高中化学选修五《有机化学基础》《功能高分子材料》【创新教案】

第三节功能高分子材料教材分析1、地位与功能初中化学介绍了高分子化合物的一般概念，描述了塑料、合成纤维及合成橡胶在生活中的应用；化学2介绍了常见有机化合物的结构、性质和用途，以及高分子单体（乙烯、丙烯）的矿物来源、乙烯和丙烯等的聚合反应和应用；本书前四章又较深入地学习了常见有机化合物与天然高分子化合物的结构、性质和用途。

在此基础上，本章较为简单地从相对分子质量大小说明高分子化合物与低分子化合物的区别，加成聚合反应与缩合聚合反应的基本特征，并以典型实例介绍了三大合成材料与功能高分子材料的合成、性能及应用。

目的是让学生体验高分子材料在工农业生产、提高人民生活质量和高新科技领域中的重要作用。

2、内容选择与呈现本节在了解功能高分子材料概念后，以高吸水性树脂为例，仍然从结构与性能的关系入手，由具有吸水性的天然高分子得到启示，用天然高分子改性或以亲水性的单体聚合获得高吸水性树脂、在具有高吸水性的同时，还要有不溶于水的性能，必须加入交联剂将线型结构转变为网状结构，使其既吸水又不溶于水。

让学生感受到，在掌握了高分子的结构与性能的关系后，人们可以从需求的性能出发，设计出具有某种功能的高分子化合物、复合材料部分，只要举例说明涵义就可以了。

教学策略当今国际社会普遍认为，能源、信息和材料是国民经济发展的三大支柱产业。

材料是指人类利用化合物的某些功能来制作物件时所用到的化学物质。

材料对人类社会的发展贡献巨大，它是人类赖以生存和发展的重要物质基础。

没有耐高温、高强度的特殊结构材料，就不可能有今天的宇航技术；没有半导体材料，就不可能有目前的计算机技术；没有光导纤维，就不会出现信息的长距离传输，实现高速、高容量的光通讯；没有有机高分子材料，人类的生活就不会像今天这样丰富多彩。

材料的发明和开发使用，极大地促进了人类社会的进步，是人类社会文明的重要标志之一。

人类社会的发展历史，也可以说是一部材料科学和技术的发展史，材料代表着生产力的发展水平，历史上的石器时代、陶器时代、青铜器、铁器时代等，就是以材料作为标志来命名的。

可以相信，材料科学和材料技术的发展和突破，必将为人类社会发展做出更大的贡献，把人类文明推向更高的层次。

教学策略中可利用上网查询，从历史的角度使学生体会化学材料的发展是化学科学发展的一个缩影，通过对不同时期化学材料发展过程的了解，使学生对化学科学发展的进程有所认识。

让学生认识功能高分子材料在科学•技术•社会中的作用，培养学生用科学的方法发现问题、认识问题的意识。

三维目标1、知识与技能⑴通过高吸水性树脂说明功能高分子材料的优异性能，初步知道高分子化合物的结构与性能之间的关系。

⑵能举出日常生活中接触到的新型高分子材料。

2、过程与方法通过阅读、讨论，培养学生自学和归纳总结的能力。

3、情感、态度与价值观目标使学生体验日新月异的高分子材料在工农业生产、提高人民生活质量和高新技术领域中的重要作用。

教学重难点重点：举出日常生活中接触到的新型有机高分子材料，认识到功能材料对人类社会生活生产的重要性。

难点：扩大学生的知识面，激发学生对高分子材料学习的兴趣和投身科学事业的决心。

教学方法实验法教学过程【创设情境】下雨天路面积水湿滑使世界上很多城市都头疼不已，如何解决这个问题呢？下面我们来看一个短片。

【播放视频1】【引入】这是一种用高吸水性树脂材料铺就的路面，在短短的一分钟内，实验者倾倒了4000L的水，但路面却没有出现积水现象，可见这种路面的吸水性有多么强大！婴儿使用的“尿不湿”采用的也是具有相同功能的高吸水性树脂材料。

那么它的吸水性到底有多好呢？我们通过一个实验来探究一下。

【探究实验】取一片“尿不湿”，放入塑料袋并在袋中进行以下操作：用剪刀剪开“尿不湿”，取出白色棉絮状（有少量颗粒状）物质。

试做下列实验：1、取一个100 mL烧杯，向其中放入70 mL水，称取1g上述白色棉絮状（有少量颗粒状）物质投入水中，用玻璃棒充分搅匀，静置，观察和记录现象。

2、另取一个100 mL烧杯，称其质量为m1g，向其中放入70 mL水，称取1g医用脱脂棉投入水中，静置，观察和记录现象。

倾出未吸收的水，再称其质量为m2g，按式（m2-m1-1）算出脱脂棉吸收的水量。

【过渡】“尿不湿”可吸入其自身重量约几百倍的尿液而不滴不漏，可以保证婴儿夜晚安睡和白天的活动。

如何获得高吸水性树脂呢？【提问】棉花、纸张等具有一定的吸水性，为什么呢？【学生回答】因为纤维素分子链带有许多亲水原子团——羟基。

【讲授】通过实验我们发现纤维素产品的吸水性一般，且挤压后水的保有量很少。

而我们需要的材料须比棉花、纸张等吸水性能高很多，且保水能力强，还能耐一定的挤压作用。

那么我们就需要在合成材料中引入更多的亲水性原子团。

【PPT】两种可获得具有高吸水性树脂的方法：1、对淀粉、纤维素等天然吸水性材料进行改性，在它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力。

2、以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物。

【过渡】这两种方法的共同特点是都要在反应中加入少量含有两个双键的二烯化合物作为交联剂，让高聚物分子链间发生交联，让高聚物分子链间发生交联，得到具有网状结构的树脂。

