高中化学专题5.1合成高分子化合物的基本方法含解析选修5

专题01 合成高分子化合物的基本方法
一. 有机高分子化合物
1. 概念：相对分子质量达几万甚至几千万，只是一个平均值，通常称为高分子化合物，简称高分子，有时又称高聚物。

如：淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等。

高分子化合物结构简式中通常有“n” ，例淀粉或纤维素：（C6H10O5）n，聚乙烯：。

小分子：相对分子质量通常超过1000，有明确的数值，通常称为低分子化合物，简称小分子；如：烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等。

2. 合成有机高分子化合物
以低分子有机物作原料，经聚合反应得到的各种相对分子质量不等的同系物组成的混合物，其相对分子质量一般高达104—106。

高分子化合物又称高聚物。

典例1下列物质中属于高分子化合物的是( )
① 淀粉② 纤维素③ 氨基酸④ 油脂
⑤ 蔗糖⑥ 酚醛树脂⑦ 聚乙烯⑧ 蛋白质
A.②③④⑥⑦⑧
B.①④⑥⑦
C.①②⑥⑦⑧
D.②③④⑥⑦⑧
【答案】C
【解析】③ 氨基酸、④ 油脂、⑤ 蔗糖都是小分子化合物，选C。

3. 有关高分子化合物的相关用语：
⑴ 结构简式：它们是由若干个重复结构单元组成的。

⑵ 链节：高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位，也称重复结构单元。

叫做链节。

⑶ 聚合度：高分子里含有链节的数目。

通常用n表示。

⑷ 单体：能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物，叫做单体。

⑸ 聚合物的平均相对分子质量=链节的相对分子质量×n
4. 高分子化合物与小分子化合物比较
典例2 下列对有机高分子化合物的认识不正
确的是 ( )
A．有机高分子化合物称为聚合物或高聚物，是因为它们是由小分子通过聚合反应而制得
B．有机高分子化合物的相对分子质量很大，但其结构不一定复杂
C．对于一块高分子材料，n是一个整数值，因而它的相对分子质量是确定的
D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类
【答案】C
【解析】高分子化合物是由小分子通过加聚(或缩聚)反应合成的聚合物或高聚物，其相对分子质量虽然很大，但结构不一定复杂，通式中的n值不确定，所以相对分子质量不确定。

二. 合成高分子化合物的基本方法一
加聚反应：由含有不饱和键的化合物分子以加成反应的方式结合成高分子化合物的反应叫加成聚合反应；简称加聚反应。

1. 单烯烃的加聚反应（以乙烯合成聚乙烯为例）
第一步：双键（三键）放中间：CH2=CH2
第二步：其它作支链：CH2=CH2
第三步：展开双键（三键）：—CH2—CH2—
第四步：括号加n：
第五步：配平反应方程式：
典例3今有高聚物
下列对此高聚物的分析中，正确的是（）
A．其单体是CH2=CH2和HCOOC2H5
B．这是缩聚反应产物
C．其链节是CH3CH2﹣COOC2H5
D．其单体是CH2=CH﹣COOC2H5
【答案】D
【解析】高聚物链节中主链上只有碳原子，为加聚反应生成的高聚物，所以该高聚物的单体为CH2=CH ﹣COOC2H5，选D。

2. 共轭二烯烃的加聚反应（以1,3—丁二烯合成聚1,3—丁二烯为例）
第一步：双键（三键）放中间：CH2=CH—CH=CH2
第二步：其它作支链：CH2=CH—CH=CH2
第三步：展开双键（三键）：
—CH2—CH=CH—CH2—
第四步：括号加n：
第五步：配平反应方程式：
n CH2=CH—CH=CH2→
3. 不同烯烃的共聚
【名师点拨】加聚反应的特点：
⑴ 单体必须是含有双键、三键等不饱和键的化合物；
⑵ 无副产物，加聚物链节的化学组成与单体的化学组成相同。

4. 由加聚产物推单体的方法
例1苯乙烯：
第一步：边键箭头中间弯：
第二步：箭头相遇成新键：
第三步：箭尾相遇断一键：
第四步：整理书写成单体：
例2 聚丁二烯：
第一步：边键箭头中间弯：
第二步：箭头相遇成新键：
第三步：箭尾相遇断一键：
第四步：整理书写成单体：CH2=CH—CH=CH2例3聚苯乙烯丁二烯：
第一步：边键箭头中间弯：
第二步：箭头相遇成新键：
第三步：箭尾相遇断一键：
第四步：整理书写成单体：
CH2=CH—CH=CH2和
【名师点拨】口诀：见双键找四碳，无双键、两个碳；单键变双键，双键变单键。

