5.1 合成高分子的基本方法-【化学优课PPT】高中化学选择性必修3同步PPT课件（人教版2019）

合成高分子的 基本方法 人教版选择性必修三 化学优课PPT 高分子科学从诞生到现在还不足百年，但完整的高分子材料工业体系已经建立。除了塑料、合成纤维、合成橡胶三大合成材料，现代高分子材料正向功能化、智能化、精细化方向发展，出现了具有光学、电学、生物医学、吸附分离等功能的高分子，与能源、国防、航空航天、电子信息、医疗健康和现代农业等领域的需求密切相关。 高分子的组成和结构特点决定了高分子的性质，是确定高分子合成方法及应用领域的基础，也是我们学习和认识高分子的基本视角。 1.通过氯乙烯加聚反应的断键和成键特点，认识加聚反应的微观本质，构建加聚反应的一般认知思路。 2.了解高分子的单体链节聚合度和平均相对分子质量等基本概念。 3.通过体验己二酸与乙二醇的缩聚反应认识缩聚反应的本质。 学习目标 课 程 导 入 新 课 讲 解 —CH—CH2— n Cl 有机高分子的特点 (1) 相对分子质量很大，一般高达104 ~106。 (2) 由若干个可重复结构单元组成。 高分子与小分子化合物的比较 物质 有机高分子 小分子化合物 相对分 子质量 类别 结构 CH3CH=CH2 [ ] CH CH2 CH3 n 没有明确的数值，只是一个平均值,通常在104以上 具有明确的数值，一般<1000 混合物（分子长短不一） 纯净物 由若干个重复结构单元组成 具有单一结构 合成有机高分子的基本方法 聚合反应 加成聚合反应(简称加聚反应) 缩合聚合反应(简称缩聚反应) 加成聚合反应 聚合度 链节 单体 氯乙烯 催化剂 CH2 CH n Cl n CH2=CH Cl 聚氯乙烯 加成聚合反应 链节：聚合物分子链中可重复的结构单元。如聚氯乙烯中的 — CH2  CH— Cl 单体：生成聚合物的小分子有机化合物称为单体 加成聚合反应 聚合度 链节 单体 氯乙烯 催化剂 CH2 CH n Cl n CH2=CH Cl 聚氯乙烯 加成聚合反应 加聚物：通过加聚反应生成的高分子化合物称为加聚物 聚合度：含有的链节数目称为聚合度n 高聚物的平均相对分子质量=链节的相对质量×聚合度n 加成聚合反应 聚合度 链节 单体 氯乙烯 催化剂 CH2 CH n Cl n CH2=CH Cl 聚氯乙烯 加成聚合反应 由不饱和、相对分子质量小的化合物分子，通过加成的方式相互结合成相对分子质量大的化合物分子，这样的反应叫加成聚合反应，简称加聚反应 概念 (1)单体必须含双键、叁键等不饱和键 例如：烯、 二烯、炔、醛等含不饱和键的化合物 (2)加聚反应只发生在不饱和键上 (3)没有小分子物质生成，原子利用率为100% (4)聚合物的平均相对分子质量为单体的相对分子质量的整数倍 (5)高聚物链节的化学组成与单体相同 加聚反应的特点 加成聚合反应 聚乙烯的单体为 CH2 = CH2 如聚乙烯的链节为 —CH2 – CH2— “断开双键，键分两端，添上括号，右下写n”。 n CH2=CH2 催化剂 —CH2—CH2 — n “单变双，双变单，破两头，移中间，添上括号，右下写n”。 n CH2 = CH－CH= CH2 － CH2－CH= CH－CH2 － n 催化剂 常见的加聚反应类型 ①一种单体加聚 ②共轭二烯烃加聚 加成聚合反应 “单变双，双变单，破两头，移中间，添上括号，右下写n”。 催化剂 常见的加聚反应类型 ③两种及以上单体加聚 加成聚合反应 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 加聚产物单体的推断 CH2 C n COOCH3 CH3 单体 加成聚合反应 CH2 C COOCH3 CH3 ②凡链节主链上只有四个碳原子(无其他原子)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 CH2==CH2 单体 n CH2 CH2 CH3 CH CH2 CH3—CH==CH2 加成聚合反应 加聚产物单体的推断 CH2 CH n CH CH2 CH CH2 CH2==CH—CH==CH2 CH CH2 单体 加成聚合反应 加聚产物单体的推断 ③凡链节主链中只有碳原子，并存在碳碳双键结构的聚合物，双键前后各两个碳原子划线断开，形成间二烯烃结构，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 ④如果链节主链上只有两个碳原子，且链节中含有碳碳双键，则该高聚物由含有碳碳三键的化合物加聚而成 CH CH n 单体 CH CH 加成聚合反应 加聚产物单体的推断 ⑤如果链节主链上有多个碳原子(>2)，且其中含有碳碳双键，采用“凡双键，四个碳”的断键方式，若链节主链两边只剩下一个碳原子，无法构成含双键的单体时，则考虑可能是含有碳碳三键的化合物参与加聚反应生成的。 