内容正文:
合成高分子
第五章
第一节
合成高分子的基本方法
学习目标 重点难点
1.了解聚合物的组成与结构特点,认识单体和重复结构单元(链节)及其与聚合物结构的关系。
2.了解加聚反应和缩聚反应的特点,能写出典型的加聚反应和缩聚反应的反应式。 重点 构建两种聚合反应的认识思路;推断单体的聚合产物和聚合物的单体,写出简单聚合反应的化学方程式。
难点 书写两种单体的缩聚产物的链节;分析和书写聚合物的单体。
目录
新知探究(一)——加成聚合反应
新知探究(二)——缩合聚合反应
课时跟踪检测
4
加成聚合反应
新知探究(一)
1.有机高分子
有机高分子的相对分子质量是一个平均值,因为聚合反应得到的是分子长短不一的________,其平均相对分子质量通常在____以上。
混合物
104
2.加成聚合反应
在一定条件下,通过相互______的方式连接成链状的高分子的反应称为加成聚合反应,简称加聚反应。例如:
单体:_____________;
加成
CH2==CHCl
加成聚合物(简称加聚物): ;
链节(又称重复结构单元): ;聚合度:含有的链节数目,以n表示;
聚合物的平均相对分子质量=___________________。
[微点拨] 加聚反应的特点:一是单体中含有 、 等不饱和键;二是原子利用率为100%。
链节的相对质量×n
3.加聚反应常见的类型
(1)①一种单体的加聚(烯烃或炔烃加聚)
②二烯烃加聚
nCH2==CH—CH==CH2
(2)混聚:由两种或两种以上单体发生的加聚反应
nCH2==CH2+nCH2==CH—CH3
_____________________。
。
或
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)聚乙烯与乙烯均为纯净物,其中的C、H个数比均为1∶2( )
(2)发生加聚反应的有机物中一定含有 或 ( )
(3)聚丙烯的链节为 ( )
(4)有机高分子都没有固定的熔、沸点( )
[题点多维训练]
×
×
×
√
2.某合成高分子的结构简式为 。下列有关叙述正确的是( )
A.其单体是 和HCOOC2H5
B.其相对分子质量有确定的数值
C.其链节是CH3CH2—COOC2H5
D.其单体是
√
3.写出下列单体发生加聚反应的化学方程式。
(1)ClCH==CH2:_________________________。
(2) ____________________________________。
(3)CH2==CH2+CH3—CH CH—CH3:____________________________
______________________。
(4) :_________________________________。
4.写出下列高分子的单体。
(1) ________________。
(2)
(3) :
。
HOOCCH==CH2
。
、
|思维建模|加聚产物的单体判断方法
(1)凡链节主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物,其单体必为一种,将两个半键闭合即得对应单体。
(2)凡链节主链中无碳碳双键的聚合物,以两个碳原子为一个单元划线断开,然后分别将两个半键闭合即得对应单体。
(3)凡链节主链上有多个碳原子且存在碳碳双键的聚合物
①判断其单体的规律是“见双键,四个碳,无双键,两个碳”,画线断开。然后将半键闭合,将单双键互换即可。 的单体是CH2 CH—CH CH2和 。
②采用“见双键,四个碳”的断键方式,链节主链两边只剩下1个碳原子,无法构成含双键的单体时,可能是含有碳碳三键的化合物参与了加聚反应。如 的单体是 、
和CH2==CH2。
缩合聚合反应
新知探究(二)
1.缩合聚合反应
由单体分子间通过__________生成高分子的反应称为缩合聚合反应(简称缩聚反应)
缩合反应
2.缩合聚合反应特点
(1)缩聚反应的单体常含有两个或两个以上能相互作用的原子或原子团。
(2)在生成缩合聚合物(简称缩聚物)的同时,还伴有_______的副产物(如H2O等)的生成。由一种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为____;由两种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为_____。
n-1
2n-1
小分子
3.常见的缩聚反应
(1)聚酯类:—OH与—COOH间的缩聚
(2)聚氨基酸类:—NH2与—COOH间的缩聚
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)缩聚反应生成高分子的同时,还有H2O等小分子物质生成( )
(2)缩聚反应的原子利用率为100%( )
(3)缩聚反应多为可逆反应,为提高产率,可及时移除反应产生的小分子副产物( )
(4)缩聚反应聚合物的链节和单体的化学组成不相同( )