典例4聚四氟乙烯可以作为不粘锅的内衬，其链节是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】四氟乙烯是CF2= CF2，其链节是—CF2-CF2—，选B。

三. 合成高分子化合物的基本方法二
乙酸和乙醇能够发生酯化反应，生成碳链较长的酯。

如果发生反应的酸是二元酸，有两个羧基，发生反应的醇是二元醇，有两个羟基，那么它们就会连接成链生成聚合物，叫聚酯。

例：己二酸和乙二醇的缩聚反应：
该反应与加聚反应不同，在生成聚合物的同时，还伴有小分子（如：H2O等）生成。

这类反应我们称之为“缩聚反应”。

概念：有机小分子单体间反应生成高分子化合物，同时产生小分子副产物的反应，叫缩合聚合反应；简称缩聚反应。

典例5分别用下列各组物质作为单体，在一定条件下，通过缩合聚合反应能合成高分子化合物的是( )
①乙烯、丙烯、苯乙烯②乙酸、乙二醇
③1,6­己二醇，1,6­己二胺④对苯二甲酸、乙二醇
⑤α­氨基乙酸、α­氨基丙酸⑥α­羟基丙酸
A．①③⑤⑥ B．①②③④
C．③④⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
【答案】C
【解析】：常见的缩聚反应主要有羟基和羧基的缩聚(包括二元羧酸和二元醇的缩聚、羟基酸的缩聚)、酚和醛的缩聚以及氨基和羧基的缩聚(包括二元羧酸和二元胺的缩聚、氨基酸的缩聚)等。

根据缩聚反应的特点，单体必须含有两个或两个以上的官能团，③中含有—COOH和—NH2；④中含有—COOH和—OH；⑤中含有—COOH和—NH2；⑥中含有—COOH和—OH。

1. 生成高分子酯(以聚己二酸乙二醇酯的缩聚反应方程式书写为例)
第一步：官能团分列两边：
HO—CH2—CH2—OH
第二步：反应缩合连起来：
第三步：断键基团放外面：
第四步：方括号加n围起来：
第五步：配平反应方程式：
n + n HO—CH2—CH2—OH
+ （2n—1）H2O
典例6现有烯的含氧衍生物A，还原A时形成醇B；氧化A时形成C，由B、C反应可生成高分子化合物
，以下叙述错误的是( )
A．A属于醛类
B．A的相对分子质量为58
C．A分子中有6个原子，含碳40%
D．1 mol A与足量银氨溶液反应能还原出4 mol Ag
【答案】C
【解析】由于A可被还原为醇，又可被氧化为酸，可知A应为醛，结合高分子化合物的结构可知A为乙二醛。

典例7合成导电高分子材料PPV的反应：
下列说法中正确
．．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
【答案】D
【解析】 A. 高分子材料的合成过程可以看出该反应生成小分子HI，应为缩聚反应，故A错误； B. 聚苯乙烯的重复结构单元为，不含碳碳双键，而该高聚物的结构单元中含有碳碳双键，所以不
相同，故B错误；C．有两个碳碳双键，而苯乙烯有一个碳碳双键，结构不同，二者不是同系物，故C错误； D.质谱图可以测定有机物的相对分子质量，故D正确。

2. 生成多肽物质(以氨基乙酸缩聚反应为例)
第一步：官能团分列两边：H2N—CH2—COOH
第二步：反应缩合连起来：H2N—CH2—COOH
第三步：断键基团放外面：
第四步：方括号加n围起来：
第五步：配平反应方程式：
n H2N—CH2—COOH + （n—1）H2O
【名师点拨】缩聚反应的特点：
⑴ 缩聚反应的单体往往是具有双官能团（如—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼氢原子等）或多官能团的小分子；
⑵ 缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子（如H2O、NH3、HCl等）生成；
⑶ 所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同；
⑷ 缩聚物结构式要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或板子团（这与加聚物不同，而加聚物的端基不确定，通常用横线“—”表示。

）如：
3.由聚合物的结构简式来推断合成它的单体的结构简式。

第一步：看端基找缩合处：
第二步：断缩合处补端基：
第三步：整理书写成单体：
和HO—CH2CH2—OH
【名师点拨】
⑴ 常用“切割法”
加氢原子得到羧酸和醇。