CH2 CH n CH CH2 CH CH2 单体 CH CH CH2 CH2 CH CH2 加成聚合反应 加聚产物单体的推断 缩合聚合反应 0 单体 单体 链节 端基 原子团 聚合度 副产物 (2n－1)H2O CH2 O H CH2 O H C O OH C OH O 催化剂 n OCH2CH2O H C O HO C O n n 单体分子间通过缩合反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应—缩聚反应。 概念 缩合聚合反应 缩聚反应的特点 ①单体含有两个及以上的官能团（如-OH、-COOH、-NH2、-X） ③断键规律：羧基脱-OH、羟基（氨基）脱-H ③产物有高聚物，同时还有小分子（副产物） ④高聚物链节的化学组成与单体不同 ⑤高聚物的相对分子质量比单体的n倍略小 ⑥线性分子 ⑦多为可逆反应，为提高产率，及时移除小分子副产物 缩合聚合反应 ①书写高聚物结构简式时要分清是加聚物还是缩聚物，加聚物不写端基，而缩聚物要写出端基原子或原子团。如： 聚反应的化学方程式书写 —CH—CH2— n Cl 端基原子 端基原子团 H－O－CH－C－OH O CH3 n ↑ ↑ 缩合聚合反应 ②书写缩聚反应的化学方程式时，要注意小分子的化学计量数。 经验规律如下： 聚反应的化学方程式书写 仅由一种单体发生缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n-1) mol； 若由两种单体发生缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n-1) mol。 特例：苯酚和甲醛合成酚醛树脂，两种单体发生缩聚反应生成小分子的物质的量为(n-1) mol。 缩合聚合反应 常见的缩聚反应 羟基酸缩聚 HOCH2COOH的缩聚 n HO CH2 OH C O 催化剂 n H OCH2 OH C O (n－1)H2O (利用酯化反应) HOOC(CH2)5OH的缩聚 n HOOC(CH2)5OH 催化剂 (n－1)H2O n HO H C O (CH2)5O 缩合聚合反应 常见的缩聚反应 醇与酸缩聚 (利用酯化反应) 乙二酸与乙二醇的缩聚 (2n－1)H2O CH2 O H CH2 O H C O OH C OH O 催化剂 n OCH2CH2O H C O OH C O n n 缩合聚合反应 常见的缩聚反应 醇与酸缩聚 (利用酯化反应) 己二酸与乙二醇的缩聚 n HOOC(CH2)4COOH＋n HO(CH2)2OH 催化剂 (2n－1)H2O n O(CH2)2O H HO C O (CH2)4 C O 缩合聚合反应 常见的缩聚反应 氨基酸的缩聚 氨基乙酸的缩聚 (利用成肽反应) n H2NCH2COOH 催化剂 (n－1)H2O n NHCH2 H OH C O n H2NCH2COOH n CH3CHCOOH NH2 催化剂 n NHCH2 H OH C O NHCH CH3 C O (2n－1)H2O 缩合聚合反应 胺与酸的缩聚 (利用成肽反应) 己二胺与己二酸的缩聚 nH2NCH2(CH2)4CH2NH2＋nHOOC(CH2)4COOH 催化剂 (2n－1)H2O n NHCH2 H OH C O (CH2)4 C O (CH2)4 CH2NH 常见的缩聚反应 缩合聚合反应 缩聚产物单体的推断方法 补上–H 补上–OH 单体 单体 HOCH2CH2OH 切割法 H—O‒CH2CH2O‒C‒ O O ‒C— OH —C–O— O 缩合聚合反应 缩聚产物单体的推断 ①若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛 单体 HCHO OH CH2 H OH OH n 缩合聚合反应 缩聚产物单体的推断 O H C O OH ②酯类高聚物中含有 ，其单体有两种 C O O n HO O C O (CH2)6 C O H (CH2)4 O O H (CH2)4 