3.3.2 高分子化学反应 合成高分子材料-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（鲁科版2019，鲁琼）

第2课时　高分子化学反应　合成高分子材料 [核心素养发展目标]　1.从高分子化合物所含官能团的角度，了解通过高分子化学反应可以合成带有特定功能基团的新的高分子化合物，理解高分子材料结构与性质的关系。2.通过在生产、生活中的应用，了解常见合成高分子材料优异的性能，知道高分子材料对环境的污染。 一、高分子化学反应 1．概念 有高分子化合物参与的化学反应称为高分子化学反应。 2．应用 将已有的天然或合成高分子转变为新的高分子。 3．目的 (1)为高分子带来某种特定的功能或性质，或者是得到一种全新的高分子化合物。 (2)合成不能直接通过小分子物质聚合而得到的高分子化合物。如由聚醋酸乙烯酯发生水解或醇解(酯交换反应)可制得聚乙烯醇： ＋nCH3OH。 4．类型 按照反应过程中聚合度的变化情况，高分子化学反应可分为聚合度变大、变小和不变的反应。 例如：(1)将聚丁二烯橡胶溶解在苯乙烯中，并引发苯乙烯聚合，将聚苯乙烯的分子链“接枝”到聚丁二烯的分子链上，实现了高分子聚合度的变大。 (2)高分子化合物在特定条件下降解，实现聚合度变小。 (3)高分子链上某些原子或原子团发生化学变化，聚合度不变，改变高分子化合物的性能。如，聚苯乙烯的苯环上可以发生磺化反应，磺化程度较高时可以使难溶于水的聚苯乙烯变得极易溶于水，反应的化学方程式为 。 1．交联聚合物P的结构片段如图所示。下列说法不正确的是(图中表示链延长)(　　) A．邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程中也可形成类似聚合物P的交联结构 B．聚合物P的原料之一丙三醇可由油脂水解获得 C．聚合物P的合成反应为加聚反应 D．聚合物P中有酯基，能水解 答案　AC 解析　邻苯二甲酸和乙二醇发生缩聚反应生成直链结构的高分子，不能形成类似聚合物P的交联结构，故A错误；油脂为高级脂肪酸甘油酯，水解可生成甘油(丙三醇)，故B正确；—COOH、—OH发生反应，则聚合物P的合成反应为缩聚反应，故C错误；Y与X发生缩聚反应生成P，P中含酯基，可发生水解反应，故D正确。 2．某高聚物的结构简式如图所示。1 mol该物质与足量的NaOH溶液反应，消耗NaOH的物质的量最多为(　　) A．3n mol B．4n mol C．5n mol D．6n mol 答案　B 解析　该高聚物分子的每个重复结构单元中含有3个，在碱性条件下水解生成3个—COOH和1个酚羟基，因为—COOH和酚羟基均与NaOH反应，故1 mol该高聚物能消耗4n mol NaOH。 二、合成高分子材料 1．常见的合成高分子材料 (1)概念 以合成高分子化合物为基本原料，加入适当助剂(包括填料、增塑剂、颜料、发泡剂等)，经过一定加工过程制成的材料称为合成高分子材料。 (2)树脂：凡人工合成的、未经加工处理的任何聚合物都称为树脂。 (3)常见的合成高分子材料 ①塑料：通常是由树脂及各种助剂组成的。 ②涂料：是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，起到美化和保护内部物体的作用。 ③黏合剂：目前使用的黏合剂的主要成分是各种树脂。 2．功能高分子材料 (1)概念 指除了具有一般高分子的力学性能外，还具有特殊物理、化学或生物等功能的高分子。一般在高分子链的主链、侧链或交联网络的内部或表面含有某种功能性基团。 (2)制备 (3)分类 (4)实例 ①离子交换树脂 离子交换树脂主要用于物质的分离和提纯，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 ②医用高分子 医用高分子材料按照性能分为生物可降解型和非降解型两类。最早使用的医用高分子是聚乳酸，目前，常见的医用高分子包括硅橡胶()、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。它们的生物相容性较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。 (1)可用带有橡胶塞的试剂瓶盛放高锰酸钾溶液(　　) (2)线型PAA()具有高吸水性，与—COONa有关(　　) (3)顺丁橡胶()结构稳定，长时间使用不会明显老化(　　) (4)维通橡胶是一种耐油、耐高温、耐寒的橡胶。它的结构简式为，维通橡胶是加聚产物(　　) (5)超滤膜是指具有1～20 nm细孔的多孔膜，它几乎可以完全将溶液中的病毒、高分子胶体等截留分离。