3.4 塑料、纖維和橡膠 學(xué)案（人教版選修1）
[標(biāo)展示] 1.知道塑料的組成和分類，了解常見塑料的化學(xué)成分、性能和用途。2.認(rèn)識纖維的分類，了解常見纖維的性質(zhì)和用途。3.認(rèn)識橡膠的分類，理解橡膠的發(fā)展過程以及人們對有機高分子的改造和優(yōu)化。4.認(rèn)識合成材料特別是復(fù)合材料對社會發(fā)展的重要意義。
一、合成材料
通常說的三大合成材料是指____________、____________和____________。近年發(fā)展起的________、________等也屬于合成材料的范疇。
1．塑料
(1)成分：塑料的主要成分是________________，還有根據(jù)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。聚合物的相對分子質(zhì)量雖然很大，但組成并不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也很有規(guī)律性。它們大部分是由________通過________反應(yīng)制得的，能合成聚合物的小分子物質(zhì)叫________。例如，________________就是聚乙烯的單體，通過加聚反應(yīng)得到聚乙烯，其加聚過程如圖所示：
(3)分類：塑料分為________塑料和________塑料。
①熱塑性塑料：受熱時開始__________，隨后熔化成流動的液體，冷卻后又變成__________，加熱后又__________，故可反復(fù)________，多次使用。
科學(xué)探究
實驗過程實驗現(xiàn)象
1.用剪刀將一白色塑料食品袋剪碎，放入一支小試管中
2.用酒精燈緩緩加熱試管，觀察現(xiàn)象試管內(nèi)的食品袋碎片先軟化，后變成液體
3.停止加熱，冷卻試管停止加熱后，試管內(nèi)的液體逐漸凝固
4.等固化后再加熱試管內(nèi)的固體受熱后又熔化變成液體
實驗結(jié)論：聚乙烯塑料具有________。
②熱固性塑料：只是在制造過程中受熱時能變軟，可以塑制成__________________，但加工成型后就不會受熱熔化。
特別提醒 “白色污染”是指塑料制品的廢棄物所造成的污染。(4)生活中幾種常見塑料的化學(xué)成分、性能和用途
化學(xué)成分性能用途
聚乙烯
(簡稱PE)電絕緣性好，耐____________，耐______，無______；耐熱性差，耐老化性差可制成薄膜作食品、藥物的包裝材料，以及日常用品、絕緣材料、管道等
聚氯乙烯
(簡稱PVC)電絕緣性好，耐____________，耐____________、耐磨；熱穩(wěn)定性差，遇冷變硬、透氣性差可制薄膜、軟管、日常用品，以及管道、絕緣材料等；薄膜不能用包裝食品
聚丙烯
(簡稱PP)機械強度好，____________好，耐____________，________，________；耐油性差，低溫發(fā)脆，容易老化可制薄膜、日常用品、管道、包裝材料等
聚四氟乙烯
(簡稱PTFE)耐____________、____________，耐______________，耐____________，____________好；加工困難可制電氣、航空、化學(xué)、醫(yī)藥、冷凍等工業(yè)的耐腐蝕、耐高溫、耐低溫的制品
2．纖維和橡膠
科學(xué)探究
①取一小塊純棉布、羊毛織物和尼龍布，分別在酒精燈火焰上灼燒，觀察現(xiàn)象。
②另取上述材料各一小塊，分別浸入10% H2SO4溶液和3% NaOH溶液中，微熱5～6 min，取出后用水漂洗、烘干。這些布與沒有用酸、堿處理過的布有什么不同？
實驗現(xiàn)象
灼燒情況受酸溶液
的影響受堿溶液
的影響
純棉布容易燃燒，有燒紙的氣味，灰燼用手一觸即破碎輕微輕微
羊毛接近火焰時先卷縮，有燒毛發(fā)的焦糊味，灰燼為黑色、膨脹易碎的顆粒受腐蝕部分溶解
