5.1.1合成高分子的基本方法 导学案 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

黎平县第七中学校本教辅导练学案 人教版高中化学选择性必修三 有机化学基础 5.1 第1课时 合成高分子的基本方法 【学习目标】 1．了解聚合物的组成与结构特点，认识单体和链节及其与聚合物结构的关系。 2． 了解合成高分子的两种基本方法—加聚反应和缩聚反应的原理及反应特点。 【自主预习】 知识点一：有机高分子化合物 1．概念:有机高分子化合物是由许多低分子化合物以共价键结合成的，相对分子质量很大(通常在104以上)的一类化合物。 2．与有机高分子化合物相关的概念 概念 定义 示例 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 链节 高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位 聚合度 高分子链中含有链节的数目，通常用n表示 聚合物 由单体聚合形成的相对分子质量较大的化合物 【归纳总结】 (1)高分子的合成是利用有机物相互反应的性能，得到相对分子质量较大的高分子的过程。 (2)聚合反应得到的是分子长短不一的混合物，所以有机高分子没有固定的熔、沸点。 (3)因为聚合物是混合物，所以没有固定的相对分子质量。聚合物的平均相对分子质量=链节的相对式量×聚合度(n)。 3．高分子有机化合物与低分子有机物的区别 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) 1000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 性质 在物理、化学性质上有较大差异 联系 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，也称为聚合物或高聚物（高分子聚合物），高聚物包含加聚物和缩聚物。 4．有机高分子化合物的分类 (1)按来源分：天然高分子、合成高分子。 (2)按结构分：线型高分子、体型高分子、支链型高分子。 (3)按性质分：热塑性高分子、热固性高分子。 (4)按用途分：塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、黏合剂等 知识点二：合成高分子化合物的两种基本反应 1．加成聚合反应 (1)概念：由含有不饱和键的化合物分子以加成反应的形式结合成高分子化合物的反应，简称加聚反应，得到的高分子产物称为加聚物。 (2)加聚反应聚合物的书写方法，常见类型有： ①单烯自聚型：“断开双键，键分两端，添上括号，右下写n” 合成聚乙烯：n CH2＝CH2CH2－CH2n 合成聚氯乙烯：n CH2＝CH－ClCH2－n 合成聚丙烯腈：nCH2＝CH－CNCH2－n ②二烯自聚型：“单变双，双变单，破两头，移中间，添上括号，右下写n” 合成1,3－丁二烯：。 合成天然橡胶：nCH2＝CH－CH2CH2－CH－CH2n 合成氯丁橡胶：nCH2＝－CH＝CH2CH2－CH－CH2n ③多单烯共聚型：“双键打开，中间相连，添上括号，右下写n” nCH2＝CH2 + nCH3－CH＝CH2CH2－CH2－CH2n n CH2＝CHCl + nCH＝CH2CH2－－CH2n nCF3－CF＝CF2 + nCF2＝CF2CF2－CF2－CF2n ④单烯二烯烃共聚型：“双键打开，中间相连，单键变双键，添上括号，右下写n” n CH2＝CH－CH2 + nCH2＝CH2CH2－CH－CH2－CH2－CH2n n CH2＝CH－CH＝CH2 + n CH2＝CHCHOCH2－CH＝CH－CH2－CH2－n ⑤单炔烃自聚型：“叁键打开，变成双键，中间相连，添上括号，右下写n” nCH≡CHCH＝CHn n CH3C≡CCH3n （3）加聚物单体的判断方法——“单双键互换法” 一是首先去掉加聚物两端的“”、“”。 二是将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键，碳碳双键改为碳碳单键。 三是从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键，把碳原子的价键超过4价的碳原子找出来。用“△”符号标示出来。 四是去掉不符合4价的碳原子间的价键（一般为双键）进行分离，即得合成该加聚物的单体。 聚合物 单体名称 单体结构简式 丙烯酸 CH2=CHCOOH 乙酸乙烯酯 CH3COOCH=CH2 1，3—丁二烯 CH2=CH—CH=CH2 1，3—丁二烯和 苯乙烯 CH2==CH—CH==CH2和 1，1­二氟乙烯和全氟丙烯 CH2=CF2和CF2=CF—CF3 【归纳总结】某些环状化合物开环后可以相互结合，生成聚合物，如环氧乙烷的开环聚合 该反应也属于加聚反应。 2．