3.3.1 高分子化合物及其合成-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第3节　合成高分子化合物 第1课时　高分子化合物及其合成 [核心素养发展目标]　1.了解高聚物、单体、链节、聚合度的概念，知道高分子化合物的分类。2.能对高分子化合物和单体进行相互推断。3.能根据单体的官能团差异理解加聚反应和缩聚反应的原理，并能正确书写加聚反应、缩聚反应的化学方程式。 一、高分子化合物概述 1．高分子化合物的概念 (1)一般是指由成千上万个原子以共价键连接形成的、相对分子质量很大(104～106甚至更大)的化合物(简称高分子)，又称大分子化合物(简称大分子)。 (2)由于高分子多是由小分子通过聚合反应生成的，也称为高聚物，常称为聚合物。 2．高分子化合物的结构 (1)单体：能用来合成高分子化合物的小分子化合物。 (2)链节：化学组成和结构均可以重复的最小单位称为重复结构单元。 (3)结构特点：由若干个重复结构单元组成，如CH2—CH2。 (4)聚合度：在一个高分子化合物中，结构单元的总数表示形成该高分子化合物时反应掉的单体数。 (5)实例 3．高分子化合物的分类 (1)蚕丝属于天然高分子材料(　　) (2)线型高分子的长链上可以带支链(　　) (3)有机高分子化合物中，n是一个整数值，因而有机高分子化合物是纯净物(　　) (4)在高分子化合物中聚合度就是链节数(　　) 答案 　(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 1．聚丙烯的单体的结构简式为__________，链节为________；聚合度为________，聚合物的平均相对分子质量为________。 答案　CH3—CH==CH2　　n　42n 解析　聚丙烯由丙烯聚合而成，所以其单体的结构简式为CH3—CH==CH2，其平均相对分子质量为42n。 2．工程塑料ABS合成的化学方程式如下： CHnCH2CH==CH2＋nCH2==CH－CN＋nCH2== (1)合成它用了三种单体，这三种单体的结构简式分别是_____________、________________、______________________。 答案　CH2==CH—CN　CH2==CH—CH==CH2　 (2)链节是__________________________________________________________。 答案　 (3)链节数为________，聚合度为________。 答案　n　3n 二、高分子化合物的合成——聚合反应 1．加成聚合反应 (1)概念：单体通过加成的方式生成高分子化合物的聚合反应，简称加聚反应。 (2)特点：没有小分子化合物产生。 (3)实例 ①单烯自聚型 ， 。 ②二烯自聚型 nCH2==CH—CH==CH2CH2—CH==CH—CH2。 ③乙炔加聚 nCH≡CHCH==CH。 ④共聚型 nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3 (或)。 2．缩合聚合反应 (1)概念：由单体通过分子间的相互缩合而生成高分子化合物的聚合反应，简称缩聚反应。 (2)特点：有小分子化合物(如水)产生。 (3)常见的缩聚反应类型 ①羟基酸缩聚 。 ②醇酸缩聚 nHOCH2CH2OH＋＋(2n－1)H2O。 ③氨基酸缩聚 ＋(2n－1)H2O。 ④胺酸缩聚 nH2N(CH2)6NH2＋nHOOC(CH2)4COOH。 ⑤酚醛缩聚 ＋nHCHO ＋(n－1)H2O。 3．单体的推断方法 (1)加聚产物单体的推断 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(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。 如的单体是CH2==CH2和CH3—CH==CH2。 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，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CH2==CH—CH==CH2和。 ④若给出较长的结构片段，则应首先找出重复的链节，再加以判断，但应注意重复的链节有时不止一种形式，可去掉一端的一个碳原子(可能属于前一个链节)后再考虑。 (2)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。如的单体是和HCHO。 ②若链节中含有以下结构，HO—ROH、、，其单体必为一种，方法是去中括号和n即为单体。如HO—CH2CH2OH的单体为HO—CH2CH2—OH，的单体为。 ③若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中C—O单键断开，去掉中括号和n，左边的加羟基，右边的加氢即为单体。如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。 ④若链节中含有部分，则单体一般为氨基酸，将中C—N单键断开，去掉中括号和n，左边的加羟基，右边的加氢即为单体。如的单体为H2NCH2COOH和。 (1)有机高分子化合物都是由小分子通过加聚反应合成的(　　) (2)加聚反应和缩聚反应都可以由一种或几种单体发生反应生成聚合物(　　) (3)缩聚反应生成高分子化合物的同时，还有H2O等小分子物质生成(　　) (4)将缩聚高分子化合物的中括号去掉，即得到单体(　　) (5)缩聚反应聚合物的链节和单体的化学组成不相同(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√ 1．完成下列有机物在一定条件下发生聚合反应的化学方程式。 (1)ClCH==CH2：_______________________________________________________。 (2)：_______________________________________________。 (3)间苯二甲酸()和间苯二胺()的缩聚：________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)nClCH==CH2 (2) (3)＋(2n－1)H2O 2．请将合成下列高分子材料所用的单体、反应类型填入相应横线上。 (1)聚氯乙烯()的单体为____________，反应类型为________。 (2)的单体为____________，反应类型为________。 (3)丁苯吡橡胶() 的单体为________、________、________，反应类型为________。 (4)天然橡胶()的单体为________________，反应类型为________。 (5)锦纶()的单体为________________，反应类型为________。 (6)涤纶()的单体为______________，反应类型为__________，制备涤纶的化学方程式为________________________________________。 答案　(1)CH2==CH—Cl　加聚反应 (2)CH2==CH—CH3、　加聚反应 (3)CH2==CH—CH==CH2　　　加聚反应 (4)　加聚反应 (5)H2N(CH2)5COOH　缩聚反应 (6)、HOCH2CH2OH　缩聚反应 ＋nHOCH2CH2OH＋(2n－1)H2O 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 通过在不饱和键上的加成而连接 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 生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成(如H2O、NH3、HCl等) 聚合物的化学组成 所得的高聚物的化学组成跟单体的化学组成相同，其相对分子质量r＝Mr(单体)×n(聚合度) 所得的高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同，其相对分子质量r<Mr(单体)×n(聚合度) 题组一　高分子化合物概述 1．2022年北京成功举办了第24届冬奥会，大量有机材料亮相冬奥。下列材料中主要成分不属于有机高分子的是(　　) A．PVC(聚氯乙烯)制作的“冰墩墩”钥匙扣 B．BOPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)制成的冬奥纪念钞 C．颁奖礼服中的石墨烯发热内胆 D．“冰立方”的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜结构 答案　C 解析　聚氯乙烯、双向拉伸聚丙烯薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物都属于有机高分子，石墨烯是碳单质，不属于有机物，故C符合题意。 2．下列高分子化合物对应的链节正确的是(　　) A．聚氯乙烯 B．聚苯乙烯 C．聚异戊二烯 D．聚丙烯 —CH2—CH2—CH2— 答案　C 解析　聚氯乙烯的链节为；聚苯乙烯的链节为；聚丙烯的链节为。 3．下列叙述正确的是(　　) A．单体的质量之和等于所生成的高分子化合物的质量 B．单体为一种物质时，则单体发生加聚反应 C．缩聚反应的单体至少有两种物质 D．淀粉和纤维素的聚合度不同，二者不互为同分异构体 答案　D 解析　若为加聚反应，单体的质量之和等于所生成的高分子化合物的质量，若为缩聚反应，高分子化合物的质量小于单体的质量之和，A项错误；单体为一种物质时，单体可能发生加聚反应也可能发生缩聚反应，如乙烯通过加聚反应得到聚乙烯，乳酸()通过缩聚反应得到聚乳酸()和水，B项错误；缩聚反应的单体可以为一种或多种物质，如聚乳酸的单体就只有乳酸一种，C项错误；淀粉和纤维素分子式均为(C6H10O5)n，但聚合度n不同，则分子式实际是不同的，二者不互为同分异构体，D项正确。 题组二　加成聚合反应 4．