O H 缩合聚合反应 缩聚产物单体的推断 H H N OH C O ③酰胺类高聚物中含有 ，其单体有两种 C O H N n H N H CH2 C O CH2 OH N H CH2 C O H N H CH2 C O OH CH2 OH N H H CH2 C O 缩合聚合反应 缩聚产物单体的推断 n H N H OH C O R ④ 结构为 的高聚物 其合成单体必为一种，将括号和聚合度去掉，即得高聚物的单体 n H N H OH C O CH3 CH 单体 H N H OH C O CH3 CH 缩合聚合反应 加聚反应和缩聚反应的比较 反应类型 加聚反应 缩聚反应 单体结构 含有双键、三键等不饱和键 (如烯烃、二烯烃、炔烃等) 单体含有两个或两个以上官能团 (如-OH、-COOH、-NH2、-X等) 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 产物种类 只生成高聚物 高聚物和小分子(如H2O、NH3、HCl等) 组成 高聚物链节和单体的组成相同 高聚物链节和单体的组成不相同 反应类型 加聚反应 缩聚反应 书写 加聚物的端基不确定,通常用横线“—”表示 一般要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团 相对分 子质量 高聚物相对分子质量为单体或链节的n倍 高聚物相对分子质量一定小于单体相对分子质量的n倍 反应种类 单烯加聚,双烯加聚 酚醛类、酯类、肽键类 缩合聚合反应 加聚反应和缩聚反应的比较 科学史话 德 国 化 学 家 施 陶 丁 格（H. Staudinger，1881—1965）早年曾在瑞士任教，1926年到德国弗赖堡大学任教，从事有机化学研究直至退休。在20世纪初期，多数学者认为树脂、橡胶等在溶液中是以小分子缔合形成的胶束形式存在。而以施陶丁格为代表的少数学者认为这些物质本身是由许多原子构成的大分子，这些大分子的溶液具有胶体性质，它与小分子缔合得到的胶体是不同的。 1922 年，施陶丁格发表论文，提出了“聚合反应是大量小分子以化学键相 互结合形成大分子的过程”假说指出聚乙烯和天然 橡胶等聚合物都是由众多小分子单体通过共价键连 接形成的链状分子，为建立高分子科学奠定了基础。 1953 年，施陶丁格获得了诺贝尔化学奖以表彰他为 建立高分子科学作出的贡献 课堂练习 1.下列说法正确的是( ) A.油脂是高级脂肪酸甘油三酯，其相对分子质量较大，所以是有机高分子 B.聚乙烯是由乙烯经加聚反应合成的，所以聚乙烯和乙烯的化学性质相同 C.聚乙烯是由乙烯经加聚反应合成的，但是聚乙烯的基本结构和乙烯的结构不同 D.一块无色透明的塑料的成分是聚乙烯，所以是纯净物，有固定的相对分子质量 解析 油脂的相对分子质量只有几百，而有机高分子的相对分子质量通常在104以上，所以油脂不是有机高分子，A错误； 乙烯在发生加聚反应时，碳碳双键打开，所以聚乙烯中没有碳碳双键，因此二者结构和化学性质都不相同，B错误、C正确； 塑料的组成成分是聚乙烯，但是合成聚乙烯所用的乙烯分子的数目不同，聚合度不同，所以塑料不是纯净物，而是混合物，D错误。 C 课堂练习 2.某高分子的部分结构如右： 下列说法不正确的是( ) A.聚合物的链节是 B.聚合物的分子式为(C2H2Cl2)n C.聚合物的单体是CHCl==CHCl D.若n为聚合度，则该聚合物的平均相对分子质量为97n 解析 因碳碳单键可以旋转，则可判断题给聚合物的重复结构单元(即链节) 为 ，该聚合物的结构简式为 ，分子式为(C2H2Cl2)n， 平均相对分子质量为97n，聚合物的单体是CHCl==CHCl。 A 课堂练习 3.下列单体能在一定条件下发生加聚反应生成 的是( ) A.丙烯 B.2-甲基-1,3-丁二烯 C.乙烯和丙烯 D.2-甲基-2-丁烯 B 解析 根据链节上的碳原子数目和键的类型可判断其单体是二烯烃 。 课堂练习 解析 加聚反应仅与小分子中的不饱和碳原子有关，原不饱和碳原子上的原子或原子团在高分子中作支链。 4.以乙烯和丙烯的混合物为单体，发生加聚反应，不可能得到的是( ) C. D. B 课堂练习 5.某聚合物可表示为 ，下 列有关叙述不正确的是( ) A.该聚合物是通过加聚反应生成的 B.合成该聚合物的单体有3种 C.1 mol该聚合物能与1 mol H2发生加成反应，生成不含 的物质 D.