尼龍布接近火焰時迅速卷縮，燃燒緩慢，有特殊的氣味，趁熱可以拉成絲，灰燼為灰褐色玻璃球狀，不易破碎幾乎不變幾乎不變
實驗結(jié)論：合成纖維具有優(yōu)良的性能。例如，強度________、彈性__________、耐__________、耐化學(xué)腐蝕和不怕蟲蛀等，但________和________不如天然纖維。
(1)纖維天然纖維： 、 、 、 等化學(xué)纖維 合成纖維六大綸 、 、 、 、 、 特種合成纖維
(2)橡膠天然橡膠合成橡膠通用橡膠丁苯橡膠順丁橡膠氯丁橡膠特種橡膠聚硫橡膠：有耐油性硅橡膠：有耐熱、耐寒性
二、復(fù)合材料
1．復(fù)合材料的定義
由兩種或兩種以上的不同性能的材料組成的性能更優(yōu)越的材料，叫做復(fù)合材料。
2．復(fù)合材料的組成
復(fù)合材料有兩部分構(gòu)成，一種材料作為________，在復(fù)合材料中起黏結(jié)作用；另外一種材料作為________，在復(fù)合材料中起骨架的作用。構(gòu)成復(fù)合材料的基體與增強劑的關(guān)系，就像人體中的肌肉和骨頭一樣，各有各的作用，結(jié)合在一起就產(chǎn)生了某些特殊性能。
3．玻璃鋼的制造方法
將玻璃熔化并迅速拉成細(xì)絲，然后加到合成樹脂中。優(yōu)點：________大大提高、密度小，有較強的________________性、____________性和__________性，有較好的______性，可用于制造汽車車身、火車車廂以及印刷電路板。
一、合成材料的類型
1．塑料的分類
塑料熱塑性：樹脂為線型結(jié)構(gòu)，有熱塑性。 如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯熱固性：樹脂為體型結(jié)構(gòu)，有熱固性�！∪绶尤渲�電木
2．纖維的分類
纖維天然纖維：如棉花、羊毛、木材和草類中的纖維化學(xué)纖維人造纖維：如粘膠纖維合成纖維：如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、 維綸、氯綸
3．橡膠的分類
橡膠天然橡膠合成橡膠通用橡膠丁苯橡膠順丁橡膠氯丁橡膠特種橡膠聚硫橡膠：有耐油性硅橡膠：有耐熱、耐寒性
4．復(fù)合材料
復(fù)合材料基體樹脂基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料增強劑顆粒增強復(fù)合材料夾層增強復(fù)合材料纖維增強復(fù)合材料
二、聚合反應(yīng)
1．概念
由相對分子質(zhì)量小的化合物分子，形成相對分子質(zhì)量大的高分子化合物的反應(yīng)，叫聚合反應(yīng)。
2．加成聚合和縮合聚合
(1)加成聚合(簡稱加聚)：含有C===C、C===O、C≡C等不飽和鍵的單體通過加成反應(yīng)生成高分子，例如：
(2)縮合聚合(簡稱縮聚)：單體之間通過脫去小分子(如H2O等)生成高分子的反應(yīng)。例如：
特點：單體與高分子的組成不同，相差脫去的小分子。單體一般具有2個或者2個以上的官能團(如—OH，—COOH，—NH2等)。
題型一 高分子材料的性能
農(nóng)用薄膜也是一種高分子材料，通常為聚乙烯或聚氯乙烯，它具有十分廣泛的應(yīng)用。在使用過程中，薄膜會受到損壞，但是可以用電烙鐵、熨斗焊接，或者用有機黏合劑(如環(huán)已酮等)修補。試解釋這些方法利用了高分子材料的什么性質(zhì)？
解析 聚乙烯、聚氯乙烯為線型結(jié)構(gòu)的高分子材料，一般修補的方法有兩種。第一種是電烙鐵或熨斗焊接，這顯然是利用高溫使聚乙烯或聚氯乙烯熔化，再整形，這體現(xiàn)了高分子的熱塑性。另一種方法是用有機溶劑(環(huán)己酮)使薄膜溶解，待有機溶劑揮發(fā)后即可成型，這利用了高分子材料的溶解性。
答案 用電烙鐵和熨斗焊接修補薄膜的方法利用了高分子材料的熱塑性；用有機黏合劑修補則利用了高分子材料的溶解性。