⑵ 凡是高分子化合物中含有酯基(-COO-)结构的，其合成单体必为二种。

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。

如已知涤纶树脂的结构简式为
其单体为：
⑶ 凡链节为H OH结构的，其单体必为一种，在链节的-NH上加氢原子、羰基上加羟基，所得氨基酸为单体。

如H OH的单体是:
⑷ 凡链节为H OH结构的单体必是两种，可从上断开，在-NH上加氢原子，在羰基上加羟基，得到二胺和二酸即为单体。

如H OH的单体是:
H2N(CH2)nNH2和HOOC(CH2)mCOOH
4.缩聚反应类型
⑴ 由一种单体缩聚:
→
n mol 单体中含—COOH官能团（或—OH）的物质的量为：n mol，而在反应中，有一个端基（—COOH 和—OH）是没有参与反应的，故生成水的物质的量为：（n-1） mol
⑵ 由两种单体缩聚：
n mol
n mol
进行缩聚反应，生成n mol
典例8 2014巴西世界杯的吉祥物——福来哥，其毛绒玩偶外材为纯羊毛线，内充物为无毒的聚酯纤维
()。

下列说法正确的是( )
A．羊毛与聚酯纤维的化学成分相同
B．聚酯纤维和羊毛一定条件下均能水解
C．该聚酯纤维单体为对苯二甲酸和乙醇
D．由单体合成聚酯纤维的反应属加聚反应
【答案】B
【解析】聚酯纤维水解生成对苯二甲酸和乙二醇，羊毛是蛋白质，也能水解。

典例9 在一定条件下，乳酸（）经一步反应能够生成的物质是（）
A．①②④⑤ B．①②③⑦
C．③⑤⑥ D．④⑥⑦
【答案】A
【解析】乳酸分子中含有羟基和羧基，发生消去反应生成①；发生氧化反应生成②；发生酯化反应生成④；发生缩聚反应生成⑤。

四. 加聚反应与缩聚反应特点对比
反应类型加聚缩聚
反应物种类相同或不同单体相同或不同单体
反应物特征含有不饱和键含有特征官能团
生成物特征聚合物与单体具有相同的
组成,主链上一般只有碳原子
聚合物与单体组成有所不同,主链上除
有碳原子外还有其他
产物种类只有聚合物聚合物和小分子典例10请将合成下列高分子材料所用单体的结构简式、反应类型填入相应空格内。

(1)的单体为_，反应类型
为。

(2)绵纶的单体为____，
反应类型为_____。

(3)的单体为____，反应类型为________。

【答案】
(1)加聚反应
(2)缩取反应
(3)缩取反应
【解析】(1)高分子化合物中只有单键，两个碳原子一个单体。

(2)高分子化合物是多肽物质，因此单体是氨基酸。

(3)高分子化合物是高分子酯，单体是二元酸和二元醇。

五. 合成高分子化合物单体的判断方法
1.先判断反应的类型：判断高聚物反应的类型要根据高聚物中键的特点和产物的情况确定。

2.加聚物的单体判断关键是：根据链节中碳碳键的特点分析是单烯烃的加聚还是二烯烃的加聚。

3.缩聚物的单体的判断的关键是键的断的位置以及断键后应该加什么样的基团。

课后练习：
1、下表列出来了一些单体及的结构简式，写出这些单体的聚合产物的结构简式。

单体
单体结构简式聚合物
名称
丙烯CH2=CHCH3
氯乙烯CH2=CHCl
丙烯腈CH2=CHCN
丙烯酸CH2=CHCOOH
醋酸乙烯
CH2=CHCOOCH3
酯
异戊
二烯
【答案】、、、、
、
【解析】单烯烃的加聚是打开双键，放在两边。

2、写出HCHO发生加聚反应生成聚合物的结构简式。

【答案】
【解析】断的是碳氧双键。

3、有机玻璃（聚丙烯酸甲酯）
的结构简式可用下式表示。

设聚合度n为3000。

回答下列问题：
⑴ 指出有机玻璃的单体和链节；
⑵ 求有机玻璃的相对分子质量；
【答案】⑴ CH2=CHCOOCH3 、
⑵ 258000
【解析】⑴ CH2=CHCOOCH3 、
⑵ 链节的式量是86，该有机玻璃的相对分子质量是86×3000=258000
4、写出乙炔发生加聚反应生成聚合物的结构简式。

【答案】
【解析】三键中断一个键。

5、写出的聚合物的单体的结构简式。

【答案】 CH2=（CH3）—CH=CH2
【解析】见双键，找四碳。

6、写出的单体的结构简式。

【答案】CH2=CHCH3、 CH2=CH2
【解析】高分子化合物中都单键的，两个碳原子是一个单体。

7、题工程塑料ABS树脂(结构式如下)合成时用了3种单体ABS：
，这3种单体的结构简式为________，________，________。

【答案】
【解析】根据高聚物分子的链节，可确定ABS树酯属于加聚产物，。