[题点多维训练]
√
×
√
√
√
2.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错误;PHB的单体是
,B正确;PHB在微生物作用下的降解产物可能有CO2和H2O,C正确;PHB是 发生缩聚反应产生的物质,是一种聚酯,D正确。
3.完成下列缩聚反应的化学方程式。
(1)乳酸( )的缩聚:
。
(2)间苯二甲酸( )和间苯二胺( )的缩聚:
。
4.找出下列高分子的单体,并按要求填空。
(1)锦纶( )的单体为_________________,反应类型为__________。
(2)涤纶( )的单体为
,
H2N(CH2)5COOH
缩聚反应
制备涤纶的化学方程式为
。
|思维建模|缩聚物单体的判断方法
(1)若聚合物为 或 ,其单体必为一种,去掉中括号和n即可。
(2)当链节中含有 或 结构时,其单体至少是两种,此时常用“切割法”,去掉中括号和n后,断开羰基与氧原子或氮原子间的共价键,然后在羰基碳上连上羟基,在氧原子或氮原子上连上氢原子。如图所示: 的单体为
和HO(CH2)4OH。
课时跟踪检测
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√
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1.下列关于加聚反应和缩聚反应的说法中不正确的是 ( )
A.加聚反应后有机化合物分子的不饱和度减小
B.加聚反应是一种特殊的加成反应,多数缩聚反应是一种复杂的取代反应
C.加聚反应和缩聚反应的原子利用率均为100%
D.加聚反应和缩聚反应中均有官能团发生变化
一、选择题
2. 发生聚合反应生成的高聚物的结构简式为( )
A. B.
C. D.
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3.某聚合物具有如下结构片段:
下列关于其单体的说法不正确的是( )
A.能使酸性KMnO4溶液褪色
B.与NaOH溶液共热可生成一种钠盐
C.能催化加氢生成2⁃甲基丙酸甲酯
D.存在顺反异构体
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解析:由该聚合物的结构片段可知其单体为 ,该聚合物的单体中含有碳碳双键,可使酸性KMnO4溶液褪色,可与H2发生加成反应生成 (2⁃甲基丙酸甲酯),A、C项正确;该聚合物的单体中含有酯基,可在NaOH溶液中发生水解生成甲基丙烯酸钠和甲醇,B项正确;由于该聚合物的单体中一个双键碳原子上有两个氢原子,故不存在顺反异构体,D项错误。
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4. 某高聚物的结构简式如图所示,下列有关叙述不正确的是 ( )
A.该高聚物是通过加聚反应生成的
B.合成该高聚物的单体有 、 、
C.1 mol该物质能与2 mol H2加成,生成不含 的物质
D.该高聚物能被酸性KMnO4溶液氧化,也能使溴水褪色
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解析:该高聚物是通过加聚反应生成的,A正确;由该高聚物的结构简式可知其单体为CH2==CH—C(CH3) ==CH2、CH3CH==CH2、 ,B正确;1 mol 该物质含2n mol碳碳双键,最多能和2n mol H2加成,生成不含 的物质,C错误;该高聚物中含碳碳双键,能发生氧化反应使酸性KMnO4溶液褪色,能发生加成反应使溴水褪色,D正确。
√
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5.下列关于聚合物 和 的说法正确的是( )
A.两者的单体互为同分异构体
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
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解析:两种高分子的主链中均含肽键,均由缩聚反应生成,B不正确;两者的单体分别为甘氨酸和丙氨酸,甘氨酸和丙氨酸互为同系物,A、C不正确,D正确。
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6.关于下列四种高聚物的说法中,不正确的是 ( )
① ②
③
④
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A.①、②均可通过加聚反应制得
B.③、④均可通过缩聚反应制得
C.①、③的单体均能和NaOH溶液反应
D.①、②的单体均能和H2反应
√
解析:①的单体为CH2 CHCOOH,③的单体为对苯二甲酸和乙二醇,CH2 CHCOOH和对苯二甲酸均能与NaOH溶液反应,乙二醇不能与NaOH溶液反应,C错误。
