逍遥学能 2013-02-24 23:48
3.4 塑料、纤维和橡胶 学案（人教版选修1）
[标展示] 1.知道塑料的组成和分类，了解常见塑料的化学成分、性能和用途。2.认识纤维的分类，了解常见纤维的性质和用途。3.认识橡胶的分类，理解橡胶的发展过程以及人们对有机高分子的改造和优化。4.认识合成材料特别是复合材料对社会发展的重要意义。
一、合成材料
通常说的三大合成材料是指____________、____________和____________。近年发展起的________、________等也属于合成材料的范畴。
1．塑料
(1)成分：塑料的主要成分是________________，还有根据需要加入的具有某些特定用途的__________，如能提高塑性的________、防止塑料老化的____________等。
(2)合成：塑料是聚合物。聚合物的相对分子质量虽然很大，但组成并不复杂，结构也很有规律性。它们大部分是由________通过________反应制得的，能合成聚合物的小分子物质叫________。例如，________________就是聚乙烯的单体，通过加聚反应得到聚乙烯，其加聚过程如图所示：
(3)分类：塑料分为________塑料和________塑料。
①热塑性塑料：受热时开始__________，随后熔化成流动的液体，冷却后又变成__________，加热后又__________，故可反复________，多次使用。
科学探究
实验过程实验现象
1.用剪刀将一白色塑料食品袋剪碎，放入一支小试管中
2.用酒精灯缓缓加热试管，观察现象试管内的食品袋碎片先软化，后变成液体
3.停止加热，冷却试管停止加热后，试管内的液体逐渐凝固
4.等固化后再加热试管内的固体受热后又熔化变成液体
实验结论：聚乙烯塑料具有________。
②热固性塑料：只是在制造过程中受热时能变软，可以塑制成__________________，但加工成型后就不会受热熔化。
特别提醒 “白色污染”是指塑料制品的废弃物所造成的污染。(4)生活中几种常见塑料的化学成分、性能和用途
化学成分性能用途
聚乙烯
(简称PE)电绝缘性好，耐____________，耐______，无______；耐热性差，耐老化性差可制成薄膜作食品、药物的包装材料，以及日常用品、绝缘材料、管道等
聚氯乙烯
(简称PVC)电绝缘性好，耐____________，耐____________、耐磨；热稳定性差，遇冷变硬、透气性差可制薄膜、软管、日常用品，以及管道、绝缘材料等；薄膜不能用包装食品
聚丙烯
(简称PP)机械强度好，____________好，耐____________，________，________；耐油性差，低温发脆，容易老化可制薄膜、日常用品、管道、包装材料等
聚四氟乙烯
(简称PTFE)耐____________、____________，耐______________，耐____________，____________好；加工困难可制电气、航空、化学、医药、冷冻等工业的耐腐蚀、耐高温、耐低温的制品
2．纤维和橡胶
科学探究
①取一小块纯棉布、羊毛织物和尼龙布，分别在酒精灯火焰上灼烧，观察现象。
②另取上述材料各一小块，分别浸入10% H2SO4溶液和3% NaOH溶液中，微热5～6 min，取出后用水漂洗、烘干。这些布与没有用酸、碱处理过的布有什么不同？
实验现象
灼烧情况受酸溶液
的影响受碱溶液
的影响
纯棉布容易燃烧，有烧纸的气味，灰烬用手一触即破碎轻微轻微
羊毛接近火焰时先卷缩，有烧毛发的焦糊味，灰烬为黑色、膨胀易碎的颗粒受腐蚀部分溶解
尼龙布接近火焰时迅速卷缩，燃烧缓慢，有特殊的气味，趁热可以拉成丝，灰烬为灰褐色玻璃球状，不易破碎几乎不变几乎不变
实验结论：合成纤维具有优良的性能。例如，强度________、弹性__________、耐__________、耐化学腐蚀和不怕虫蛀等，但________和________不如天然纤维。
(1)纤维天然纤维： 、 、 、 等化学纤维 合成纤维六大纶 、 、 、 、 、 特种合成纤维
(2)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
二、复合材料
1．复合材料的定义
