最新人教版高中化学选修五第五章进入合成有机高分子化合物的时代 第一节 合成高分子化合物的基本方法

第五章进入合成有机高分子化合物的时代第一节合成高分子化合物的基本方法学习目标核心素养
1.结合典型聚合反应,了解合成高分子的组成与结构特点,能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体。

2.对比聚乙烯、聚己二酸己二醇酯的合成过程,了解加聚反应和缩聚反应的特点。

3.能写出常见的单体的聚合反应方程式和聚合物的结构式。

1.通过单体或单体间的断键、成键方式,及单体与高聚物性质的不同,认识单体、链节、聚合度等基本概念。

(宏观辨识与微观探析)
2.通过观察高聚物的模型,掌握加聚反应、缩聚反应的反应历程。

(变化观念与模型认知)
一、有机高分子化合物
1.与低分子有机物的区别:
类别有机高分子化合物
低分子有机物
相对分子质量很大(通常104~106) 1 000以下相对分子质量的数值平均值有明确的数值分子的基本结构由若干个重复结构单元组成单一分子结构结构性质在物理、化学性质上有较大差异
联系有机高分子化合物是以低分子有机物为原料,经聚合反应得到各种相对分子质量不等的同系物组成的混合物,也称为聚合物
2.有关概念:
【微思考】的相对分子质量为890,它属于有机高分子化合物吗? 提示:不是;它的相对分子质量相对于104~106的范围要小得多,同时也不符合有机高分子化合物的结构特征。

二、合成高分子化合物的基本方法
1.加聚反应
(1)概念:由低分子有机物通过加成反应生成高分子化合物的反应。

(2)实例:乙烯(CH2＝CH2)发生加聚反应的化学方程式为n CH2＝CH2
_。

2.缩聚反应
(1)概念:由一种或一种以上的单体相互结合生成聚合物,同时有小分子生成的反应。

(2)实例:己二酸和乙二醇发生缩聚反应的化学方程式为
n HOOC(CH2)4COOH+n HOCH2CH2OH+(2 n-1)H2O。

6-羟基己酸发生缩聚反应的化学方程式为
n HOOC(CH2)5OH+(n-1)H2O。

3.缩聚反应规律
(1)生成聚合物的同时一般伴随小分子副产物生成,如水等。

(2)发生缩聚反应的单体应至少含有两个官能团。

①含有两个官能团的单体缩聚后生成的缩聚物呈现为线型结构。

②由一种单体进行缩聚反应,生成小分子物质的量为(n-1);由两种单体进行缩聚反应,生成小分子物质的量为(2n-1)。

(3)书写缩聚物结构简式时要体现端基原子或原子团。

如:
【微思考】下列物质中有哪些能通过加聚反应合成高分子材料?哪些物质可以通过缩聚反应合成高分子材料?哪些物质既可以发生加聚反应又可以发生缩聚反应?
①CH2CH—CN、②CHCl＝CCl2
③、
④、
⑤
提示:发生加聚反应的物质一般含有碳碳双键或碳碳三键;而发生缩聚反应的物质一般含有羧基和羟基或者羧基和氨基等。

所以能发生加聚反应的有①②③④,能发生缩聚反应的物质有④⑤,两种反应均可发生的是④。

知识点一加聚反应
1.加聚反应的特点
2.加聚反应的几种常见类型
(1)单烯烃的加聚。

单体由官能团(一般是碳碳双键)和非官能团两部分组成。

单体中含有不饱和键(碳碳双键)的碳链单独列成一行,断开不饱和键,展放在中括号内,其他非官能团部分作为支链纵列。

如:
单体将含不饱和键的碳链单独列出加聚物
CH2＝CH2CH2＝CH2
CH2＝CHCH3
相应化学方程式为
n CH2＝CH2
(2)二烯烃的加聚。

二烯烃单体自聚时,单体的两个双键同时打开,单体之间直接连接形成含有一个新双键的链节而成为高分子化合物。

1,3-丁二烯的加聚反应:
n CH2＝CH—CH＝CH2
异戊二烯的加聚反应:
(3)单烯烃与二烯烃共聚。

单烯烃打开双键,二烯烃的两个双键也同时打开,彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键成为高分子化合物。