缩合聚合反应 (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，简称缩聚反应，得到的高分子产物称为缩聚物。 (2)缩聚反应聚合物的书写方法： 书写缩聚物的结构简式时，要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。 。书写缩聚反应的方程式时，单体的物质的量与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的物质的量。一般由一种单体进行的缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n－1)；由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n－1)。 常见类型有： ①羟基酸缩聚 HOCH2COOH的缩聚：。 HOOC(CH2)5OH的缩聚：。 ②二元醇与二元酸缩聚 乙二酸与乙二醇的缩聚： 。 己二酸与乙二醇的缩聚： 。 ③氨基酸缩聚： ④二元酸与二胺缩聚： nHOOC—COOH+nH2N—CH2CH2—NH2 ( 催化剂 )+(2n-1)H2O ⑤苯酚与甲醛的缩聚(酚醛树脂)： （3）缩聚物单体的判断方法 第一步：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。如： 第二步：断开分子中的肽键或酯基： 第三步：在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： 和。 聚合物 单体结构简式 H2N—R—COOH HO—R—COOH HOOC—COOH和HOCH2CH2OH HOCH2CH2OH HOOC(CH2)4COOH和H2NCH2(CH2)4CH2NH2 和HOCH2CH2OH HOOC(CH2)4COOH和NH2—(CH2)6NH2 （4）缩聚物单体判断规律 1.若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛。 2.链节中含有、其单体必为一种。 3.链节中含有酯基，单体一般为酸和醇。将断开，去掉中括号和n,左边加羟基，右边加氢即可。 4.链节中含有，单体为氨基酸。将断开，去掉中括号和n, 左边加羟基，右边加氢即可。 3. 加聚反应和缩聚反应的比较 加聚反应 缩聚反应 单体结构 单体必须是含有双键等不饱和键的化合物（如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等） 单体为含有两个或两个以上的官能团（如－OH、－COOH、－NH2、－X等）的化合物 反应机理 反应发生在不饱和键上 反应发生在官能团之间 聚合方式 通过不饱和键上的加成连接 通过缩合脱去小分子而连接 反应特点 只生成高聚物，没有副产物产生，原子利用率为100% 生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成（如H2O、NH3、HCl），一般的缩聚反应多为可逆反应，为提高产率，并得到具有较高聚合度的缩聚物，需要及时移除反应产生的小分子副产物。 聚合物组成 所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成相同 所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同 产物 只产生高聚物 高聚物和小分子 【我的笔记】 【能力检测】 题组A 基础训练 1．下列材料中不属于有机高分子化合物的是(　　) A B C D 外墙保温板 光导纤维 宇航服 尿不湿 酚醛树脂 二氧化硅 聚酯纤维 聚丙烯酸钠 【答案】B 【解析】酚醛树脂、聚酯纤维、聚丙烯酸钠属于高分子化合物，故A、C、D不符合题意；二氧化硅为无机物，不属于高分子化合物，故B符合题意。 2．人类健康水平和生活质量的提高做出了巨大贡献。下列各组物质全部为合成高分子材料的是(　　) A．聚乙烯　酚醛树脂　　　 B．麦芽糖　胰岛素 C．淀粉　聚异戊二烯 D．纤维素　涤纶 【答案】A 【解析】合成高分子材料主要包括塑料、合成纤维、合成橡胶等，据此可以判断。乙烯发生加聚反应生成聚乙烯，苯酚和甲醛发生缩聚反应生成酚醛树脂，二者均属于合成高分子材料，A项正确；麦芽糖是二糖，不是高分子化合物，胰岛素不是合成高分子材料，B项不正确；淀粉是天然高分子化合物，聚异戊二烯是合成高分子材料，C项不正确；纤维素是天然高分子化合物，涤纶是合成高分子材料，D项不正确。 3．下列关于有机高分子化合物的说法不正确的是(　　) A．有机高分子化合物称为聚合物，是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应制得的 B．有机高分子化合物的相对分子质量很大，但其结构是若干链节的重复 C．