超滤膜的构成分子属于功能高分子(　　) (6)在常见的合成高分子材料基础上改进的导电塑料属于功能高分子材料(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√ 1．下列有关功能高分子材料用途的叙述不正确的是(　　) A．高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠 B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质 C．医用高分子可用于制造医用器械和人造器官 D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水淡化 答案　D 解析　聚乙炔膜属于导电高分子材料，主要用于制造电子器件。 2．保鲜膜按材质分为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等。下列有关叙述不正确的是(　　) A．PVC保鲜膜属于线型聚合物，在高温时易熔化，能溶于酒精 B．PVC的单体可由PE的单体与氯化氢加成制得 C．鉴别PE和PVC，可把其放入试管中加热，在试管口放置一湿润的蓝色石蕊试纸，如果试纸变红，则是PVC；如果试纸不变红，则为PE D．等质量的聚乙烯和乙烯完全燃烧消耗的氧气的量不相等 答案　BD 解析　A项，PVC保鲜膜属于线型聚合物，具有热塑性，在高温时易熔化，能溶于酒精，正确；B项，PVC的单体(氯乙烯)不能由PE的单体(乙烯)与氯化氢加成制得，乙烯与氯化氢反应生成氯乙烷，错误；C项，PVC加热分解产生HCl，正确。 题组一　常见的合成高分子材料 1．(2023·江苏南通高二检测)党的二十大报告指出“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”。下列做法不合理的是(　　) A．研制可降解塑料，控制白色污染产生 B．研发新能源汽车，降低汽油柴油消耗 C．开发利用天然纤维，停止使用合成材料 D．研究开发生物农药，减少作物农药残留 答案　C 解析　研制可降解塑料，可以有效降低普通塑料在土壤中的残留，从而控制白色污染产生，故A正确；研发新能源汽车，可替代燃油车的使用，从而降低燃油消耗，故B正确；天然纤维的生成难以满足人类对材料的需求，合成材料的合理使用可以弥补天然材料的不足，故C错误。 2．(2023·西安高二检测)2022北京冬奥会中使用了很多高新材料，如冬奥会颁奖礼服内胆使用了第二代石墨烯发热材料；速滑竞赛服使用了高性能合成纤维和聚酯材料；火炬“飞扬”使用了新型碳纤维树脂复合材料。下列有关材料的说法错误的是(　　) A．石墨烯、金刚石、石墨互为同素异形体 B．合成纤维与碳纤维均属于有机高分子材料 C．聚酯是由多元醇和多元酸聚合而得到的高分子聚合物 D．一般树脂材料耐火性较差，但“飞扬”的新型碳纤维树脂复合材料具有较高的耐火性 答案　B 解析　石墨烯、金刚石、石墨三者都是碳单质，且结构和物理性质不同，互为同素异形体，A正确；碳纤维只含有碳，不是有机物，故碳纤维不是有机高分子材料，B错误。 3．(2022·徐州高二学业考试)一种布偶的外用材料是纯羊毛线，内充物为涤纶(结构简式为)，下列有关说法错误的是(　　) A．羊毛的主要成分是蛋白质 B．涤纶属于天然高分子化合物 C．涤纶的单体之一是HOCH2CH2OH D．可用灼烧的方法区别羊毛和涤纶 答案　B 解析　涤纶是人工合成的有机高分子化合物，B项错误；涤纶的单体之一是乙二醇，C项正确；羊毛的主要成分是蛋白质，羊毛燃烧会有类似烧焦羽毛的特殊气味，而涤纶没有，所以可以用灼烧的方法来区分羊毛和涤纶，D项正确。 题组二　功能高分子材料 4．现有一种为婴儿特制的新型尿布——“尿不湿”，这种尿布表面涂有一种既能吸水又能保水的物质，根据你的推测，这种特殊物质的结构可能是(　　) A． B． C． D．CCl2CCl2 答案　C 解析　“尿不湿”的材料应是亲水但不溶于水的物质，选项中只有中的—OH属于亲水基团而其自身属于高分子，不溶于水。 5．高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，下列应用不属于高分子分离膜的应用范围的是(　　) A．分离工业废水，回收废液中的有用成分 B．食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒 C．将化学能转换成电能，将热能转换成电能 D．海水淡化 答案　C 6．下列关于功能高分子材料的说法不正确的是(　　) A．在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能 B．