例如:
丙烯与1,3-丁二烯的加聚反应:
n CH2＝CH—CH3+n CH2＝CH—CH＝CH2
(4)炔烃的加聚。

例如,乙炔的加聚反应:
n CH≡CH
(5)环状化合物的加聚。

例如,环氧乙烷的加聚反应:
3.由加聚物推断单体的方法
①凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物,其合成单体必为一种,将链节两端两个半键断开向内闭合即可。

如,其单体是。

②凡链节主链上只有四个碳原子,且链节无双键的聚合物,其单体必为两种,在链节两端及正中央划线断开,然后左右两个半键闭合即可。

如的单体为CH2＝CH2和。

③凡链节主链中只有碳原子,并存在结构的聚合物,其规律是“见双键,四个碳;无双键,两个碳”。

从一端划线断开,隔一键断一键,然后将半键闭合,即单双键互换。

如的单体是和。

【误区警示】(1)无论是单烯烃加聚还是二烯烃加聚,是一种单体加聚还是多种单体加聚,所得产物都是混合物。

(2)二烯烃加聚可能有多种情况:如异戊二烯烃加聚除了主要为
外,还可能为、。

加聚物的单体和链节是否相同?
提示:加聚物的单体和链节既有关系又有区别。

链节由单体断键得到,单体与链节所含元素的种类和原子个数相同,每种元素的质量分数也一样。

但单体与链节不
同,如的单体是CH2＝CH2,链节为—CH2—CH2—。

【典例】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
回答下列问题:
(1)已知它是由两种有机物经酯化后聚合而成的,试推断这两种有机物的结构简式:________________、____________________。

(2)写出在(1)中由两种有机物合成高聚物的化学反应方程式: _________________ _________________________________________________________。

(3)对此高聚物的性质判断不正确的是________(填字母)。

A.在酸性条件下可以发生水解
B.此高聚物不能使溴水褪色
C.此高聚物可以使酸性KMnO4溶液褪色
D.此高聚物可与液溴发生取代反应
【解题指南】解决高分子化合物单体的方法:本题先由高聚物的结构简式推出其对应单体的结构简式,再根据酯的水解知识推出合成该单体的两种有机物的结构简式。

【解析】(1)由高聚物的结构简式可知,该高聚物的单体是
,该单体是由CH2＝CHOH和通过酯化反应生成的。

(2)合成高聚物的反应分两步,首先
CH2CHOH和酯化反应生成酯,然后该酯再通过加聚反应生成高聚物。

(3)由高聚物的结构简式可以看出,该高聚物分子中含有和两种官能团,具有烯烃和酯的性质。

答案:(1)CH2＝CH—OH
(2)CH2＝CH—OH+
+H2O,n(3)B 【母题追问】题干中所给的高聚物及其单体的分子式分别是什么?二者的最简式是否相同?
提示:二者分子式分别为(C11H10O2)n、C11H10O2,最简式相同,都为C11H10O2。

【规律方法】由加聚产物推断单体的方法
1.某高分子化合物的部分结构如下:
下列说法中不正确的是()
A.聚合物的分子式为C3H3Cl3
B.聚合物的链节是
C.合成该聚合物的单体是CHCl＝CHCl
D.若n为聚合度,则其相对分子质量为97n
【解析】选A。

从高聚物链状结构来看,是以碳链形成的高分子,碳链中没有其他原子,故应是通过加聚反应而形成的聚合物。

加聚反应的碳链链节是以偶数碳原子进行聚合的,所以C正确。

高分子化合物的相对分子质量的大小,关键由n决定。

单体为C2H2Cl2,高分子化合物为(C2H2Cl2)n,则相对分子质量为97n。

所以B、D 正确。

2.环氧乙烷是继甲醛之后出现的第2代化学消毒剂,至今仍为最好的冷消毒剂之一,也是目前四大低温灭菌技术(低温等离子体、低温甲醛蒸气、环氧乙烷、戊二
醛)最重要的一员。