对于一种高分子材料，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】A.有机高分子化合物分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类，.小分子反应物也就是单体通过聚合反应得到高分子化合物，因此有机高分子化合物称为聚合物，A正确；B.单体的分子之间通过加聚反应或缩聚反应得到有机高分子化合物，官能团的性质决定了高分子化合物的结构是若干链节的重复，B正确；C. 对于高分子化合物来说，它们的结构均是由若干个链节组成的，但聚合度n不是确定值，通常其相对分子质量是一个大致范围，C错误；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，天然高分子化合物如蛋白质、淀粉、纤维素等，而聚乙烯、聚氯乙烯等属于合成高分子材料，D正确；答案选C。 4．天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，其结构简式为，下列说法正确的是（ ） A．单体是CH3CH=CH2和CH2=CH2 B．其链节为 C．聚异戊二烯、聚乙烯都不能使溴水褪色 D．聚异戊二烯存在顺反异构 【答案】D 【解析】根据聚异戊二烯的结构简式，可知其单体为，链节为中括号里的重复单元：。A．根据分析，单体是，A错误；B．根据分析，其链节为，B错误；C．聚异戊二烯中含双键，能使溴水褪色，聚乙烯不含双键，不能使溴水褪色，C错误；D．当有机化合物分子中含有碳碳双键且与每个双键碳原子所连的另外两个原子或原子团不同时，就存在顺反异构现象，聚异戊二烯中每个双键碳上连接的原子或原子团都不相同，故存在顺反异构，D正确；故选D。 5．下列高聚物必须由两种单体加聚而成的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．该项中的高聚物是由一种单体(CH2=CHCH3)加聚而成的，不符题意；B．该项中的高聚物也是由一种单体()加聚而成的，不符题意；C．该项中的高聚物由两种单体(CH2=CHCH3和CH2=CH—CH=CH2)加聚而成，符合题意；D．该项中的高聚物不是加聚反应生成的，不符题意；综上，本题选C。 6．丁腈橡胶(如图)具有优良的耐油、耐高温性能，合成丁腈橡胶的原料是（ ） ①CH2=CH-CH=CH2 ②CH3-C≡C-CH3 ③CH2=CH-CN ④CH3-CH=CH-CN ⑤CH3-CH=CH2 ⑥CH3-CH=CH-CH3 A．③⑥ B．②③ C．①③ D．④⑤ 【答案】C 【解析】从红线位置断开得到两个链节原料，然后单键变双键，可得：①CH2=CH-CH=CH2、③CH2=CH-CN，故选：C。 7．已知某有机物的结构如下图所示，下列分析正确的是（ ） A．1 mol该有机物中含有1 mol碳溴键 B．该有机物能发生加成、取代、消去反应 C．1 mol该有机物的单体最多可消耗2mol NaOH D．该有机物分子中不存在手性碳原子 【答案】C 【解析】A．1 mol该有机物中含有n mol碳溴键，A错误；B．该有机物含有苯环，可与氢气发生加成反应，含碳溴键，可与NaOH水溶液发生取代反应，不能发生消去反应，B错误；C．1 mol该有机物的单体含1mol碳溴键，与1molNaOH溶液发生水解反应得到酚羟基，具有弱酸性，再消耗1molNaOH溶液，则1 mol该有机物的单体最多可消耗2mol NaOH，C正确；D．连接4个不同的原子或原子团的碳原子为手性碳原子，根据图知，与苯环相连的碳原子是手性碳原子，故D错误；故选：C。 8．下列关于有机物说法正确的是（ ） A．丙烯(CH2=CH—CH3)分子中所有原子共平面 B．苯乙烯()的加聚产物为 C．苯在FeBr3的催化作用下与溴水发生取代反应 D．乙炔和聚乙炔都能使酸性高锰酸钾溶液褪色 【答案】D 【解析】A．丙烯(CH2=CH—CH3)分子中含有甲基，所有原子不可能都共平面，故A错误；B．苯乙烯()的加聚产物为，故B错误；C．苯在FeBr3的催化作用下与液溴发生取代反应，故C错误；D．乙炔、聚乙炔均含不饱和键，均能被高锰酸钾氧化，使其褪色，故D正确；故选D。 9．EPR是一种对氧化剂具有较好抗耐性的合成材料，应用极为广泛，其结构简式可以表示，合成EPR所用的单体为（ ） A． B． C．和 D．和 【答案】C 【解析】此聚合物链节中无双键，则两个碳原子为一组，取链节断开中间的单键后加双键即得高聚物的单体，故C项正确。 10．丁苯橡胶是重要的石油化工产品，其化学组成为，其单体一定有（ ） A．1，3-丁二烯 B．丁炔 C．乙苯 D．乙烯 【答案】A 【解析】的单体为：和，故选A。 11． 某高分子化合物的结构如下所示，可用于合成该聚合物的单体是（ ） ①甘氨酸；②丙氨酸；③苯丙氨酸；④谷氨酸 A．①② B．③④ C．②③ D．