高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第3节 合成高分子化合物(第2课时)学案 鲁科版选修5

第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物
第3节 合成高分子化合物
学习目标 重点难点
1．了解高分子化合物的分类、结构和性质特点。

2．根据加聚反应产物的分子式确定单体和链节。

3．了解加聚反应和缩聚反应的特点，能写出形成常见高分子化合物的化学方程式。

4．知道高分子化学反应是合成某些特殊聚合物的方法，并能够实现高分子化合物的改性。

5．了解高分子材料的特殊性能，体会高分子科学
在发展经济、提高人们生活质量方面的作用。

1．加聚反应和缩聚反应规律。

2．根据高聚物的结构式判断其单体。

3．高分子化学反应及其应用。

1．高分子化合物概述
(1)相关概念
①高分子化合物：高分子化合物简称高分子，是指由许多____________以共价键结合成
的、相对分子质量______(通常为104～106)的一类化合物，又称______或________。

②单体：能用来合成高分子化合物的______________称为单体。

例如，由乙烯生成聚乙
烯的化学方程式为：n CH 2―――→引发剂，则______就是聚乙烯的单体。

③链节：有机高分子化合物虽然相对分子质量很大，但是它们的结构并不复杂，通常是________结构单元重复连接而成的，这种重复结构单元称为______。

例如，聚乙烯
的重复结构单元是________________，“—CH 2—CH 2—”即聚乙烯的
______。

而n
预习交流1
观察下列聚合反应，分析哪些是加聚反应，哪些是缩聚反应。

2.高分子化学反应
(1)定义
有____________参与的化学反应称为高分子化学反应。

(2)高分子化学反应的应用
①合成带有特定功能基团的新的高分子化合物，如纤维素的改性可以制得______纤维、______纤维和______纤维等。

②合成不能直接通过________物质聚合而得到的高分子化合物，如聚乙烯醇的制备。

乙烯醇由于碳碳双键直接与羟基相连，很不稳定，容易自动转化成乙醛，因而聚乙烯醇实际上不能直接用乙烯醇聚合得到，而是间接得到的。

通常是先制备聚乙酸乙烯酯，然后由聚乙酸乙烯酯发生水解或醇解(酯交换反应)制得聚乙烯醇。

＋n CH 3OH ――→NaOH ____________________
在这个反应里，反应物和产物中高分子化合物的____数是相同的。

③橡胶的硫化
橡胶硫化以后，使线型的橡胶分子间经过__________或________________发生了交联，成为网状结构。

在这个过程中，高分子化合物的链节数会______。

经过硫化的橡胶，叫做硫化橡胶，硫化橡胶具有较高的强度和韧性，而且具有良好的弹性、化学稳定性、耐蚀性等。

④高分子化合物的降解
高分子材料给我们带来便利的同时，也给我们带来了一些负面影响，如白色污染等。

解决这个问题的主要途径就是高分子化合物的降解问题。

高分子化合物的降解也属于______________反应，在降解过程中，高分子化合物的链节数______。

主要有以下两种途径：
a ．加热降解，回收利用。

如有机玻璃在270 ℃的氮气中热降解，可回收95%的甲基丙烯酸甲酯。

b ．积极研究在自然状态下可降解的高分子材料。

如目前人们已经合成出______________、______________、____________等。

预习交流2
高分子化学反应和简单有机化合物的反应原理相同吗？
3．合成高分子材料
(1)定义
合成高分子材料是以______________为基本原料，加入适当______，经过一定加工制成的材料。

(2)常见的合成高分子材料
①三大合成材料——塑料、合成橡胶、合成纤维
a ．塑料
三大合成材料主要是由树脂组成的。

树脂是一种俗称，凡____________________的任何聚合物都是树脂。

塑料通常是由______及各种______组成的。

塑料的名称是根据树脂的种类确定的。

例如，以聚乙烯树脂为主要成分的塑料，叫做聚乙烯塑料。

b ．合成橡胶
合成橡胶是利用低分子物质合成的一类弹性特别强的线型高聚物，如丁苯橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶。