變式訓(xùn)練 橡膠屬于重要的工業(yè)原料。它是一種有機高分子材料，具有良好的彈性，但強度較差。為了增加某些橡膠制品的強度，加工時往往需進(jìn)行硫化處理。即將橡膠原料與硫磺在一定條下反應(yīng)，橡膠制品硫化程度越高，強度越大，彈性越差。下列橡膠制品中，加工時硫化程度最高的是( )
A．橡皮筋 B．汽車外胎
C．普通氣球 D．醫(yī)用乳膠手套
題型二 高分子材料的用途
2008年北京奧運會的舉辦理念是“綠色奧運、科技奧運、人奧運”。
(1)下列符合“綠色奧運”理念的是______________________________。
①奧運場館周圍采用太陽能路燈照明；
②在奧運場地使用電動汽車和新型清潔燃料汽車；
③場館附近的綠化采用微灌或滴灌智能控制技術(shù)；
④將奧運村的生活垃圾全部集中深埋
(2)北京奧運旅游中心“水立方”的外墻體采用新型塑料模材料ETFE(它是乙烯四氟乙烯的共聚物，結(jié)構(gòu)簡式為? ?)，這種材料美觀、耐用，可
以使用15至20年。以下關(guān)于ETFE的說法中正確的是________。
①屬于有機物；②屬于有機合成材料；③易溶于水，能與空氣中的氧氣反應(yīng)；④化學(xué)性質(zhì)在自然條下穩(wěn)定。
(3)奧運“祥云”火炬的主材選用鋁合金，燃料是丙烷(C3H8)，火炬手持的部分使用橡膠皮革漆，手感舒適，仿佛與另一只手緊緊相握。請回答：燃料丙烷完全燃燒生成________，不污染環(huán)境；鋁合金材質(zhì)主要優(yōu)點是______________(答兩條即可)；橡膠皮革漆中的橡膠屬________材料。
解析 (1)④中垃圾填埋會對土壤、地下水造成污染，所以不能將奧運村的生活垃圾全部集中深埋，應(yīng)分類處理。
(2)由題意知ETFE為有機合成材料，化學(xué)性質(zhì)在自然條下穩(wěn)定，所以耐用，可以使用15至20年。
(3)丙烷完全燃燒生成CO2和H2O，不污染環(huán)境�！跋樵啤被鹁娴闹鞑匿X合金具有質(zhì)輕、機械性能高、抗腐蝕性強等優(yōu)點，橡膠皮革漆中的橡膠屬于有機高分子材料。
答案 (1)①②③ (2)①②④
(3)CO2和H2O 質(zhì)輕、抗腐蝕性強(或強度較大，硬度較大等) 有機高分子
互動探究 (1)四氟乙烯與聚四氟乙烯都能使nO4(酸性)溶液褪色嗎？
(2)寫出生成聚四氟乙烯的反應(yīng)方程式。
我國加入WTO以，進(jìn)行了對西方國家的橡膠制品反傾銷調(diào)查，成功地阻止了某些西方國家對華橡膠制品的惡意傾銷，保護(hù)了我國合成橡膠業(yè)的發(fā)展和利益。在此背景下，我國近兩年合成橡膠業(yè)飛速發(fā)展，為汽車等工業(yè)提供了大量優(yōu)質(zhì)廉價的合成橡膠。
重慶市某化工園區(qū)有一化工廠生產(chǎn)丁苯橡膠。某�；瘜W(xué)興趣小組為研究該廠產(chǎn)品及廢舊橡膠制品回收處理，進(jìn)行了下列工作。
(一)查閱資料
資料1：橡膠是一種戰(zhàn)略物質(zhì)，對國家的經(jīng)濟發(fā)展、國家安全關(guān)系重大。橡膠分天然橡膠和合成橡膠等。天然橡膠產(chǎn)生于橡膠樹，該樹主要生長于低緯度的熱帶地區(qū)如菲律賓，馬西亞，越南，緬甸，中國的海南、廣東等地。合成橡膠有丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠……
資料2：有關(guān)有機物的反應(yīng)
回答下列問題：
(1)關(guān)于橡膠的說法，正確的是________。
A．隨意大量丟棄廢舊橡膠引發(fā)白色污染
B．焚燒廢舊橡膠會引發(fā)大氣污染
C．關(guān)閉合成橡膠企業(yè)杜絕污染
D．在重慶大規(guī)模引進(jìn)種植橡膠樹，以天然橡膠替代合成橡膠
(二)咨詢和研究咨詢
咨詢該廠科技人員得知產(chǎn)品丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)簡式為：
?