①③ 【答案】D 【解析】分子中有酰胺基，则该高分子化合物水解即可得到α－氨基乙酸（即甘氨酸）和苯丙氨酸，因此①、③正确。 12．多肽—多肽缀合物和多肽—药物缀合物的合成方法在有机合成中有广泛应用。下列叙述错误的是（ ） 已知：氨基、巯基()都具有还原性；甲和丁都属于高分子化合物。 A．甲、乙、丁都能使酸性KMnO4溶液褪色 B．上述反应属于加聚反应 C．丙中只有一种官能团 D．丁能发生酯化、加成反应 【答案】B 【解析】A．甲中含有氨基，具有还原性，可以使酸性KMnO4溶液褪色，乙中含有巯基()、羟基，具有还原性，可以使酸性KMnO4溶液褪色，丁中含有羟基，具有还原性，可以使酸性KMnO4溶液褪色，A正确；B．该反应中反应物甲为高分子化合物，且有水生成，故不属于加聚反应，属于取代反应，B错误；C．丙中只含有醛基官能团，C正确；D．丁结构中含有羟基能发生酯化反应、含有碳碳双键能发生加成反应，D正确；答案选B。 13．“复兴号”动车组行李架使用的“轻芯钢”材料其主要成分是以酚醛树脂为原料的深加工产品，已知酚醛树脂可由如下反应制备： 下列有关酚醛树脂的说法错误的是（ ） A．易水解 B．单体为苯酚和甲醛 C．该反应类型为缩聚反应 D．碳原子的杂化方式为、 【答案】A 【解析】A．酚醛树脂分子中不含酯基等易水解的基团，不易水解，A错误；B．由图可知，反应的单体为苯酚和甲醛，B正确；C．该聚合反应中生成了高分子化合物的同时得到小分子物质，为缩聚反应，C正确；D．苯环碳为sp2杂化、-CH2-中碳为sp3杂化，D正确；故选A。 14．有机物K是一种合成纤维，具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀等优良性能。K的合成路线中有如下反应。下列说法错误的是（ ） A．F中碳原子的杂化方式为SP2 B．该反应为缩聚反应 C．K是高分子化合物，也是纯净物 D．1mol J最多能与46g Na反应 【答案】C 【解析】A．F中碳原子为羧基碳原子，采取SP2杂化，A正确；B．该反应为羧酸和醇之间的缩聚反应，B正确；C．K是高分子化合物，但高分子化合物都是混合物，C错误；D．分子中含有2个羟基，1mol J最多能与2mol即46g Na反应，D正确；故答案选C。 15. 仿瓷餐具质轻美观，不易破碎，其主要成分蜜胺树脂是由三聚氰胺与甲醛在一定条件下缩聚得到的聚合物。 下列说法错误的是 A. 蜜胺树脂中所有原子一定不在同一平面 B. 上式中X=（2n-1) C. 1mol甲醛与足量银氨溶液反应，生成 D. 蜜胺树脂中碳原子的杂化轨道类型有、 【答案】B 【解析】 【详解】A．蜜胺树脂中氨基中的N原子采取sp3杂化，故N原子与其直接相连的3个原子一定不共平面，故所有原子一定不在同一平面，故A正确； B．三聚氰胺与甲醛先发生加成反应生成蜜胺树脂单体， ，蜜胺树脂单体再发生缩聚反应生成蜜胺树脂，故上式中，故B错误； C．甲醛相当于有两个醛基，1mol甲醛发生银镜反应最多生成4mol Ag，故C正确； D．蜜胺树脂中碳原子有形成双键的碳原子和饱和碳原子，故其杂化轨道类型有、，故D正确； 故选B。 16．有机化学学习应重视有机物结构分析和官能团的转化，回答下列问题： (1)合成橡胶是由两种单体共聚而成，这两种单体结构简式分别为 、 。 (2)阿司匹林可治疗感冒、发热，还能抑制血小板聚集等，其制备的一种途径如下： 生成物A的结构简式为 ，1mol阿司匹林最多能与 molNaOH发生反应。 (3)聚碳酸酯的透光率良好，常用于制作风支璃眼镜镜片等，它是由碳酸二甲酯与二酚类物质A缩合聚合而成。碳酸二甲酯的结构简式为 ，A的结构简式为 。 (4)某有机化合物A对氢气的相对密度为29，5.8gA完全燃烧只生成CO2和H2O，生成CO2在标准状况下的体积为4.48L，则A的分子式为 。A能发生银镜反应，则A与足量银氨溶液充分反应后所得有机产物的结构简式为 。 【答案】(1)CH2=CH-CH=CH2 CH2=CHCN (2)CH3COOH 3 (3) (4)C2H2O2 NH4OOCCOONH4 【解析】（1）合成橡胶的两种单体的结构简式分别为：CH2=CH-CH=CH2、CH2=CHCN； （2）根据原子守恒，A的结构简式为CH3COOH；1mol阿司匹林含1mol羧基和1mol酚酯基，最多消耗3molNaOH； （3）碳酸二甲酯的结构简式为：；A为二酚类物质，结构简式为：；（4）有机化合物A对氢气的相对密度为29，其摩尔质量为58g/mol，5.8gA的物质的量为0.1mol，完全燃烧生成CO2的物质的量为0.2mol，根据碳元素守恒，该分子中含2个碳原子，A能发生银镜反应说明含醛基，摩尔质量为58g/mol，为OHCCHO，分子式为C2H2O2；A与足量银氨溶液充分反应后所得有机产物为乙二酸铵，结构简式为：NH4OOCCOONH4。 ( 第 2 页 共 4 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$