高中化学人教版 (2019)选择性必修3第二节 高分子材料教学设计

第五章  合成高分子

第二节  高分子材料

第1课时  通用高分子材料

塑料、合成纤维、合成橡胶是20世纪人类的伟大成就，也是高分子化合物发展的重要成果。在科学技术迅速发展的今天，以塑料、合成纤维、合成橡胶为代表的合成高分子材料不.仅给社会和人们生活带来了巨大的变化，而且合成高分子材料的研制和生产水平，已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。

本节教学内容是在学完高分子基本合成方法和结构特点之后，从“三大合成材料”人手认识合成高分子材料的概貌。“三大合成材料”与学生生活息息相关，教学中应注意联系学生的生活实际，从身边的常见物质人手。充分利用广泛的生活事例，将会使学生感到熟悉、亲切、生动，可增强学习的兴趣和热情。教学策略侧重于使学生了解高分子合成材料的分类及主要用途；帮助学生了解塑料、合成纤维、合成橡胶中典型代表物的有关聚合反应、聚合物的结构、性能特点；通过活动课或探究性学习介绍治理“白色污染”的途径和方法，培养学生关注和爱护自然，树立社会责任感，培养环境保护意识。

教学重点：三大合成材料的组成和结构的特点

教学难点：三大合成材料的组成和结构的特点

讲义  教具

【新课导入】

[展示]嫦娥5号登月的照片。

[引入]2020年11月24日凌晨,嫦娥5号在长征5号火箭巨大的推力下,启程前往月球,经20多天旅程后带着月壤返回,这是中国航天“探月工程”向世界展示出“中国力量”。其中制作国旗材料之一是高强度芳纶纤维，属于高分子材料。

【讲解】

高分子材料按用途和性能可分为通用高分子材料（包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等）和功能高分子材料（包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等）等类别。

任务一：塑料

1.   塑料的主要成分及常见的塑料

【讲解】

塑料的主要成分：合成树脂，例如，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等。

2.   塑料的分类

【讲解】

[展示]塑料的线型结构和体型结构

塑料按受热特征分为：热塑性塑料和热固性塑料。

热塑性塑料具有长链状的线型结构。受热时，分子间作用力减弱，易滑动，可反复加工多次使用；冷却时，相互引力增强，会重新硬化；

热固性塑料再次受热时，链与链间会形成共价键，产生一些交联，形成体型网状结构，硬化定型，加工成型后不能加热熔融。

3.   聚乙烯

(1)聚乙烯的分类

【讲解】

聚乙烯具有极其广泛的用途，按合成方法可分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯。

高压法聚乙烯是在较高压力与较高温度，并在引发剂作用下，使乙烯发生加聚反应得到的，含有较多支链，密度和熔融温度也较低，属于低密度聚乙烯。

低压法聚乙烯在较低压力和温度下，用催化剂使乙烯发生加聚反应得到的，支链较小，密度和熔融温度也较高，属于高密度聚乙烯。

[展示]展示保鲜膜（低密度聚乙烯）和酸奶瓶（高密度聚乙烯）。

[展示]高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比

(2)  高分子材料的弹性

[设疑]我们平时用的耳机线为什么总缠在一起？

【讲解】

一般的高分子材料都具有一定的弹性的原因：

聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳单键相连，单键可旋转，使它不可能成一条直线，只能成不规则的卷曲状态。当有外力作用时，卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢复卷曲状态。因此，一般的高分子材料都具有一定的弹性。

(3)  影响高分子化合物熔点、密度的因素

【讲解】

影响高分子化合物熔点、密度的因素：

高分子链越长——相对分子质量越大——分子间的作用力越大——熔点、密度越高

链与链之间越密——链之间的作用力越大——熔点、密度越高

[设疑]为什么高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点低、密度也低呢？

【讲解】

低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比高密度聚乙烯的小，熔点和密度也就较低；相反，高密度聚乙烯的支链较少，链之间易于接近,相互作用力较大，熔点和密度都较高

(4)  聚乙烯的应用

【讲解】

①低密度聚乙烯可做无毒的食品包装袋等薄膜制品，不用加入增塑剂就显得十分柔软。

②高密度聚乙烯较硬一些,可做瓶、桶、板、管与棒材等。

③通过改进聚合反应的催化剂，得到了超高相对分子质量聚乙烯(相对分子质量大于106)，具有高强度和高耐磨性，,使用温度范围广，耐化学腐蚀，可用于制造防弹服、防弹头盔、绳缆等。