合成橡胶的很多性能比天然橡胶优越，广泛用于轮胎和制鞋工业等。

c ．合成纤维
合成纤维是用某些低分子物质经聚合反应制成的线型高聚物。

合成纤维的品种很多，如尼龙、涤纶和人造羊毛(聚丙烯腈)等。

合成纤维耐磨、耐蚀、不缩水。

用它做的衣服，不易折皱，结实耐穿。

合成纤维吸湿性和透气性差。

所以，人们把它和天然纤维混纺，这样制成的混纺织物兼有两类纤维的优点，极受欢迎。

②涂料
涂料是一种涂布于物体表面后能结成______________的物质，它常涂在家具、船舶等表面，起到保护和美化内部物体的作用。

涂料的主要成分——__________，属于树脂。

③黏合剂
黏合剂又称胶粘剂，简称胶，日常生活中常用的糨糊、胶水就是最普通的黏合剂。

目前使用的黏合剂是以__________________________等为主要成分制成的。

(3)功能高分子材料
①概念：在合成高分子的主链或支链上接上________________的官能团，使它们具有______的功能以满足光学、电学、磁学、化学、生物学、医学等方面的要求，这样形成的高分子统称为功能高分子。

②功能高分子材料的分类
常用功能高分子⎩⎪⎨⎪⎧
③离子交换树脂
离子交换树脂主要用于物质的____________。

离子交换树脂分为________交换树脂和________交换树脂，阳离子交换树脂是含有磺酸基(—SO 3H)、羧基(—COOH)或苯酚基(—C 6H 4OH)等酸性基团的树脂，它们以氢离子换取溶液中的金属离子或其他阳离子。

如：2R —SO 3H ＋Ca 2＋―→__________＋2H ＋(R 为树脂母体)
④医用高分子
______________是最早使用于代替手术缝合线的医用高分子材料。

目前，常用的医用高分子材料有硅橡胶()、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等。

它们的生物相容性______、__________，可用于制造医用器械和人造器官。

预习交流3
人类使用高分子材料种类繁多，性质各异。

下列选项中不属于高分子材料的是( )。

A ．合成树脂
B ．涂料
C ．光导纤维
D ．合成橡胶
E ．电木
F ．电缆
答案：1．(1)①小分子化合物 很高 聚合物 高聚物
②小分子化合物 乙烯
③简单的 链节 —CH 2—CH 2— 链节 链节数 单元数
(2)①天然 合成
②线 支链 体
③热塑 热固
④橡胶、纤维、塑料
(3)小分子 高分子 加成聚合 缩合聚合
①互相加成 加聚
②相互缩合 缩聚
预习交流1：答案：①是加聚反应 ②是缩聚反应 ③是加聚反应
解析：观察产物，加聚反应只有高聚物一种产物，而缩聚反应有小分子生成。

2．(1)高分子化合物
(2)①黏胶 硝化 醋酸
②小分子 ＋n CH 3COOCH 3 链节
③单硫键(—S —) 双硫键(—S —S —) 变大
④高分子化学 变小 生物降解塑料 化学降解塑料 光降解塑料
预习交流2：答案：高分子化学反应与有机化合物的反应原理类似，所发生的反应主要
取决于结构特点、官能团及基团之间的影响，如：碳碳双键易氧化和加成；酯基易水解、醇解；羧基易发生酯化、取代等反应。

3．(1)高分子化合物 助剂
(2)①人工合成的、未经加工处理 树脂 助剂
②坚韧保护膜 成膜物质
③各种树脂如酚醛树脂、脲醛树脂
(3)①带有某种特定功能 特殊
②离子交换树脂 光敏高分子 导电高分子 医用高分子 膜用高分子
③分离和提纯 阳离子 阴离子 (R —SO 3)2Ca
④聚乳酸() 较好 安全无毒
预习交流3：C 、F 解析：合成树脂、合成纤维、涂料、合成橡胶、电木都是常见的高分子材料，光导纤维的主要成分是二氧化硅，是无机非金属材料，电缆的主要成分是铜或铝，是金属材料。