该聚合物能被酸性KMnO4溶液氧化 解析 合成该聚合物的单体有 、CH3—CH==CH2、CH2==CH2 3种，它们通过加聚反应生成该聚合物，A、B项正确； 1 mol该聚合物分子中含n mol碳碳双键，能与n mol H2发生加成反应，C项错误； 该聚合物中含有碳碳双键，能被酸性KMnO4溶液氧化，D项正确。 C 课堂练习 6.PHB塑料是一种可在微生物作用下降解的环保型塑料，其结构简式 为 ，下列有关PHB说法不正确的是( ) A.PHB通过加聚反应制得 B.PHB的单体是 C.PHB在微生物作用下的降解产物可能有CO2和H2O D.PHB是一种聚酯 解析 PHB通过缩聚反应制得，A项错误； PHB的单体是 ，B项正确； PHB水解得到 ， 在微生物作用下的降解产物可能有CO2和H2O，C项正确； PHB是 发生缩聚反应产生的物质，是一种聚酯，D项正确。 A 课堂练习 7.下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是( ) A. C. D. 解析 A项是由CH2==CH2和CH2==CHCN通过加聚反应制得的； B项是由CH2==CH—CH==CH2通过加聚反应制得的； C项是由CH2==CH—CH==CH2和CH2==CHC6H5通过加聚反应制得的； 只有D项中含有官能团 ，故D项是由两种不同的单体通过缩聚反应生成的。 D 课堂练习 8.下列合成高分子材料的化学方程式和反应类型都正确的是( ) 　加聚反应 解析 A项，含有碳碳双键的有机物分子在发生加聚反应时，碳碳双键中的1个键断开，双键碳原子相互连接形成高分子，得到产物 ，错误； B项，在生成聚合物的同时还有小分子生成，说明发生的是缩聚反应，错误； D项，甲醛( )中的碳氧双键发生的是加聚反应，错误。 C 课堂练习 9.聚碳酸酯M( )的透光率良好。它可制 作车、船、飞机的挡风玻璃，以及眼镜片、光盘、唱片等。它可用绿色化学 原料X( )与另一种原料Y在一定条件下反应制得，同时生成甲醇。下列说法不正确的是( ) A.X、Y生成聚碳酸酯发生的是缩聚反应 B.X、Y反应过程中，X中的—CH3与Y中的—OH的结合得到甲醇 C.Y的分子式为C15H16O2 D.Y的核磁共振氢谱有4组吸收峰 解析 由聚碳酸酯的结构简式可知其单体Y的结构简式为 。 A对，X、Y生成聚碳酸酯的同时生成甲醇，该反应为缩聚反应； B错，由X中的—OCH3与Y中的—H结合生成甲醇； C、D对，由结构简式知，Y的分子式为C15H16O2，分子中共含4种不同化学环境的氢原子，则其核磁共振氢谱有4组吸收峰。 B 课堂练习 10.丙烯和乙烯都是重要的化工原料。由丙烯经过下列反应可得到F、G两种高分子，它们都是常用的 塑料。 (1)丙烯生成A和F的化学方程式分别为 _________________________________ ________________________________。 CH3CH==CH2＋Br2―→ 课堂练习 简式为_______________。 (2)D生成E的反应是原子利用率100%的反应，且D不能使溴的四氯化碳溶液褪色，则D的结构 课堂练习 (3)一定条件下，两分子E之间脱去一分子水生成一种具有芳香气味的物质。请写出反应的 化学方程式：_______________ _______________________________________。 (4)下列说法不正确的是____(填字母)。 A.丙烯没有同分异构体 B.聚丙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C.1 mol E与足量金属钠反应可以生成22.4 L氢气 (标准状况) D.高分子G属于酯类 AB 课堂练习 课堂总结 加聚反应 单体的结构特点 加聚反应方程式的书写 缩聚反应 缩聚反应单体的结构特点 缩聚反应方程式的书写 谢 谢 THANK YOU Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 A.CH2—CH2 B.CH2—CH2—CH2—CH2—CH2 B.CH2CH==CHCH2 B. ＋nHOCH2CH2OH C.nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3 D.nHCHO―→CH2—O　缩聚反应 A.nCH2==CH—CNCH2—CH—CN　加聚反应  nCH3CH==CH2 $$null