环氧乙烷()是一种简单的环氧化合物,其球棍模型如图所示。

那么环氧乙烷分子中无不饱和键,那么它能否发生加聚反应生成聚环氧乙烷?
提示:环氧乙烷分子中虽无不饱和键,但它可发生开环加聚反应,环氧乙烷发生加聚反应的方程式为:n。

【补偿训练】
1.新型弹性材料“丁苯吡橡胶”的结构简式如下:
其单体可能是
①
②
③CH2＝CH—CH＝CH2
④
⑤
⑥
正确的组合是()
A.②③
B.②③⑤
C.①②⑥
D.②④⑥
【解析】选B。

将从虚线处断键,再添加双键即可得到该高分子的单体。

2.聚氯乙烯是制作装修材料的最常用原料,失火时聚氯乙烯在不同的温度下,发生一系列复杂的化学变化,产生大量有害气体,其过程大体如图所示:已知脱氢是氧化反应
……
下列说法不正确的是()
A.聚氯乙烯的单体可由乙烯与HCl加成而得
B.上述反应中①属于消去反应,④属于(脱氢)氧化反应
C.火灾中由聚氯乙烯产生的有害气体中含HCl、CO、C6H6等
D.在火灾现场,可以用湿毛巾捂住口鼻,并弯下腰尽快远离现场
【解析】选A。

聚氯乙烯的单体氯乙烯不可能由乙烯与HCl加成而得,这两者反应生成氯乙烷,故A错误;上述反应中①生成了HCl和碳碳双键,反应属于消去反应,④属于(脱氢)氧化反应,故B正确;由题中信息可知,火灾中由聚氯乙烯产生的有害气体中含HCl、CO、C6H6等,故C正确;在火灾现场,生成的HCl应最多,苯和CO不溶于水,可以用湿毛巾捂住口鼻,减少苯和CO的吸收量,并弯下腰尽快远离现场,故D正确。

3.由制备所发生的化学反应依次为()
①消去反应②加成反应
③取代反应④酯化反应
⑤水解反应⑥加聚反应
A.①⑥
B.②③
C.③⑥
D.⑤⑥
【解析】选A。

首先发生消去反应,再发生加聚反应。

知识点二缩聚反应
1.缩聚反应的特点
2.常见的缩聚反应类型:
能够发生缩聚反应的物质含有多种官能团(—OH、—COOH、—NH2等),主要有如下几种类型:
(1)二元酸与二元醇缩聚。

+n HOCH2CH2OH
+(2n-1)H2O
(2)氨基酸缩聚。

+(n-1)H2O
(3)羟基酸缩聚。

+(n-1)H2O
(4)酚醛缩聚。

n+n HCHO+(n-1)H2O
3.缩聚物及其单体的互推方法
(1)由单体推缩聚物。

单体方法(官能团书写在链端) 聚合物HOOC(CH2)4CO
OH
和
HOCH2CH2OH
(2)由缩聚物推单体。

步骤第一步第二步第三步
说明采用“切割法”去掉缩聚物
结构简式中的方括号与
“n”,变为小分子
断开分子中的酰胺键或
酯基
将断开的羰基碳原
子上连接—OH;在
氧或氮原子上连接
—H,还原为单体小
分子
举例
、
对苯二甲酸
HOCH 2CH 2OH
乙二醇
H2N—R—COOH 不含和单体为一种:
H2N—R—COOH
试依据下表讨论加聚反应与缩聚反应的异同点。

(证据推理与模型认知)类别加聚反应缩聚反应
不同点反应物单体必须是________的
单体不一定是不饱和的,但必
须至少含____个官能团
生成物生成物只有________化合物
生成物除了高分子化合物外,
还有______、卤化氢、氨等
小分子化合物
相同点反应物可以是同一种单体,也可以是不同种单体,生成物是高分子化合物
答案:不饱和两高分子水
【典例】(2021·佛山高二检测)合成导电高分子材料PPV的反应:
n+n+ (2n-1)HI
下列说法正确的是()
A.合成PPV的反应为加聚反应
B.PPV与聚苯乙烯具有相同的重复结构单元
C.和苯乙烯互为同系物
D.通过质谱法测定PPV的平均相对分子质量,可得其聚合度
【解题指南】解答本题时要注意以下两点:
(1)首先判断是加聚产物还是缩聚产物。

