后加“树脂”二字。

如酚醛树脂(可由苯酚与甲醛合成)、脲醛树脂(可由尿素与甲醛合成)、醇酸树脂(可由丙三醇与邻苯二甲酸酐合成)，环氧树脂等。

另外，合成橡胶的名称可在单体名称后加“橡胶”二字，如异戊橡胶、乙丙橡胶、顺丁橡胶等；合成纤维的名称常用“纶”，如涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、腈纶(聚丙烯腈)、氯纶(聚氯乙烯)等。

3．当小分子连接构成高分子时，有的形成很长的链状，有的由链状结成网状。

链状结构的
高分子材料(如聚乙烯塑料)加热时熔化，冷却后变成固体，加热后又熔化，因而具有热塑性；网状结构的高分子材料(如电木)，一经加工成型就不会受热熔化，因而具有热固性。

探究点一塑料
1．(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．塑料的主要成分是高分子化合物，即合成树脂。

有些塑料受热后可以熔化(如聚乙烯)，这种塑料叫热塑性塑料；有些塑料受热后不能熔化(如酚醛树脂)，这种塑料叫热固性塑料。

3．聚乙烯
4.
(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：
如在酸性催化下：
；。

[归纳总结]
高分子化合物的结构与性质
[
1．下列说法不正确的是( )
A．高分子化合物材料一般都没有固定的熔点
B．相对分子质量大的高分子一般具有热塑性，相对分子质量小的高分子一般具有热固性C．高聚物的聚合度一般是不确定的
D．高分子化合物的溶解一般比较缓慢
答案 B
解析
探究点二 合成纤维、合成橡胶 1．合成纤维
(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。

棉花、羊毛、蚕丝和麻等是天然纤维；用木材等为原料，经化学加工处理的是人造纤维；用石油、天然气、煤和农副产品作原料加工制得单体，经聚合反应制得的是合成纤维。

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

(3)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：
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)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。

反应方程式为n CH 21 ===CH 2 —CH 3 ===CH 24
――→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：
CCH 2CH 3CHCH 2和]。

[归纳总结]
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。

[活学活用]
2．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
然橡胶的成分是顺式聚异戊二烯，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因为__________，天然橡胶加入适量的硫进行硫化后，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，从而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。

理解感悟(1)绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性物质(如硫)，故橡胶有较强的还原性。

因此，在实验室中，盛放强氧化剂的试剂瓶不能用橡胶塞。

(2)未经硫化的橡胶容易磨损，易溶于汽油、四氯化碳等有机溶剂，分子内有双键易发生加成反应，容易老化。

硫化后，高分子链之间经交联而变成网状结构，结构稳定，不溶于有机溶剂，不易氧化，不易老化。

1．下列有机物中不属于天然高分子材料的是( )
A．棉花B．淀粉C．尼龙D．羊毛
答案 C
解析高分子材料按其来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。

显然棉花、淀粉和羊毛是天然的，而尼龙是人工合成的，属于合成材料。

2．当前，我国亟待解决的“白色污染”通常指( )
A．冶炼厂的白色烟尘B．石灰窑的白色粉尘
C．聚乙烯的塑料垃圾D．白色建筑材料
答案 C
解析“白色污染”指的是“塑料垃圾”。

3．下列各组物质全部是由化学合成得到的是( )
A．玻璃纤维素青霉素
B．尿素食盐聚乙烯
C．涤纶洗衣粉阿司匹林
D．石英橡胶磷化铟
答案 C
解析A项中的纤维素，B项中的食盐，D项中的石英均不需人工合成。

4．下列说法正确的是( )
A．合成纤维和人造纤维统称为化学纤维
B．聚氯乙烯是热固性塑料
C．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦羽毛的气味，灰烬为有光泽的硬块，易压成粉末
D．某些合成材料和塑料制品废弃物可以倾倒到海洋中
答案 A
解析合成纤维和人造纤维统称化学纤维，A正确；聚氯乙烯为热塑性塑料，B错误；锦纶
为合成纤维，分子式为，属于多肽，和蛋白质有相似之处，但灰烬不易压成粉末，C错误；合成材料和塑料废弃物不可乱倒，D错误。