乙烯和丙烯的混合物，发生加聚反应，不可能得到的是(　　) A．CH2—CH2 B．CH2—CH2—CH2—CH2—CH2 C． D． 答案　B 解析　加聚反应仅与小分子中的不饱和原子有关，原不饱和原子上的原子或原子团在高分子化合物中作支链。 5．(2022·江苏南通高二月考)某有机高分子X的结构简式如图所示。下列说法正确的是(　　) A．X易溶于水 B．X由缩聚反应得到 C．合成X的单体有两种 D．合成X的单体都具有顺反异构 答案　C 解析　X中不含亲水基，难溶于水，A错误；X是由加聚反应得到的，B错误；根据题给结构简式可知，合成X的单体有两种，分别是苯乙烯和异戊二烯，C正确；苯乙烯和异戊二烯都不存在顺反异构体，D错误。 6．丁腈橡胶的结构简式为，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　由丁腈橡胶的结构简式可知其为加聚物，根据加聚物单体的判断方法“见双键，四个碳”断键后，单双键互换，即得单体为CH2==CH—CN和CH2==CH—CH==CH2。 7．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 答案　C 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发生加成反应生成不含碳碳双键的物质，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。 题组三　缩合聚合反应 8．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 答案　A 解析　PHB通过缩聚反应制得，A项错误；PHB水解得到，在微生物作用下的降解产物可能有CO2和H2O，B、C项正确；PHB是由发生缩聚反应产生的物质，是一种聚酯，D项正确。 9．合成导电高分子PPV的反应为 下列说法正确的是(　　) A．PPV是聚苯乙炔 B．该反应为缩聚反应 C．PPV与聚苯乙烯的最小结构单元相同 D．1 mol最多可与2 mol H2发生反应 答案　B 解析　聚苯乙炔的结构简式为，PPV不是聚苯乙炔，A错误；该反应除生成高分子化合物外，还有小分子化合物生成，属于缩聚反应，B正确；PPV与聚苯乙烯()的最小结构单元不相同，C错误；1个分子中含有2个碳碳双键和1个苯环，1 mol该物质最多可以与5 mol氢气发生加成反应，D错误。 10．某种具有较好耐热性、耐水性和高频电绝缘性的高分子化合物的结构片段为 则生成该树脂的单体的种数和化学反应所属类型正确的是(　　) A．1种，加聚反应 B．2种，缩聚反应 C．3种，加聚反应 D．3种，缩聚反应 答案　D 解析　从分子的结构片段来看，该高分子化合物应是缩聚反应的产物，而且是由3种单体缩聚得到的，分别是、HCHO、。 11．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(　　) A．nCH2==CH—CNCH2—CH—CN　加聚反应 B．＋nHOCH2CH2OH＋(2n－1)H2O　加聚反应 C．nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3加聚反应 D．nHCHOCH2—O　缩聚反应 答案　C 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()生成CH2—O发生的是加聚反应，错误。 12．(2023·山东济宁高二期中)“冰墩墩”“雪容融”由PVC、PC、ABS和亚克力等环保材料制成。下列说法正确的是(　　) A．PVC()的相对分子质量为62.5 B．PC()是加聚反应生成的高聚物 C．苯乙烯是合成ABS的原料之一，其分子中的所有原子可能共面 D．亚克力()含有两种官能团 答案　C 解析　PVC的相对分子质量为62.5n，A错误；PC属于聚酯，是缩聚反应生成的高聚物，B错误；苯环和碳碳双键均为平面结构，则苯乙烯分子中的所有原子可能共面，C正确；亚克力只含有酯基，含有一种官能团，D错误。 13．(2022·长沙高二测试)不饱和聚酯(UP) 是生产玻璃钢的基体材料。采用基础化工原料合成UP的流程如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．单体2可能是对苯二甲酸 B．丙可直接被酸性KMnO4溶液氧化生成单体1 C．单体1、2、3经缩聚反应制得UP D．调节单体的投料比，控制m和n的比值，能获得性能不同的高分子材料 答案　B 解析　由图示UP的结构可推知，其单体分别为HO—CH2CH2—OH、、HOOC—CH==CH—COOH。结合流程图可知单体1为HOOC—CH==CH—COOH，甲为CH2==CH—CH==CH2，继而可推知乙为CH2BrCH==CHCH2Br，乙发生水解反应生成丙(HOCH2CH==CHCH2OH)，丙与HBr发生加成反应生成HOCH2CH2CHBrCH2OH，HOCH2CH2CHBrCH2OH经过连续氧化生成丁，丁为HOOCCH2CHBrCOOH，丁发生消去反应再酸化后生成单体1，单体1的结构简式为HOOCCH==CHCOOH。