(2)根据单体的结构对问题作出判断。

【解析】选D。

A.由题干反应方程式可知,合成PPV的反应为缩聚反应,A错误;B.由题干图可知,合成PPV的反应为缩聚反应,而不是加聚反应,PPV的重复结构单
元为,聚苯乙烯的重复结构单元为,二者不相同,B错误;C.同系物是指结构相似,组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质,
故和苯乙烯不互为同系物,C错误;D.质谱仪能记录分子离子、碎片离子的相对质量,质谱图中数值最大的即是该分子的相对分子质量,可得其聚合度,D正确。

【母题追问】若给出本题中PPV的结构简式,如何判断其单体?
提示:先判断其为缩聚产物,再根据链节把H和I恢复本位即可。

PBT是最坚韧的工程热塑性材料之一,它是半结晶材料,有非常好的化学稳定性、
机械强度、电绝缘性和热稳定性其结构简式为,下列叙述错误的是()
A.合成PBT的单体是苯甲酸和丁醇
B.合成PBT的单体是对苯二甲酸和1,4-丁二醇
C.由单体合成PBT的反应属于缩聚反应
D.1 mol PBT与NaOH溶液反应时,最多可消耗2n mol NaOH
【解析】选A。

由PBT的结构简式可知,合成PBT的单体分别是对苯二甲酸和1,4-丁二醇,A项错误,B项正确;由对苯二甲酸和1,4-丁二醇合成PBT的过程即生成聚酯的缩聚反应,C项正确;1 mol PBT含有2n mol酯基,因此在与NaOH溶液反应时,最多可消耗2n mol NaOH,D项正确。

【补偿训练】
高分子材料W的结构简式为,其单体A可由淀粉转化而来,并可发生如图所示一系列变化,关于各步变化的反应类型描述正确的是()
A.由淀粉转化为葡萄糖是取代反应
B.A→W是加聚反应
C.A→C是消去反应
D.A→B是酯化反应且生成的B能与溴水因反应而褪色
【解析】选A。

由题可知,的单体A的结构为。

A生成B,根据分子式的差异推测发生的是消去反应,B的结构为
CH2CH—COOH;由A生成C,根据C的分子式以及结构特点可知,C的结构为。

由淀粉转化为葡萄糖是多糖的水解,属于取代反应,A项正确;由单体生成发生的是缩聚反应,B项错误;通过分
析可知,C的结构为,因此A生成C发生的是酯化反应,C项错误;通过分析可知,A生成B发生的是消去反应,B的结构为CH2＝CH—COOH,分子结构中含有碳碳双键可以与溴水发生加成反应使其褪色,D项错误。

三言两语话重点
1.“1”个差别:
链节与单体的差别:链节是最小的重复单位;单体是合成高分子的小分子;
2.“2”种反应:
合成高分子材料的反应类型有两种:加聚反应和缩聚反应;
3.“3”个特点:
(1)高分子化合物均为混合物;
(2)加聚物的单体结构特点为含有碳碳三键或碳碳双键;缩聚物的单体结构特点为含有多个官能团;
(3)加聚物难降解,缩聚物一般可降解。

1.下列物质中既能发生加成、加聚反应,又能发生缩聚反应的是()
A.
B.
C.CH2CH—CH2—COOH
D.
【解析】选B。

发生加成反应和加聚反应的结构特点是含等不饱和官能团;发生缩聚反应的结构特点是至少含两个—COOH、—OH、—NH2等官能团,故B正确。

2.CH2CH2、、HOOCCOOH、HOCH2CH2OH为常见合成有机高分子的单体。

现只提供这几种单体,可以合成下列高分子中的()
A.
B.
C.
D.
【解析】选C。

是由CH3CH CH2通过加聚反应产生的,题目没有提供物质CH3CH CH2,A不符合题意;是
发生加聚反应产生的,题目给出的物质没有
,B不符合题意;
是由和CH2CH2通过加聚反应产生的,单体是和CH2CH2,是题目提供的物质,C符合题意;
是HOCH2CH2OH和通过缩聚反应产生的,题目给出的物质无,D不符合题意。