5．关于塑料的下列说法中，不正确的是( )
A．在日常生活中用于包装食品的塑料通常是聚乙烯
B．有机玻璃是一种透光性好的塑料制品
C．塑料制品容易被微生物分解，所以废弃塑料制品不会对环境造成严重的污染
D．塑料的主要成分是合成树脂，另外还有一些添加剂
答案 C
解析用于食品包装的一般为聚乙烯塑料，A正确；有机玻璃为一种高聚酯，是一种透光性好、质轻、耐酸碱腐蚀、抗霉、易加工的塑料制品，B正确；塑料制品不易分解，易造成白色污染，C错误；在塑料的组成中，除了合成树脂外，还有根据需要加入的某些具有特定用途的加工助剂以改进其性能，D正确。

6．维通橡胶是一种耐腐蚀、耐油、耐高温、耐寒性能都特别好的氟橡胶。

它的结构简式为
，合成它的单体为( )
A．氟乙烯和全氟异丙烯B．1,1­二氟乙烯和全氟丙烯
C．1­三氟甲基­1,3­丁二烯D．全氟异戊二烯
答案 B
解析将聚合物按如下所示方法
找出单体为CH2===CF2和CF2===CF—CF3，它们的名称分别为1,1­二氟乙烯和全氟丙烯，故答案为B。

[基础过关]
一、合成材料对环境的危害和防治
1．下列说法正确的是( )
A．控制塑料购物袋的使用主要是为了节约成本
B．使用可降解塑料袋有利于减少“白色污染”
C．聚氯乙烯塑料袋可用来长时间存放食品
D．塑料购物袋具有热固性，不能回收利用
答案 B
2．下列对于废弃塑料制品的处理方法中，最为恰当的是( )
A．将废弃物切成碎片填埋于土壤中
B．将废弃物焚烧
C．将废弃物倾倒于海洋中
D．将废弃物用化学方法加工成防水涂料或汽油
答案 D
解析废弃塑料非常稳定，埋在土壤中长时间不易降解，不仅影响土壤的透气性，还会改变土壤的结构，A错误；将废弃塑料袋焚烧或倾倒于海洋中，会引起大气和海洋污染，B、C 错误；将废弃塑料加工再利用是处理“白色污染”的一种合理方法，D正确。

3．焚烧下列物质严重污染大气的是( )
A．聚氯乙烯B．聚乙烯
C．聚丙烯D．有机玻璃
答案 A
解析聚乙烯、聚丙烯和有机玻璃完全燃烧只产生CO2和H2O，而聚氯乙烯完全燃烧除产生CO2和H2O外，还产生含氯的物质。

4．使用一次性聚苯乙烯等材料带来的白色污染是极为严重的环境问题之一。

最近研制出的
一种可降解塑料，代号为3HB，结构简式为，具有良好的生物适应性，能在自然界中自行降解。

请回答下列问题：
(1)该可降解塑料在自然界中可通过________(填序号)反应降解为该聚合物单体。

A．加成B．消去C．水解D．氧化
(2)该聚合物的单体结构简式为____________，该单体具有的官能团名称为__________。

(3)1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠完全反应时，消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为________。

答案(1)C (2) 羧基、羟基
(3)2∶1
解析(1)由该高聚物的链节可知，它是由乳酸通过酯化反应聚合得到的，所以该聚合物降解为单体的过程就是酯的水解过程。

(2)该单体具有两个官能团，分别为羧基(—COOH)和羟基(—OH)。

(3)醇羟基能与钠反应生成氢气，但不能与碳酸氢钠反应；羧基能与碳酸氢钠反应放出CO2，同时能与钠反应，所以可得1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠完全反应时，消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为2∶1。

二、高分子材料的结构和性质
5．下列原料或制成的产品中，若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．有机玻璃D．聚乙烯塑料膜
答案 B
6．背景材料：①2004年夏季，特氟隆不沾锅事件引起公众关注；②2004年冬季，诺贝尔化学奖授予研究蛋白质的专家；③2009年初春，广东大部分地区进行了人工降雨；④2010年春末，某高速公路发生液氯运输车翻倒泄漏事故。

下列相应说法正确的是( )
A．特氟隆(聚四氟乙烯)的单体是氟利昂
B．蛋白质是由氨基酸形成的不可降解的高分子化合物，其水溶液有丁达尔效应
C．AgI和干冰都可用于人工降雨
D．附近人员应该迅速远离液氯泄漏地点，并逆风往地势较低的安全地带疏散
答案 C
解析氟利昂又名氟氯代烷，而四氟乙烯为CF2=====CF2，故A错；蛋白质可最终水解为氨基酸，可降解，故B错；氯气有毒，比空气密度大，可随空气流动扩散，所以人员应逆风向高处疏散，故D错。