【过渡】酚醛树脂是人们较早就开始使用的合成高分子，其生产历史已超过百年，它使用酚或醛在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。

4.   酚醛树脂

[实验5-1]

(1)在试管中加入2g苯酚、3 mL质量分数为40%的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在沸水浴中加热。当试管中反应物接近沸腾时，从沸水浴中职出试管，并用/璃棒搅拌，观察产物的颜色和状态。

(2)在另一试管中加入2g苯酚和3 mL质量分数为40%的甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，稍加振荡后，加入0.5 mL浓氨水，注意与（1）中酸催化聚合反应的现象进行比较。.

[实验现象]

实验结论：苯酚与甲醛在酸或碱作用下均可发生缩聚反应生成树脂。

[原理探析]

酚醛树脂的合成方法

(1)在酸催化下，等物质的量的苯酚与甲醛反应，苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的碳基加成生成羟甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子。

+    

n+(n‒1)H2O

(2)在碱催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。

2，4-二羟甲基苯酚                       2，4，6-三羟甲基苯酚

[性质]

具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。

[应用]

酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音等器材和复合材料。可用于生产烹饪器具的手柄，一些电器与汽车的零部件，火箭发动机、返回式卫星和宇宙飞船外壳等的烧蚀材料。

【过渡】纤维是人们生活中的必需品。棉花、羊毛、蚕丝和麻等是大自然赋予人们的天然纤维；合成纤维创立于20世纪30年代。合成纤维性能优异，用途广泛，而且生产条件可控，原料来源丰富，不受自然条件影响。

任务二：合成纤维

1.   认识天然纤维、再生纤维、合成纤维。

【讲解】

天然纤维：棉花、羊毛、蚕丝和麻等是大自然赋予人们的；

再生纤维：以木材、秸杆等农副产品为原料，经加工处理可以得到；

合成纤维：以石油、天然气、煤、农副产品为原料，将其转化为单体,再经过聚合反应得到的是合成纤维。

化学纤维：再生纤维与合成纤

[小结]

2.   合成纤维的六大纶及其优点

【讲解】

合成纤维的六大纶是指涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶，维纶被称为人造棉花

优点：具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖

3.   聚酯纤维

(1)  合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的涤纶。

(2)  涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称，它是对苯二甲酸与乙二.醇在催化剂作用下发生缩聚反应生产的。

(3)  特点及应用

①特点：涤纶纤维的强度大，耐磨，易洗，快干，保型性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得改进。

②涤纶是应用最广泛的合成纤维品种，大量用于服装与床上用品(如运动服、被套、睡袋等)、各种装饰布料、国防军工特殊织物（航天服、降落伞)，以及工业用纤维制品（过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子线、传送带）等。

4.   聚酰胺纤维

(1)  聚酰胺纤维中的锦纶是较早面世的合成纤维之一。

(2)  美国化学家卡罗瑟斯(W.H. Carothers，1896—1937）在研究脂肪族二元羧酸与脂肪族二元醇的缩聚反应时，得到的聚酯性能不理想，转而研究己二胺与已二酸的缩聚反应，成功合成了聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66，两个数字6分别代表二胺和二酸所含碳原子的个数)。

(3)  应用：聚己二酰己二胺不溶于普通溶剂，熔化温度高于260 ℃，拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨性和强度超过当时任何一种纤维。20世纪40年代前后，使用尼龙生产的丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等产品陆续问世。此后，人们还合成了由6-氨基己酸合成的锦纶6、由癸二酸和癸二胺合成的锦纶1010等脂肪族聚酰胺纤维(锦纶)，以及耐高温、高强度的芳香族聚酰胺纤维(芳纶)。

【过渡】橡胶是一类具有弹性的物质，在外力作用下，橡胶的形状会发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状。橡胶广泛应用于工业、农业、国防、交通及日常生活的方方面面。

任务三：合成橡胶

1.橡胶的分类、橡胶产品及特点

【讲解】

①橡胶分类：丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等，

②具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。

[小结]

2.   橡胶概述

【讲解】

橡胶的相对分子质量比大多数塑料和合成纤维的都要高，一般在105~106。

3.   认识顺丁橡胶

【讲解】

丁烯橡胶是以1,3-丁二烯为原料，在催化剂作用下发生加聚反应，得到以顺式结构为主的聚合物

【展示】常见的橡胶

4.   顺丁橡胶的缺点及改进措施

【讲解】

(1)  缺点：该聚合物呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。

(2)  改进措施：其与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，以二硫键(—S—S—）等把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的顺丁橡胶。但硫化交联的程度不宜过大，否则会使橡胶失去弹性。顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造轮胎。