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子链上再接入含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力 C．以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到链状的树脂 D．功能高分子材料的优异性能在通信、交通、航空航天、医疗、医药等许多领域发挥了重要作用 答案　C 解析　以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性高聚物，在反应中加入交联剂，得到网状结构的树脂，具有较高的强度、韧性及化学稳定性，C错误。 题组三　高分子化学反应 7．下列高聚物经简单处理可以由线型结构变成体型结构的是(　　) ① ② ③ ④ A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 答案　B 解析　有机高分子材料中若含有易反应的官能团，在一定条件下使官能团发生反应，高分子链之间将形成化学键，从而形成网状结构，其线型结构就可变成体型结构。 8．聚乙烯胺可用于合成染料Y，增加纤维着色度，乙烯胺(CH2==CHNH2)不稳定，所以聚乙烯胺常用聚合物X水解法制备。下列说法不正确的是(　　) 聚乙烯胺―→ A．聚合物X在酸性或碱性条件下发生水解反应后的产物相同 B．测定聚乙烯胺的平均相对分子质量，可得其聚合度 C．乙烯胺与CH3CH==NH互为同分异构体 D．聚乙烯胺和R—N==C==S合成聚合物Y的反应类型是加成反应 答案　A 解析　X在酸性条件下水解成和HCOOH，在碱性条件下水解成和HCOO－。 9．尿素()氮原子上的氢原子可以像苯酚分子中苯环上的氢原子那样与甲醛发生反应，生成交联脲醛树脂，其结构片段如图所示(图中表示链延长)。下列说法不正确的是(　　) A．尿素可以与甲醛发生加成反应生成 B．脲醛树脂的合成反应为缩聚反应 C．交联脲醛树脂在一定条件下可以发生水解反应，重新生成尿素和甲醛 D．甲醛可以与交联成网状结构的脲醛树脂 答案　C 解析　交联脲醛树脂中存在可水解基团酰胺基，可发生水解反应，但水解产物主要是氨基化合物和二氧化碳。 10~11题有一个或两个选项符合题目要求。 10．脲醛树脂(UF)可用作木材的黏合剂、制作食用器具等，由尿素[CO(NH2)2]和甲醛在一定条件下反应得到，其结构片段如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．合成UF的反应为缩聚反应 B．该聚合物是一种水溶性物质 C．该聚合物可以发生水解反应 D．该聚合物的结构简式可能是 答案　B 解析　根据题意知，该高分子化合物可由尿素和甲醛通过缩聚反应得到，所以得到该物质的反应为缩聚反应，故A正确；该物质中含有酰胺基和烃基，不易溶于水，能发生水解反应，故B错误、C正确；根据题图判断其结构简式可能为，故D正确。 11．可用作安全玻璃夹层的高分子PVB的合成路线如下： 已知：醛与二元醇反应可生成环状缩醛，如 下列说法不正确的是(　　) A．合成A的聚合反应是缩聚反应 B．B易溶于水 C．试剂a是1-丁醛 D．B与试剂a反应的物质的量之比为2∶1 答案　AD 解析　聚合物A的结构简式为，合成A的单体为CH2==CHOOCCH3，故合成A的聚合反应是加聚反应，A错误；B的结构简式为，含有醇羟基，故B易溶于水，B正确；试剂a的结构简式为CH3CH2CH2CHO，其名称为1-丁醛，C正确；由已知信息可知，1 mol —CHO需要2 mol —OH，所以B与试剂a反应的物质的量之比为2∶n，D错误。 12．科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿司匹林，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，缓释长效阿司匹林的结构简式如下： 回答下列问题： (1)高分子载体的结构简式为_____________________________________________。 (2)阿司匹林连接在高分子载体上的有机反应类型是____________________。 (3)缓释长效阿司匹林在肠胃中变为阿司匹林的化学方程式是________________________。 答案　(1) (2)酯化反应(或取代反应) (3)＋2nH2O＋nHOCH2CH2OH＋(其他合理答案也可) 解析　本题的关键信息是“通过乙二醇的桥梁作用把阿司匹林连接在高聚物上”，观察高聚物结构可以把缓释长效阿司匹林分为三部分：①高分子载体；②阿司匹林；③作为桥梁作用的乙二醇。在肠胃中变为阿司匹林的反应，属于水解反应，从而找到正确的解题思路。 13．聚酯增塑剂广泛应用于耐油电缆、煤气管、防水卷材、电气胶带、耐油耐汽油的特殊制品等。