内容正文:
第五章 合成高分子
第一节 合成高分子的基本方法
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第五章 合成高分子
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课时作业 知能达标
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缩合
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端基原子团
端基原子
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小分子的副产物
H2O
两
n-1
2n-1
端基原子团
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◆素养目标
1.通过单体或单体间的断键、成键方式及单体与高聚物性质的不同,认识单体、链节、聚合度等基本概念,形成宏观辨识与微观探析的学科素养。
2.通过聚氯乙烯、聚己二酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯的合成,了解加聚反应和缩聚反应的特点,掌握加聚反应、缩聚反应的反应历程,形成证据推理与模型认知的学科素养。
知识点一 加成聚合反应
1.高分子的合成
(1)含义:利用有机化合物相互反应的性能,得到相对分子质量较大的高分子的过程。
(2)合成高分子的基本方法
①加成聚合反应:一般是含有双键的烯类单体发生的聚合反应。
②缩合聚合反应:一般是含有两个(或两个以上)官能团的单体之间发生的聚合反应。
2.加成聚合反应(加聚反应)
(1)定义
由小分子有机物通过________反应生成高分子化合物的反应。
(2)实例
氯乙烯()发生加聚反应的化学方程式为
______________________________________。
1.某软质隐形眼镜材料为如图所示的聚合物。请回答下列问题:
(1)该聚合物的结构简式为______________,其单体为______________,单体的系统命名是________________。
提示 2甲基丙烯酸乙二酯
(2)该聚合物在酸性条件下水解的产物是什么?
提示 聚合物分子中含有酯基,在酸性条件下水解得到和HOCH2CH2OH。
(3)1 mol的该聚合物在碱性条件下充分水解最多消耗氢氧化钠的物质的量为多少?
提示 n mol。1 mol的该聚合物含有n mol的酯基,在碱性条件下充分水解消耗氢氧化钠的物质的量为n mol。
2.已知单体的结构简式写出聚合物的结构简式及链节。
(1) eq \o(——→,\s\up17(催化剂))________________________。
(2)nCH2===CH2+nCH2===CH—CH3eq \o(——→,\s\up17(一定条件))_________________。
(3) +nCH2===CH—CH===CH2eq \o(——→,\s\up17(催化剂))________。
(4)nCH≡CHeq \o(——→,\s\up17(催化剂))______________________。
提示
1.加聚反应的几种常见类型
(1)单烯烃的加聚
(2)二烯烃的加聚
二烯烃单体自聚时,单体的两个双键同时打开,单体之间直接连接形成含有一个新双键的链节而成为高分子化合物。
(3)单烯烃与二烯烃共聚
单烯烃打开双键,二烯烃的两个双键也同时打开,彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键成为高分子化合物。
(4)炔烃的加聚
(5)环状化合物的聚合
例如,环氧乙烷的开环聚合反应:
2.巧记加聚反应产物的书写方法
单烯加聚双改单,链节只有两个碳,其他部分连原碳,写成支链不改变。
共轭双键(两个双键之间间隔一个碳碳单键)要加聚,链节四碳要牢记,两端双键变单键,中间单键变双键,其他部分连原碳,写成支链不改变。
共聚链节灵活写,规律总结两方面,开环加聚成长链,断开之处前后连,链节再加方括号,聚合度n跟后面。
3.由加聚物推断单体的方法
(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。
(2)凡链节主链上只有四个碳原子,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。
(3)凡链节主链中只有碳原子,并存在结构的聚合物,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。
1.(2024·天津南开高二期末)一种合成橡胶的结构可表示为。该聚合物的单体是( )
A.CH2===CH—CH===CH2和CH2===CH—CN
B.CH3—C≡C—CH3和CH2===CH—CN
C.CH3—CH===CH2和CH3—CH===CH—CN
D.CH3—C≡CH和CH3—CH===CH—CN
解析 该高聚物是1,3丁二烯和丙烯腈加聚得到,单体为:CH2===CH—CH===CH2和CH2===CH—CN,故选A。
答案 A
2.丁苯吡橡胶的单体为_________________________________。
提示 CH2===CH—CH===CH2、
、
知识点二 缩合聚合反应
1.定义
由单体分子间通过________反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应(简称缩聚反应)。
2.缩聚物的结构简式
3.缩聚反应规律
(1)生成聚合物的同时一般伴随__________________生成,如________等。
(2)发生缩聚反应的单体应至少含有______个官能团。由一种单体进行缩聚反应,生成小分子物质的量为________;由两种单体进行缩聚反应,生成小分子物质的量为__________。
(3)书写缩聚物结构简式时要体现______________或____________。
1.写出下列物质发生缩聚反应的化学方程式:
(1)己二酸与乙二醇(HOCH2CH2OH)
__________________________________________。
(2)HOOC(CH2)5OH:_____________________________________。
提示
2.聚合物P的结构片段如图所示。
INCLUDEPICTURE"S185+.TIF"
X—Y—X—Y—X—Y—X—Y
(1)写出聚合物P的结构简式。
提示
(2)1 mol聚合物P在碱性条件下充分水解最多消耗氢氧化钠的物质的量为多少?
提示 1 mol该聚合物含有(2n-1)mol的酯基和1 mol羧基,在碱性条件下充分水解消耗氢氧化钠的物质的量为2n mol。
3.的单体是______________________。
提示 NH2—CH2—COOH
4.