【学与问】在橡胶工业中，制造橡胶要经过硫化工艺，将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构。

在制备高吸水性树脂时也要加入交联剂，以得到具有网状结构的树脂，请你想一想，为什么都要做成网状结构？目的是否相同？【学生回答】橡胶工业中将线型结构连接为体型结构是为增加橡胶的强度；高吸水性树脂将线型结构连接为体型结构是使它既吸水又不溶于水。

【过渡】有了高吸水性树脂就可以在干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗旱保水，改良土壤，改造沙漠。

生活中我们也可以使用到这种材料。

【PPT】七彩植物养护水晶泥水晶泥是高分子吸水材料。

它能吸收并保持大量植物生长所需的水分和营养成分，并可以反复吸收和释放。

由于它色彩鲜艳夺目，特别适合用于家庭及各种公共场所装饰摆设。

水晶泥既适合栽培荫生、水生的植物，也可插鲜花观赏，为你带来美的享受。

七彩植物养护水晶泥是利用聚乙烯醇、聚丙烯酸盐制作的。

颜色系列：透明白色、玫瑰红、粉红、天蓝、紫色、苹果绿、绿色、黄色、橙色、柠檬黄等。

【过渡】以上我们研究的高吸水性树脂是众多功能高分子材料的一种，什么是功能高分子材料呢？【PPT】在天然或合成高分子的主链或支链上带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，满足光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的功能要求，这类高分子通称为功能高分子。

【板书】第三节功能高分子材料【PPT】【科学视野】高分子膜：用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。

应用的领域有核燃料及金属提炼、气体分离、海水淡化、超纯水制备、污废处理、人工脏器的制造、医药、食品、农业、化工等各方面。

【科学视野】高分子药物的两种做法1、作为载体，用以控制药物缓慢释放，2、作主药，有长效的特点。

【科学视野】医用高分子主要有：①用于制造人工组织和人工器官的高分子生物材料。

②医疗过程中各种外用的器具和用品。

【小组讨论】医用高分子材料应具备哪些特点？【学生回答】（1）无毒,且是化学惰性的;（2）与人体组织和血液相容性好;（3）具有较高的机械性能；（4）容易制备、纯化、加工和消毒。

医用高分子及用途【科学视野】仿生高分子的研究内容包括：1、模拟生物大分子在体内的化学反应过程，如蛋白质及核酸的合成、酶的催化作用2、模拟生物体内的物质输送过程，如模拟生物膜以及细胞的功能3、模拟生物体内的能量转换过程，如模拟光合作用、固氮作用等【科学视野】导电高分子2000年的诺贝尔化学奖授予了美国的物理学家黑格、美国的化学家马克迪尔米德和日本化学家白川英树，奖励他们在导电高分子、有机半导体方面的开创性工作，这项工作开辟了材料科学的新领域，意义非常重大。

利用这些导电高分子材料可以制造出许多新颖的电子器件、轻便的彩色显示器、可以卷曲的电视大屏幕……【科学视野】导电高分子的发现和发展20世纪70年代，白川英树的学生在一次做聚乙炔实验时，误将催化剂的用量多加了1000倍，结果在反应液的表面形成了一层银白色发亮的膜状物，得到了具有金属光泽的，显示出半导体性质的聚乙炔膜。

与此同时，美国宾夕法尼亚大学化学系的马克迪尔米德教授，也在从事导电无机聚合物的研究。

1976年马克迪尔米德邀请白川英树到美国，与黑格一起合作研究具有导电性的聚乙炔，发现以I2掺杂的聚乙炔具有与金属一样的导电性，比原聚乙炔膜提高了约107倍。

1977年在纽约召开的国际学术会议上，白川英树把聚乙炔薄膜串接在由小灯泡和电源组成的电路中，灯泡亮了。

现在，有机导电高分子材料的理论和应用研究方兴未艾，除聚乙炔外，还发现了其他具有导电性能的有机高分子材料，如聚苯胺等。

【科学视野】感光树脂指利用某些聚合物具有光分解的特性，或某些单体具有光聚合或光交联的特性而产生图像的非银感光材料。

感光树脂广泛应用于印刷工业中制版，用作光致抗蚀剂（即光刻胶）、紫外光固化涂料、光敏油墨、光固化粘合剂等。

【科学视野】光致变色高分子是一类在光或其他电磁波作用下能产生变色现象的高分子化合物。

光致变色高分子可以直接通过缩合聚合来合成，光致变色高分子可用于干法自动显影照相、数据和信息的记录储存或动态图形的显示、军事伪装或室内装饰，此外还用作防光、避光和遮光材料或滤光片，辐射剂量测示剂或其他分析指示剂等。

【科学视野】光导电高分子指那些在受光照射前本身电导率不高，但是在光子激发下可以产生某种载流子，并且在外电场作用下可以传输载流子，从而可以大大提高其电导率的材料。

载流子可以是电子、空穴、或者为正负离子。

与无机光导电体相比，高分子光导体具有成膜性好，容易加工成型，柔韧性好的特点。

光导电高分子材料在静电复印、有机太阳能电池、电子照相和信息记录等方面具有重要意义。

光导电高分子材料还可以用于特殊光敏二极管和光导摄像管的研制。

【科学视野】离子交换树脂的应用领域1）水处理用于水中的各种阴阳离子的去除。

2）食品工业用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。

3）制药行业链霉素的开发成功即是突出的例子。

4）合成化学和石油化学工业离子交换树脂作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应时，优点更多。

如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。

5）环境保护目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用离子交换树脂进行回收使用。

如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。

6）湿法冶金及其他可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。

【过渡】为弥补某一种单一材料在性能上的缺陷，将几种不同材料结合在一起制成的复合材料得到了迅猛发展。