由两种或两种以上的不同性能的材料组成的性能更优越的材料，叫做复合材料。
2．复合材料的组成
复合材料有两部分构成，一种材料作为________，在复合材料中起黏结作用；另外一种材料作为________，在复合材料中起骨架的作用。构成复合材料的基体与增强剂的关系，就像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的作用，结合在一起就产生了某些特殊性能。
3．玻璃钢的制造方法
将玻璃熔化并迅速拉成细丝，然后加到合成树脂中。优点：________大大提高、密度小，有较强的________________性、____________性和__________性，有较好的______性，可用于制造汽车车身、火车车厢以及印刷电路板。
一、合成材料的类型
1．塑料的分类
塑料热塑性：树脂为线型结构，有热塑性。 如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯热固性：树脂为体型结构，有热固性。 如酚醛树脂电木
2．纤维的分类
纤维天然纤维：如棉花、羊毛、木材和草类中的纤维化学纤维人造纤维：如粘胶纤维合成纤维：如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、 维纶、氯纶
3．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
4．复合材料
复合材料基体树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料增强剂颗粒增强复合材料夹层增强复合材料纤维增强复合材料
二、聚合反应
1．概念
由相对分子质量小的化合物分子，形成相对分子质量大的高分子化合物的反应，叫聚合反应。
2．加成聚合和缩合聚合
(1)加成聚合(简称加聚)：含有C===C、C===O、C≡C等不饱和键的单体通过加成反应生成高分子，例如：
(2)缩合聚合(简称缩聚)：单体之间通过脱去小分子(如H2O等)生成高分子的反应。例如：
特点：单体与高分子的组成不同，相差脱去的小分子。单体一般具有2个或者2个以上的官能团(如—OH，—COOH，—NH2等)。
题型一 高分子材料的性能
农用薄膜也是一种高分子材料，通常为聚乙烯或聚氯乙烯，它具有十分广泛的应用。在使用过程中，薄膜会受到损坏，但是可以用电烙铁、熨斗焊接，或者用有机黏合剂(如环已酮等)修补。试解释这些方法利用了高分子材料的什么性质？
解析 聚乙烯、聚氯乙烯为线型结构的高分子材料，一般修补的方法有两种。第一种是电烙铁或熨斗焊接，这显然是利用高温使聚乙烯或聚氯乙烯熔化，再整形，这体现了高分子的热塑性。另一种方法是用有机溶剂(环己酮)使薄膜溶解，待有机溶剂挥发后即可成型，这利用了高分子材料的溶解性。
答案 用电烙铁和熨斗焊接修补薄膜的方法利用了高分子材料的热塑性；用有机黏合剂修补则利用了高分子材料的溶解性。
变式训练 橡胶属于重要的工业原料。它是一种有机高分子材料，具有良好的弹性，但强度较差。为了增加某些橡胶制品的强度，加工时往往需进行硫化处理。即将橡胶原料与硫磺在一定条下反应，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
题型二 高分子材料的用途
2008年北京奥运会的举办理念是“绿色奥运、科技奥运、人奥运”。
(1)下列符合“绿色奥运”理念的是______________________________。
①奥运场馆周围采用太阳能路灯照明；
②在奥运场地使用电动汽车和新型清洁燃料汽车；
③场馆附近的绿化采用微灌或滴灌智能控制技术；
④将奥运村的生活垃圾全部集中深埋
(2)北京奥运旅游中心“水立方”的外墙体采用新型塑料模材料ETFE(它是乙烯四氟乙烯的共聚物，结构简式为? ?)，这种材料美观、耐用，可
以使用15至20年。以下关于ETFE的说法中正确的是________。
①属于有机物；②属于有机合成材料；③易溶于水，能与空气中的氧气反应；④化学性质在自然条下稳定。
(3)奥运“祥云”火炬的主材选用铝合金，燃料是丙烷(C3H8)，火炬手持的部分使用橡胶皮革漆，手感舒适，仿佛与另一只手紧紧相握。请回答：燃料丙烷完全燃烧生成________，不污染环境；铝合金材质主要优点是______________(答两条即可)；橡胶皮革漆中的橡胶属________材料。