回答下列問題：
(2)合成丁苯橡膠的單體的結(jié)構(gòu)簡式為______________________________。
(3)取一小片該橡膠制品的樣品燃燒，產(chǎn)生一種有刺激性氣味的氣體，說明橡膠中可能還含有________元素，用最簡單的實驗方法確認(rèn)你的假設(shè)：________。
(三)提出方案
回收再利用是解決有機廢棄物的有效方法，研究小組提出兩組方案：
方案1：臭氧氧化法——用臭氧氧化、除雜，得到化工原料。
方案2：高溫裂化法——通過高溫、分解、除雜，得到可燃性氣體或化工原料。
回答下列問題：
(4)用O3氧化丁苯橡膠得到的有機物的結(jié)構(gòu)簡式是_______________。
(5)若回收1.58 t丁苯橡膠廢舊物(以純凈物計)，進(jìn)行催化分解得到乙烯、乙炔(假設(shè)原子利用率為100%)，則得到乙烯________t。
解析 (1)橡膠樹適合在氣溫高且日照充足的地區(qū)生長，而重慶的氣候不適宜橡膠的生長。根據(jù)丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)簡式可知，其合成單體為苯乙烯和1,3－丁二烯。在橡膠生產(chǎn)過程中都要加入S，可見該橡膠制品燃燒產(chǎn)生的刺激性氣體為SO2，可用品紅溶液檢驗。
把兩個雙鍵斷開加O既可得答案。根據(jù)丁苯橡膠的分子式(C12H14)n有：
。根據(jù)題目數(shù)據(jù)即可算出乙烯的質(zhì)量為0.28 t。
答案 (1)B
(3)S 將燃燒生成的氣體通入品紅溶液，品紅褪色說明橡膠含硫元素
(5)0.28
參考答案
基礎(chǔ)知識梳理
一、塑料 合成纖維 合成橡膠 黏合劑 涂料
1．(1)合成樹脂 添加劑 增塑劑 防老化劑 (2)小分子 聚合 單體 CH2===CH2 (3)熱塑性 熱固性�、佘浕」腆w 熔化 加工 熱塑性�、谝欢ǖ男螤睢�(4)化學(xué)腐蝕 寒 毒 化學(xué)腐蝕 有機溶劑 電絕緣性 化學(xué)腐蝕 質(zhì)輕 無毒 低溫 高溫 化學(xué)腐蝕 溶劑性好 電絕緣性
2．高 好 磨 吸水性 透氣性
(1)棉花 羊毛 蠶絲 麻 人造纖維 錦綸 滌綸(的確良) 腈綸 維綸 氯綸 丙綸
二、2.基體 增強劑
3．強度 耐化學(xué)腐蝕 電絕緣 易加工 韌
典型例題剖析
變式訓(xùn)練
B [橡皮筋和普通氣球的彈性好，所以硫化程度小；汽車外胎與醫(yī)用乳膠手套相比，前者要承受更大的壓力，所以制汽車外胎的橡膠硫化程度最高。]
互動探究
(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??→催化劑
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