由上述分析可知，单体2可能是乙二醇或对苯二甲酸，A项正确；丙为HOCH2CH==CHCH2OH，其分子中的碳碳双键和羟基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化，故不能直接被氧化生成单体1，B项错误；HOOCCH==CHCOOH、HOCH2CH2OH、反应生成UP的同时还有水生成，所以发生的是缩聚反应，C项正确；三种单体之间可以有多种连接方式，所以调节单体的投料比，控制m和n的比值，能获得性能不同的高分子材料，D项正确。 14．(2022·南京高二期末)水凝胶材料要求具有较高的含水率，以提高其透氧性能，在生物医学上有广泛应用。由N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)合成水凝胶材料高聚物A的路线如图： 下列说法正确的是(　　) A．NVP有顺反异构 B．1 mol高聚物A与足量Na反应，生成0.5 mol H2 C．HEMA和NVP通过缩聚反应生成高聚物A D．HEMA可由2-甲基丙烯酸和乙二醇通过酯化反应制得 答案　D 解析　NVP结构中碳碳双键的其中一个不饱和碳原子连接2个氢原子，没有顺反异构，故A错误；高聚物A含有n个羟基，1 mol高聚物A与足量Na反应，生成0.5n mol H2，故B错误；高聚物A是由碳碳双键之间发生加聚反应生成的，故C错误；HEMA中含有酯基，可水解生成2-甲基丙烯酸和乙二醇，故HEMA可由2-甲基丙烯酸和乙二醇通过酯化反应制得，故D正确。 15．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____________________、______________________。 (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的结构简式为______________________________________________________________。 (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 答案　(1)CH3CH==CH2＋Br2―→ nCH3CH==CH2 (2) (3)＋H2O (4)AB 解析　(2)由反应流程可推知，B的结构简式为，则C为，D为，D经加氢还原生成E。 (4)丙烯与环丙烷互为同分异构体，A项错误；丙烯加聚后不再含有碳碳双键，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，B项错误。 16．PBS是一种可降解的聚酯类高分子材料，可由马来酸酐等原料经如图所示路线合成。 已知：RC≡CH＋ (1)A→B的反应类型是________；B的结构简式是____________。 (2)C中含有的官能团名称是___________________________________________；D的名称(系统命名)是________________。 (3)半方酸是马来酸酐的同分异构体，分子中含1个环(四元碳环)和1个羟基，但不含—O—O—。半方酸的结构简式是________________。 (4)由B和D合成PBS的化学方程式是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)下列关于A的说法正确的是____________(填字母)。 a．能使酸性KMnO4溶液或溴的CCl4溶液褪色 b．能与Na2CO3反应，但不与HBr反应 c．能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应 d．1 mol A完全燃烧消耗5 mol O2 答案　(1)加成反应　HOOCCH2CH2COOH (2)碳碳三键、羟基　1,4-丁二醇 (3) (4)nHOOCCH2CH2COOH＋nHOCH2CH2CH2CH2OH ＋(2n－1)H2O　(5)ac 解析　(1)依据烯烃的性质知，A→B的反应是HOOCCH==CHCOOH与氢气发生的加成反应，故B的结构简式为HOOCCH2CH2COOH。(2)利用已知信息和合成路线可知，C的结构简式为HOCH2—C≡C—CH2OH，其中所含官能团的名称为碳碳三键、羟基；D的碳链上1、4号碳原子连有羟基，故D的名称为1,4-丁二醇。(3)根据马来酸酐的分子式(C4H2O3)和半方酸的结构特点可写出其结构简式。(4)根据B、D的结构简式可知合成PBS的反应为缩聚反应。(5)物质A中含有碳碳双键，能使酸性KMnO4溶液褪色，能与溴的CCl4溶液发生加成反应使其褪色，a项正确；物质A可与HBr发生加成反应，b项错误；物质A含有羧基，可与新制的Cu(OH)2悬浊液发生中和反应，c项正确；1 mol A完全燃烧消耗3 mol O2，d项错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$