师：同学们，今天我们一起来学习高二化学人教版选择性必修三第五章第二节高分子材料第二课时。通过本节课，希望大家达成以下目标：一是通过高分子材料吸水性能的对比实验，体会从微观结构分析来解释化学性质的思路，理解结构、性质和应用三者之间的关系；二是体会功能导向的高分子材料合成的价值，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域的应用。
同学们，有一种神奇的人造雪，其成分是一种高分子材料，遇水体积能膨胀 100 多倍。大家知道它的结构特点吗？它又是怎么合成的呢？学完这节课，我们就能解答这个问题了。首先，我们来了解功能高分子材料。什么是功能高分子材料呢？就是在天然或合成高分子的主链或支链上引入带有某种功能的官能团，让高分子具有特殊功能，以满足光、电、磁、声、化学、生物和医学等方面的功能要求。用个图来形象表示，就像一条链，根据不同需求在上面引入不同官能团，从而得到具有不同功能的材料。
功能高分子材料包含医用高分子材料、高吸水性树脂、高分子分离膜等等。这些都是医用高分子材料，可用来制作人造肾脏、人造血管、人造心脏、人造膝关节。这张图展示的是人造皮肤，这种人造皮肤能帮助伤口尽快恢复。比如烧烫伤时，我们把水泡的水放出，用药清洗后将人造皮肤铺贴在伤口上，很快人造皮肤就能和人的身体长在一起，发挥真皮肤的功能。
高分子材料里的高吸水性树脂，例如可以制作成鲜花保水剂，能让植物长时间不缺水，从而不凋零。高吸水性树脂还可用在干寒地区，用于农业、林业，起到抗旱保水、改良土壤的作用。此外，它也用于婴幼儿纸尿裤，也就是尿不湿，尿不湿可吸入自身质量数百倍的尿液而不滴漏。由于长时间穿着防疫套装，防疫人员有时也会使用纸尿裤。航天员专用尿不湿一克能吸收约 1 千克水，吸水性远强于一般婴儿使用的尿不湿。
还有一种功能高分子材料是高分子分离膜，它在生活中有很多应用，比如海水淡化就会用到高分子分离膜。以上都是常见的高分子材料，下面我们先具体学习高吸水性树脂的相关知识。
首先，我们回顾一下材料的结构、性质、应用三者的关系，结构决定性质，性质决定应用，反过来，应用也反映了物质的性质。在日常生活和生产中，我们需要一些特定的材料，根据这三者的关系，我们可以从应用出发确定材料的性质，再根据性质确定物质的结构，进而寻找反应物。虫胶树脂就是具有特定结构的有机高分子材料。
下面，请大家先看一个实验探究视频，比较高吸水性树脂与餐巾纸的吸水效率。
称取 1.0000 克餐巾纸，再称取 1.0000 克聚丙烯酸钠。准备一个 250 毫升的烧杯，称得其质量为 104.7919 克。在这个已知质量的烧杯中放入 150 毫升水，将称量好的聚丙烯酸钠倒入烧杯中，用玻璃棒充分搅拌，静置 10 分钟，观察并记录现象。然后清出未吸收的水，再称出吸收水后的聚丙烯酸钠的质量为 192.6230 克。
接着，准备另一个已知质量为 104.7919 克的烧杯，同样盛有 150 毫升水。将称量好的 1.0000 克餐巾纸倒入烧杯中，用玻璃棒充分搅拌，静置 10 分钟，观察并记录现象，清出未吸收的水，再称出吸收水后的餐巾纸的质量为 117.0948 克。
从实验视频可以看出，外观上吸水后的高吸水性树脂呈凝胶状，说明它具有较好的保水能力；而餐巾纸吸水后变形程度小，说明其保水能力较差。我们再对这个实验的数据进行处理。首先称取 1 克的高吸水性树脂，用吸水后烧杯的总质量减去空烧杯的质量，计算出吸水后的高吸水性树脂的质量为 87.8311 克，同理，计算出吸水后的餐巾纸的质量为 12.3029 克。通过吸水率的计算公式，可以算出两者的吸水率分别为 86.8311%和 11.3029%。由此可知，高吸水性树脂的吸水性强，餐巾纸的吸水性较差。
结合外观及数据两个角度的分析，我们可以得出实验结论：其他条件相同时，高吸水性树脂的保水性和吸水性均比餐巾纸强。
问题一：保鲜膜和餐巾纸同样为高分子材料，为什么一种不可吸水，一种可吸水呢？根据结构决定性质，我们先来分析两者的结构。保鲜膜的主要成分是聚乙烯，它的结构简式表明其没有官能团；餐巾纸的主要成分是纤维素，结构简式显示其含有官能团羟甲基。羟基是一种亲水基团，能与水分子之间形成氢键。所以，餐巾纸可吸水，保鲜膜不可吸水。接下来我们归纳常见的亲水基团及疏水基团。常见的亲水基团有羟基、羧基、醛基、氨基等等；常见的疏水基团有烃基、卤原子、酯基等等。此外，亲水基吸水性强弱顺序为：羧酸钠＞羧酸钾＞羧酸＞羟酸钠＞羟钾＞羟钙。
问题二：高吸水性树脂应具有哪些性质？能否从碳骨架和官能团两个角度预测其可能结构？从前面的实验和图示我们知道，高吸水性树脂的性质是吸水保水且不溶于水。根据结构与性质的关系，我们可以推测，吸水性要求官能团需有强亲水基团的取代基，不溶于水则要求碳骨架是不溶于水的母体，主链保水的性质需满足交联成网状的结构。
网状结构保水性能为什么更好呢？高吸水性树脂交联前一般是水溶性的，不具备吸水性。形成网状结构后，它可利用分子中大量的亲水基团与水分子之间产生氢键等作用吸收水分子，并且通过网状结构将水分子束缚在高分子网格中，形成溶胶的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，在一定压力下也不易失水。
问题三：棉花、纸张等含纤维素物质的吸水量只有自身质量的 20 - 40 倍左右，挤压后保有的水量也比较少。纤维素物质吸水性和保水性不够好的原因是什么呢？我们还是从结构进行分析，我们可以看到纤维素的亲水基是羟基，且结构是线性的，两者共同决定了纤维素吸水性和保水性不好。