3.(2021·长沙高二检测)PLA()是一种新型可生物降解的高分子材料。

PLA的合成路线为淀粉葡萄糖乳酸PLA,下列说法正确的
是()
A.PLA结构中含有酯基
B.淀粉和葡萄糖互为同分异构体
C.过程②的反应类型是水解反应
D.1 mol乳酸与足量的金属钠反应最多可生成0.5 mol H2
【解析】选A。

由PLA的结构简式可知其为聚酯,所以结构中含有酯基,A项正确;淀粉和葡萄糖的分子式不同,不互为同分异构体,B项错误;葡萄糖在催化剂作用
下生成乳酸,不属于水解反应,C项错误;乳酸的结构为,分子中含有一个
—OH和一个—COOH,都可以与金属钠反应,故1 mol乳酸与足量Na反应最多可生成1 mol H2,D项错误。

4.(2021·杭州高二检测)下列关于的说法,正确的
是()
A.该物质可由n个单体分子通过缩聚反应生成
B.0.1 mol该物质完全燃烧,生成33.6 L(标准状况)的CO2
C.该物质在酸性条件下水解产物之一可作汽车发动机的抗冻剂
D.1 mol该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗3n mol NaOH
【解析】选C。

根据该高分子化合物的结构片段可知,该高分子是不饱和键打开相互连接,即通过加聚反应生成的,故A错误;因为该物质为高分子化合物,无法确定0.1 mol该物质中含有C原子的物质的量,无法确定生成二氧化碳的量,故B错误;该物质在酸性条件下水解产物中有乙二醇,可作为汽车发动机的抗冻剂,故C 正确;该物质链节中含有三个酯基水解均可产生羧基与氢氧化钠反应,但其中一个酯基水解后产生酚羟基,也可与氢氧化钠反应,故1 mol该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗4n mol NaOH,故D错误。

5.(1)链状高分子化合物可由有机化工原料R和其他有机试剂通过加成、水解、氧化、缩聚反应得到,则R是________(填字母)。

A.1-丁烯
B.2-丁烯
C.1,3-丁二烯
D.乙烯
(2)锦纶的单体为________________________________, 反应类型为________。

(3)已知涤纶树脂的结构简式为
,它是由__________和__________(填单体的结构简式)通过________反应制得的,反应的化学方程式为___________________。

【解析】(1)该高分子化合物是由乙二醇和乙二酸经缩聚反应得到的,故R为乙烯。

(2)此聚合物中含有肽键,其单体是
H2N(CH2)5COOH。

(3)由高聚物的结构片段分析,此高聚物属于高聚酯,因而属于酯化型缩聚反应。

联想酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构片段:
和—OCH2CH2O—,再连接上
—OH或—H即得到单体的结构简式。

答案:(1)D(2)H2N(CH2)5COOH缩聚反应
(3)HOCH2CH2OH
缩合聚合(或缩聚)
+n HOCH2CH2OH
+(2n-1)H2O
6.以乙炔为主要原料可合成聚氯乙烯等,其制备过程如下:
(1)试写出B和C的结构简式:
B________;C________。

(2)写出反应③和反应⑦的化学方程式并指明反应类型_____________________, _________________。

【解析】乙炔与HCN发生加成反应生成B,CH≡CH+HCN CH2CH-CN。

由
反应⑦可知D应为单体2-氯-1,3-丁二烯(),故C分子应为两分子乙炔的加成产物,其结构简式为
CH2＝CH—C≡CH。

由D分子制备氯丁橡胶为加聚反应。

答案:(1)CH2＝CH-CN CH2＝CH-C≡CH
(2)CH≡CH+HCN CH2＝CH-CN,加成反应
,加聚反应。