在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！
我的学困点 我的学疑点
一、加聚反应和缩聚反应异同的探究
加聚反应 缩聚反应
概念
不同点 实质
单体 产物种类
化学组成 高聚物与单体化学组成相同，M (聚合物)＝________ 高聚物与单体化学组成不同，M (聚合物)＜__________
相同点
下列化合物中
c ．H 2N(CH 2)2NH 2
d ．CH 3CH===CH —CN
e ．
f ．HOOC(CH 2)4COOH (1)可发生加聚反应的化合物是________，加聚物的结构式为____________________。

(2)可发生缩聚反应的一个化合物是________，缩聚物的结构式为________。

(3)可发生缩聚反应的两个化合物是_______和______，缩聚物的结构式为________。

①加聚反应和缩聚反应是生成高聚物的重要反应，加聚反应即“加成聚合反应”，单体分子中必须含有不饱和键，产物只有高聚物分子。

②缩聚反应是“缩合聚合反应”，原料小分子中不一定含有不饱和键，但是每个小分子中必须至少含有两个官能团，多个分子缩合，首尾相连形成高聚物。

氨基酸分子形成蛋白质发生的也是缩聚反应。

二、高聚物单体结构推断的探究
(1)判断下列高聚物的单体，并总结判断规律：
(2)判断下列高聚物的单体，并总结判断规律：
工程塑料是具有优异的强度与耐热性，可作为工业用的结构材料，并具有功能作用结构的高性能塑料。

ABS树脂(结构式如下)是常用的一种工程塑料，
合成时用了3种单体，根据所学知识判断，这3种单体的结构简式分别为________、________、________。

①根据高聚物分子结构判断单体的题目是考题中经常出现的一个考点。

此类题目应该首先判断该高聚物是加聚反应的产物还是缩聚反应的产物。

②加聚反应的产物主链上只有碳原子，如主链上没有双键，则是单烯烃加聚的产物，如主链上有双键，可能是二烯烃或炔烃加聚的产物。

③若高聚物为缩聚产物。

凡链节中含有酯基()结构的，从酯基中间断开，在羰基上加羟基，在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇；
凡链节中含有()结构的，断开碳氮键，亚氨基上加氢原子、羰基上加羟基，所得氨基酸为单体；
凡链节中含有类似()，其单体一定是酚类和醛类。

加聚反应缩聚反应概念
单体通过加成的方式生成高分子化合
物的反应
有机物单体间通过失去水分子等小分
子形成高分子化合物的反应
不
同
点
实质加成反应取代反应
单体含有碳碳双键、碳碳叁键等不饱和键含有两个或两个以上的官能团产物种
类
高分子高分子和小分子化学组
成
高聚物与单体化学组成相同，M(聚
合物)＝M(单体)×n(聚合度)
高聚物与单体化学组成不同，M(聚
合物)＜M(单体)×n(聚合度) 相同点小分子相互作用生成高分子
解析：可以发生加聚反应的单体含有碳碳双键等不饱和键，符合题意的有b、d，其加聚产物分别为；一种化合物能够发生
缩聚反应，该有机物分子中一般是含有能够发生酯化反应或成肽反应的两种或两种以上的官
能团，符合题意的是a，缩聚物是；两种物质可以发生缩聚反应，这两种物质必须都是含有两个或两个以上的官能团，且两种物质含有的官能团可以发生脱去小分子的反应，符合题意的是c和f，其缩聚物为
H HN(CH2)2NH—OC(CH2)4CO OH。

活动与探究2：答案：(1)单体：
①CH3—CH===CH—CH3
③CH2===CH2和CH3—CH===CH2
④CH2===CH—CH===CH2
规律：①凡链节的主碳链为两个碳原子，其单体必为一种。

将链节的两个半键闭合即为单体。

②凡链节中主碳链为4个碳原子，无碳碳双键结构，其单体必为两种，从主链中间断开后，再分别将两个半键闭合即得单体。

③凡链节中主碳链为4个碳原子，含有碳碳双键结构，单体为一种，属二烯烃。

以双键为中心向左和向右各数两个碳原子断开，单键变双键、双键变单键即为其单体。

(2)单体：①H2NCH2CH2COOH
和H—O(CH2)4—O—H
规律：①凡链节为HN—R—CO或
O—R—CO结构的，其单体必为一种，在链节的—NH(或—OH)上加氢原子、羰基上加羟基，所得氨基酸(或羟基羧酸)为单体。