提示 OH、
1.缩聚反应的特点
2.常见的缩聚反应类型
能够发生缩聚反应的物质含有多种官能团(—OH、—COOH、—NH2等),主要有如下几种类型:
(1)二元酸与二元醇缩聚
(2)氨基酸缩聚
(3)羟基酸缩聚
(4)酚醛缩聚
3.由缩聚产物判断单体的一般方法
(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,如HO—ROH、、,其单体必为一种,如HO—CH2CH2OH的单体为HO—CH2CH2—OH,的单体为。方法是去中括号即为单体。
(3)若链节中间含有部分,则单体为羧酸和醇,将中C—O单键断开,左边加羟基,右边加氢,然后去括号即可,如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。
(4)若链节中间含有部分,则单体一般为氨基酸,将中C—N单键断开,左边加羟基,右边加氢,去括号即为单体。
如的单体为H2NCH2COOH和CHCH3NH2COOH。
1.(2024·辽宁鞍山高二期末)高分子M和N的合成路线如下:
下列说法错误的是( )
A.物质A中含有一种官能团
B.试剂B为HOCH2CH2OH
C.反应①为加聚反应,反应②为缩聚反应
D.用甘油(丙三醇)代替试剂B,可得到网状结构的高分子
解析 由M的结构简式,可知HOOC—CH===CH—COOH脱水生成A为
答案 A
2.已知单体的结构简式,写出聚合物的结构简式及链节。
(1)乙酸乙烯酯(CH3COOCH===CH2):________________,________________。
(2)5羟基戊酸(HOCH2CH2CH2CH2COOH):________________,________________。
(3)戊二酸,1,3丙二醇:________________,________________。
3.(1)链状高分子可由有机化工原料R和其他有机试剂通过加成、水解、氧化、缩聚反应得到,则R是________(填字母)。
A.1丁烯
B.2丁烯
C.1,3丁二烯
D.乙烯
(2)锦纶的单体为______,合成锦纶的反应类型为________。
(3)已知涤纶树脂的结构简式为,它是由______和________(填单体的结构简式)通过________反应制得的,反应的化学方程式为_____________________________________。
解析 (1)该高分子是由乙二醇和乙二酸经缩聚反应得到的,故R为乙烯。
(2)此聚合物中含有肽键,其单体是H2N(CH2)5COOH。
(3)由高聚物的结构片段分析,此高聚物属于高聚酯,因而属于酯化型缩聚反应。联想酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构简式:
答案 (1)D (2)H2N(CH2)5COOH 缩聚反应
1.下列关于高分子的说法错误的是( )
A.高分子被称为聚合物或高聚物,因为它们大部分是由小分子有机物通过聚合反应制得的
B.高分子的相对分子质量很大,因而其结构复杂
C.对于一种高分子材料,n是整数,但它的相对分子质量不确定
D.高分子都是混合物
解析 高分子的相对分子质量很大,但是由重复的结构单元(链节)连接而成,因而其结构并不复杂。
答案 B
2.(2024·四川德阳高二期末)逆合成分析法是在设计有机合成路线时常用的方法。某聚合物的一种逆合成分析思路可表示为:CH===CH⇒X⇒⇒CH2===CH2⇒CH3—CH2Br,其中X的结构简式为( )
A.CH3CH3
B.CH2===CH2
C.CH≡CH
D.CH3CH2OH
解析 根据题意,题目是对溴乙烷合成聚乙炔的逆合成分析,故X为聚乙炔的单体,X为乙炔;故选C。
答案 C
3.下列物质能够自身聚合成高分子的是( )
A.CH3CH2OH
B.
C.
D.CH3COOH
解析 分子结构中含有碳碳双键或三键的有机物,可以发生加聚反应;分子结构中同时含有羧基、羟基(或氨基),可通过缩聚反应形成高分子。
答案 C
4.下列关于聚合物和的说法正确的是( )
A.两者互为同分异构体
B.两者均由加聚反应生成
C.两者由相同的单体生成
D.两者的单体互为同系物
解析 两种高分子的链节中碳原子数不同,且均属于混合物,所以两者一定不互为同分异构体,A错误;两种高分子的主链中均含肽键,均由缩聚反应生成,B错误;两种高分子的链节不同,其单体不同,C错误;两者的单体分别为乙氨酸和丙氨酸,乙氨酸和丙氨酸互为同系物,D正确。
答案 D
5.以乙醛为原料可合成高分子涂料PMA和PVAC,合成路线如图:
(1)化合物C和E的关系是________________。
(2)⑥的反应类型是________________。
(3)PVAC的结构简式为________________。
(4)反应③的化学方程式为________________________________,反应⑤的化学方程式为(注明反应条件)_______________________________。
解析 A氧化得到B,B和甲醇在浓硫酸、加热条件下发生酯化反应生成C为CH2===CHCOOCH3,C发生加聚反应得到高分子材料PMA;乙醛氧化得到D,D发生加成反应得到E,E发生加聚反应得到PVAC。
答案 (1)同分异构体 (2)加成反应
(3)
(4)CH2===CHCOOH+CH3OHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))CH2===CHCOOCH3+H2O 2CH3CHO+O2eq \o(——→,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))2CH3COOH
$$