任务四：知识建构

对本节内容进行知识建构

1. 合成高分子化合物提高了人类的生活质量．下列说法正确的是

A. 涤纶、锦纶、蚕丝都属于合成纤维
B. 塑料、液晶高分子和合成橡胶被称为三大合成材料
C. 用于生产“尿不湿”的高吸水性树脂属于功能高分子材料
D. 酚醛树脂是酚类物质和醛类物质加聚而成的高分子化合物

【答案】C

【解析】

A.涤纶、锦纶属于合成纤维，蚕丝是天然纤维，故A错误；
B.塑料、合成纤维和合成橡胶被称为三大合成材料，故B错误；
C.高吸水性树脂属于功能高分子材料，故C正确；
D.酚醛树脂是酚类物质和醛类物质缩聚而成的高分子化合物，故D错误；
故选：C。

2. 下列说法不正确的是

A. 通常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高分子化合物即合成树脂
C. 用木材等经化学加工制成的黏胶纤维属于合成纤维
D. 聚乙烯性质稳定，不易降解，易造成“白色污染”

【答案】C

【解析】

A.通常说的三大合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶，故A正确；
B.塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂，故B正确；
C.用木材、草类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、煤等作原料制成单体，再经聚合反应制成的是合成纤维，故C错误；
D.聚乙烯性质稳定，不易降解，易造成“白色污染”，故D正确。
故选C。

3. 化学与生产生活息息相关，下列说法错误的是

A. 高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷都是新型陶瓷，均属于硅酸盐产品
B. 侯氏制碱法的工艺流程中应用了物质溶解度的差异
C. 我国在西周时期已发明了“酒曲”酿酒工艺，“酒曲”是一种酶
D. 塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料主要是以石油、煤和天然气为原料生产的

【答案】A

【解析】

A.新型陶瓷属于新型无机非金属材料，不属于硅酸盐产品，主要为氮化物、碳化物以及金属氧化物等，故A错误；
B.侯氏制碱法是利用在该实验条件下的溶解度小促使反应发生，故B正确；
C.酶是一种特殊的催化剂，“酒曲”是一种酶，故C正确；
D.塑料、合成橡胶和合成纤维这三大合成材料，都主要是以石油、煤和天然气为原料生产的，故D正确。

4. 2019年9月25日，北京大兴国际机场正式投入运营。在这一形似“凤凰展翅”的宏伟建筑中，使用了大量种类各异的材料。下列关于所使用材料的分类不正确的是

A. A B. B C. C D. D

【答案】C

【解析】

A.含钒钢筋是铁、钒、碳等形成的合金材料，故A正确；
B.安检塑料筐是合成树脂，属于高分子材料，故B正确；
C.有机玻璃标牌是高分子有机材料，故C错误；
D.玻璃钢内筒垃圾桶是复合材料，故D正确；
故选：C。

5. 化学材料是人类生存及发展的重要物质基础。下列说法正确的是

A. 中国“天眼”用到的碳化硅是一种新型无机非金属材料
B. 用棉花纤维纺成的棉线可用作被人体降解吸收的手术“缝合线”
C. 用于3D打印的钛铜合金的熔点比其成分金属的高
D. 塑料、橡胶和纤维都是以石油、煤等为原料生产的合成材料

【答案】A

【解析】

A.中国“天眼”用到的碳化硅是一种新型无机非金属材料，故A正确；
B.用棉花纤维纺成的棉线的主要成分是纤维素，人体很难降解纤维素，则棉线不能制成“缝合线”，故B错误；
C.合金的熔点一般比其成分金属的熔点低，故C错误；
D.橡胶和纤维分为天然橡胶、天然纤维和合成橡胶、合成纤维，故D错误。

本节课从当前新科技引入，激发学生进一步了解和学习的兴趣。通过日常使用积累的感性认识，分析总结材料的性质。了解合成高分子材料（塑料、纤维、橡胶）的性质和用途。培养学生宏观辨识与微观探析的科学素养；通过分析不同纤维的单体和高分子的结构简式，巩固缩聚反应的认识思路；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。培养科学态度与社会责任的化学核心素养。