聚酯增塑剂G及某医药中间体H的一种合成路线如下(部分反应条件略去)： 已知： ＋＋R2OH。 (1)B的名称(系统命名)为_____________________________________________________。 (2)若反应①的反应条件为光照，最先得到的氯代有机物的结构简式是____________________ ________________________________________________。 (3)写出下列反应的反应类型： 反应②是____________，反应④是____________。 (4)写出B与D反应生成G的化学方程式：___________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)甲苯的二氯代物有________种。 (6)利用以上合成路线的信息，以甲苯和乙醇为有机物原料合成 (无机试剂任选)。请写出合成路线。 答案　(1)1,2-丙二醇 (2)CH2ClCH==CH2 (3)水解(或取代)反应　氧化反应 (4)nHOOC(CH2)4COOH＋nHOCH(CH3)CH2OH(或)＋(2n－1)H2O (5)10 (6) 解析　丙烯与氯气加成生成A(CH3CHClCH2Cl)，A发生水解反应生成B(CH3CHOHCH2OH)；苯与氢气加成，结合C的分子式可知，C是环己烷；根据G是聚酯增塑剂可知，B、D发生缩聚反应生成G；根据已知信息可知，F是酯类物质，则F为CH3CH2OOC(CH2)4COOCH2CH3，E为CH3CH2OH。 (1)根据系统命名法，B的名称为1,2-丙二醇。 (2)若反应①的反应条件为光照，丙烯与氯气发生取代反应，最先得到的氯代有机物的结构简式是CH2ClCH==CH2。 (5)甲苯的二氯代物有10种，分别是2个氯原子都在甲基上(1种)；1个氯原子在甲基上， 1个在苯环上(邻、间、对3种情况)；2个氯原子都在苯环上(共6种)。 14．以某有机物X为原料可合成塑料G，X的相对分子质量小于100,1 mol有机物X完全燃烧生成等物质的量的CO2和H2O，同时消耗标准状况下112 L O2，且X分子中含有酮羰基和羟基。X能发生如图所示的转化： 已知：在HIO4、加热条件下生成RCHO和R′CHO。 回答下列问题： (1)X的结构简式为________。 (2)E→F的反应条件是________。 (3)写出F→G的化学方程式：________________________，该反应的反应类型为________。 (4)A→D的化学方程式为________________________，该反应的反应类型为________。 (5)Y是X的同分异构体，1 mol Y与足量Na反应可生成1 mol H2，且Y不能使溴的CCl4溶液褪色，Y分子中的官能团连在相邻的碳原子上。Y的核磁共振氢谱图中有3组峰，峰面积之比为2∶1∶1。PBS是一种新型塑料，其结构简式为。请设计合理方案以Y为原料(无机试剂任选)合成PBS(用合成路线流程图表示，并注明反应条件)。 答案　(1) (2)NaOH醇溶液、加热 (3)加聚反应 (4)＋nHOOC—COOH＋(2n－1)H2O　缩聚反应 (5) 解析　(1)有机物X完全燃烧生成等物质的量的CO2和H2O，说明该有机物中N(C)∶N(H)＝1∶2,1 mol X完全燃烧消耗标准状况下112 L(5 mol)O2，设X的分子式为CaH2aOb，则其完全燃烧的化学方程式为CaH2aOb＋5O2aCO2＋aH2O，由氧原子守恒得b＋10＝2a＋a，b＝3a－10，又因X的相对分子质量小于100，故14a＋16b<100，两式综合得14a＋16(3a－10)<100，解得a<，即a＝4(a＝1,2或3时，b＝3a－10<0，不合题意)，则b＝2，故X的分子式为C4H8O2。由题给信息知C为CH3COOH，则B为CH3CHO，根据已知信息可推出A为，结合X的分子式及X分子中含有酮羰基和羟基可知X为。(2)根据图中转化关系可知E为，E在NaOH醇溶液、加热条件下发生消去反应生成F()。(3)在一定条件下发生加聚反应生成G()。(4)与HOOC—COOH发生缩聚反应生成D()。(5)1 mol Y能与足量Na反应生成 1 mol H2，则Y中含有2个—OH(羟基)，Y不能使溴的CCl4溶液褪色，说明Y中不含碳碳双键。由于Y分子没有达到饱和状态，所以只能是环状有机物，且Y分子中的官能团连在相邻的碳原子上，其核磁共振氢谱图中有3组峰，峰面积之比为2∶1∶1，所以Y是，由PBS的结构简式可知其单体为HO—CH2CH2CH2CH2—OH和HOOC—CH2CH2—COOH，据此可设计出相应的合成路线。 学科网（北京）股份有限公司 $$