解析 (1)④中垃圾填埋会对土壤、地下水造成污染，所以不能将奥运村的生活垃圾全部集中深埋，应分类处理。
(2)由题意知ETFE为有机合成材料，化学性质在自然条下稳定，所以耐用，可以使用15至20年。
(3)丙烷完全燃烧生成CO2和H2O，不污染环境。“祥云”火炬的主材铝合金具有质轻、机械性能高、抗腐蚀性强等优点，橡胶皮革漆中的橡胶属于有机高分子材料。
答案 (1)①②③ (2)①②④
(3)CO2和H2O 质轻、抗腐蚀性强(或强度较大，硬度较大等) 有机高分子
互动探究 (1)四氟乙烯与聚四氟乙烯都能使nO4(酸性)溶液褪色吗？
(2)写出生成聚四氟乙烯的反应方程式。
我国加入WTO以，进行了对西方国家的橡胶制品反倾销调查，成功地阻止了某些西方国家对华橡胶制品的恶意倾销，保护了我国合成橡胶业的发展和利益。在此背景下，我国近两年合成橡胶业飞速发展，为汽车等工业提供了大量优质廉价的合成橡胶。
重庆市某化工园区有一化工厂生产丁苯橡胶。某校化学兴趣小组为研究该厂产品及废旧橡胶制品回收处理，进行了下列工作。
(一)查阅资料
资料1：橡胶是一种战略物质，对国家的经济发展、国家安全关系重大。橡胶分天然橡胶和合成橡胶等。天然橡胶产生于橡胶树，该树主要生长于低纬度的热带地区如菲律宾，马西亚，越南，缅甸，中国的海南、广东等地。合成橡胶有丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶……
资料2：有关有机物的反应
回答下列问题：
(1)关于橡胶的说法，正确的是________。
A．随意大量丢弃废旧橡胶引发白色污染
B．焚烧废旧橡胶会引发大气污染
C．关闭合成橡胶企业杜绝污染
D．在重庆大规模引进种植橡胶树，以天然橡胶替代合成橡胶
(二)咨询和研究咨询
咨询该厂科技人员得知产品丁苯橡胶的结构简式为：
?
回答下列问题：
(2)合成丁苯橡胶的单体的结构简式为______________________________。
(3)取一小片该橡胶制品的样品燃烧，产生一种有刺激性气味的气体，说明橡胶中可能还含有________元素，用最简单的实验方法确认你的假设：________。
(三)提出方案
回收再利用是解决有机废弃物的有效方法，研究小组提出两组方案：
方案1：臭氧氧化法——用臭氧氧化、除杂，得到化工原料。
方案2：高温裂化法——通过高温、分解、除杂，得到可燃性气体或化工原料。
回答下列问题：
(4)用O3氧化丁苯橡胶得到的有机物的结构简式是_______________。
(5)若回收1.58 t丁苯橡胶废旧物(以纯净物计)，进行催化分解得到乙烯、乙炔(假设原子利用率为100%)，则得到乙烯________t。
解析 (1)橡胶树适合在气温高且日照充足的地区生长，而重庆的气候不适宜橡胶的生长。根据丁苯橡胶的结构简式可知，其合成单体为苯乙烯和1,3－丁二烯。在橡胶生产过程中都要加入S，可见该橡胶制品燃烧产生的刺激性气体为SO2，可用品红溶液检验。
把两个双键断开加O既可得答案。根据丁苯橡胶的分子式(C12H14)n有：
。根据题目数据即可算出乙烯的质量为0.28 t。
答案 (1)B
(3)S 将燃烧生成的气体通入品红溶液，品红褪色说明橡胶含硫元素
(5)0.28
参考答案
基础知识梳理
一、塑料 合成纤维 合成橡胶 黏合剂 涂料
1．(1)合成树脂 添加剂 增塑剂 防老化剂 (2)小分子 聚合 单体 CH2===CH2 (3)热塑性 热固性 ①软化 固体 熔化 加工 热塑性 ②一定的形状 (4)化学腐蚀 寒 毒 化学腐蚀 有机溶剂 电绝缘性 化学腐蚀 质轻 无毒 低温 高温 化学腐蚀 溶剂性好 电绝缘性
2．高 好 磨 吸水性 透气性
(1)棉花 羊毛 蚕丝 麻 人造纤维 锦纶 涤纶(的确良) 腈纶 维纶 氯纶 丙纶
二、2.基体 增强剂
3．强度 耐化学腐蚀 电绝缘 易加工 韧
典型例题剖析
变式训练
B [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最高。]
互动探究
(1)四氟乙烯可使nO4(酸性)溶液褪色，而聚四氟乙烯不能。
(2)nCF2===CF2??→催化剂