②当链节中含有酯基()或结构时，则合成的单体至少是两种，此时常用“切割法”，断开羰基与氧原子间的共价键或断开羰基与氮原子间的共价键，然后在羰基碳上连上羟基，在氧或氮原子上连上氢原子。

迁移与应用2：答案：CH2===CH—CN
CH2===CH—CH===CH2
解析：根据高聚物分子的链节，采用箭头法解题，如下图所示，可确定ABS树脂的单体：
，
则可确定三种单体分别是：CH2===CH—CN、CH2===CH—CH===CH2、。

1．不粘锅内壁有一薄层为聚四氟乙烯的高分子材料的涂层，用不粘锅烹烧菜肴时不易粘锅、烧焦。

下列关于聚四氟乙烯的说法正确的是( )。

A．不粘锅涂层为新型有机高分子材料
B．聚四氟乙烯的单体是不饱和烃
C．聚四氟乙烯中氟元素的质量分数为76%
D．聚四氟乙烯的化学活泼性较大
2．下列关于乙烯和聚乙烯的叙述中正确的是( )。

A．二者都能使溴水退色，性质相似
B．二者互为同系物
C．二者最简式相同
D．二者分子组成相同
3．感光性高分子也称为“光敏性高分子”，是一种在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子材料。

其结构简式为：
对此高聚物的性质判断不正确的是________。

A．在酸性条件下可以发生水解
B．此高聚物不能使溴水退色
C．此高聚物可以使酸性高锰酸钾溶液退色
D．此高聚物可与液溴发生取代反应
E．此高聚物水解后可得到另外一种高聚物
4．用于制造塑料薄膜、人造革、塑料管材和板材的聚氯乙烯(PVC塑料)就是以氯气和乙烯为主要原料通过________、裂解和________三步主要反应生产的。

生产聚氯乙烯的有关反应的化学方程式为______________________。

上述生产过程可得到的副产品是________。

提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分
写下来并进行识记。

知识精华
技能要领
答案：1．C 解析：聚四氟乙烯的单体是四氟乙烯，属于不饱和卤代烃。

聚四氟乙烯仍属于传统的三大合成材料——塑料，其氟元素的质量分数是76%，化学性质稳定，广泛应用于炊具。

2．C 解析：要正确区分单体与高聚物。

CH 2===CH 2分子中含有C===C ，而聚乙烯分子中无碳碳双键，结构上不相似，性质不同，不互为同系物，也不能说分子组成相同。

3．B 解析：由高聚物的结构简式可以看出，该高分子材料中含有碳碳双键()和两种官能团，具有烯烃和酯类物质的性质，B 不正确。

4．答案：加成 加聚(或聚合) CH 2===CH 2＋Cl 2―→CH 2Cl —CH 2Cl ，CH 2Cl —CH 2Cl ――→
强热CH 2===CHCl ＋HCl ，n CHCl ――→引发剂 盐酸
解析：聚氯乙烯是最常见的塑料之一，同学们最熟悉的合成方法是由乙炔与HCl 加成生成氯乙烯，然后由氯乙烯通过加聚反应合成聚氯乙烯，而对本题阐述的方法并不熟悉。

乙烯的典型性质是加成反应，根据乙烯容易跟溴水发生加成反应的事实，不难推测乙烯也容易与氯气反应生成1,2-二氯乙烷，因此，第一步反应是加成反应；如果对第二步裂解(加热分解)的产物不好确定的话，不妨越过第二步直接看第三步，而第三步显然是由氯乙烯在一定条件下发生加聚(或聚合)反应生成聚氯乙烯；至此，不难得出第二步反应的产物之一为氯乙烯，根据质量守恒定律可知另一种产物为HCl ，由此可得答案。