7．下列关于橡胶的说法正确的是( )
A．橡胶有天然橡胶和合成橡胶之分
B．天然橡胶都是顺式聚异戊二烯
C．橡胶都具有良好的弹性
D．橡胶的老化实质上发生的是酯化反应
答案 A
解析杜仲胶也是一种天然橡胶，其成分是反式聚异戊二烯，而且其弹性较差，B、C错；橡胶的老化是由于其高分子链中的不饱和键被氧化而造成的，D错。

8．下列说法不正确的是( )
A．天然橡胶分子中含有碳碳双键，能发生加成反应
B．硫化橡胶遇汽油能发生溶胀现象
C．聚硫橡胶具有良好的耐严寒、耐高温性能
D．合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子
答案 C
三、高分子合成反应
9．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．酚醛塑料D．聚苯乙烯塑料
答案 C
解析聚乙烯塑料为乙烯(CH2===CH2)发生加聚反应合成的，聚氯乙烯塑料为氯乙烯
(CH2===CHCl)发生加聚反应合成的，聚苯乙烯塑料为苯乙烯()发生加聚反应合成的，而酚醛塑料为酚类和醛类发生缩聚反应合成的。

10．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的化学式为2—，PVDC的化学式为2—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2—，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(CHCH)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2—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。

[能力提升]
11．现有下列高聚物2—CH2，B.天然橡胶树脂，C.硫化橡胶，D.用于制备电木的酚醛树脂，E.有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)，其中属于线型结构的是______________，属于体型结构的是________________，可溶于有机溶剂的是__________，加热能熔融的是________，用于制备轮胎的是________，用于制备车窗玻璃的是__________，用于制备插座、电器把手的是________。

答案ABE CD ABE ABE C E D
解析根据高聚物的结构特点，上述酚醛树脂和硫化橡胶为网状结构，属于体型高分子，其他为链状结构，属于线型高分子。

线型高分子能溶于有机溶剂，加热能熔融。

12．使用有机材料制成的塑料薄膜，给环境造成的“白色污染”后果十分严重。

我国最近研制成功的一类可降解塑料结构如下：
该类塑料具有良好的生物适应性和分解性，能自然腐烂分解。

试回答下列问题：
(1)这类可降解塑料中A、B、C的单体分别为________、____________、__________。

(2)可降解塑料在自然界可通过____________(填反应类型)分解为小分子有机物。

(2)水解反应
13．氯丁橡胶M是理想的电线电缆材料，工业上可由有机化工原料A或E制得，其合成路线如下图所示。

完成下列填空：
(1)A的名称是______________，反应③的反应类型是______________。

(2)写出反应②的化学反应方程式________________________________________________________________________。

(3)为研究物质的芳香性，将E三聚、四聚成环状化合物，写出它们的结构简式。

鉴别这两个环状化合物的试剂为__________。

答案(1)1,3­丁二烯加聚反应
(3) 、溴水(或酸性高锰酸钾溶液，答案合理即可)
[拓展探究]
14．下图是合成聚碳酸酯(PC)的过程(反应条件和部分产物未写出)：
信息提示：苯酚分子中与酚羟基直接相连的碳原子的邻、对位上的氢原子有很好的反应活性，
易跟某些含羰基的化合物 (R、R′代表烷基或H原子)发生缩合反应生成新的有机物和水。

苯酚还能发生如下反应生成有机酸酯：
请写出：(1)X的结构简式____________。

(2)在一定条件下X与反应合成聚碳酸酯的化学方程式________________。

(3)X和浓溴水反应时，1 mol X最多能消耗Br2____mol。

(4)与乙酸苯酚酯分子式相同，分子中含有苯环且属于酯的其他可能有机物的结构简式________________________________________________________________________。

解析(1)聚碳酸酯是由X和缩聚而成的，由此可知，X的结构简式为
，显然X是由两分子OH和一分子
(2)该缩聚反应生成的小分子是HCl。

(3)X分子中只有与酚羟基直接相连的碳原子的邻位碳原子上的氢原子能被溴水中的溴取代。

(4)写酯的同分异构体时要注意思维的有序性。

将移位时，可以得到苯甲酸甲酯；将
—CH2—移位时，可以得到甲酸苯甲酯；将碳链缩短时，得到的甲基甲酸苯酚酯有3种。