√
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7.黏合剂是生活中常见的合成高分子材料,下列关于黏合剂的相关说法正确的是( )
A.聚乙酸乙烯酯( )通过缩聚反应制得
B.脲醛树脂( )的单体之一为HCHO
C.医用胶的单体α-氰基丙烯酸异丁酯( )中所有原子共面
D.医用黏合剂M( )可水解为小分子
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解析:由结构简式可知,乙酸乙烯酯一定条件下发生加聚反应生成聚乙酸乙烯酯,A错误;由结构简式可知,脲醛树脂为尿素与甲醛一定条件下发生缩聚反应制得,则甲醛为脲醛树脂的单体之一,B正确;由结构简式可知,α-氰基丙烯酸异丁酯分子中含有空间结构为四面体形的饱和碳原子,分子中所有原子不可能共平面,C错误;由结构简式可知,医用黏合剂M一定条件下发生水解反应生成
,所以医用黏合剂M不可能水解为小分子,D错误。
√
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8. 下列关于高分子材料制备方法错误的是 ( )
A.氯丁橡胶( )由2⁃氯⁃1,3⁃丁二烯经加聚反应制得
B.聚丙烯酸甲酯( )由丙烯酸和甲醇经缩聚反应制得
C.AS树脂( )由苯乙烯和丙烯腈经加聚反应制得
D.涤纶( )由对苯二甲酸和乙二醇经缩聚反应制得
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解析:氯丁橡胶的单体为2⁃氯⁃1,3⁃丁二烯,2⁃氯⁃1,3⁃丁二烯经加聚反应可制得氯丁橡胶,故A正确;聚丙烯酸甲酯的单体为CH2==CHCOOCH3,
CH2==CHCOOCH3经加聚反应可制得聚丙烯酸甲酯,故B错误;AS树脂的单体为苯乙烯和丙烯腈,苯乙烯和丙烯腈经加聚反应可制得AS树脂,故C正确;涤纶的单体为对苯二甲酸和乙二醇,对苯二甲酸和乙二醇经缩聚反应可制得涤纶,故D正确。
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9.我国最新合成出一种聚醚酯(PM)新型材料,可实现“单体—聚合物—单体”的闭合循环,推动塑料经济的可持续发展。合成方法如图:
下列说法错误的是( )
A.M分子中含有2个手性碳原子
B.M在酸性条件下水解开环得到
C.PM中含有酯基、醚键和羟基三种官能团
D.合成1 mol PM,理论上需要n mol M和n mol苯甲醇
√
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解析:手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子,
M分子中含有2个手性碳原子,位置为 ,A正确;M中含有酯基,在酸性条件下水解开环得到 ,B正确;PM
中含有酯基、醚键和羟基三种官能团,C正确;由PM的结构简式可知,合成1 mol PM理论上需要消耗n mol M和1 mol苯甲醇,D错误。
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二、非选择题
10.(12分)按要求完成下列问题。
(1)聚苯乙烯的结构为 。
①聚苯乙烯的链节是____________,单体是_____________。
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②实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量(平均值)为52 000,则该高聚物的聚合度n为______。
500
解析:聚苯乙烯的链节是 ,单体是 ,n==500。
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(2)完成下列反应的化学方程式,并指出其反应类型。
①由乙烯制取聚乙烯:______________________________,
__________。
②由丙烯制取聚丙烯:___________________________________,
__________。
nCH2==CH2
加聚反应
nCH3—CH==CH2
加聚反应
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③由对苯二甲酸( )与乙二醇发生反应生成高分子化合物:___________________________________________
___________________________________,__________。
+nHOCH2CH2OH
+(2n-1)H2O
缩聚反应
解析:乙烯制取聚乙烯,丙烯制取聚丙烯的反应是加聚反应,对苯二甲酸和乙二醇发生的是缩聚反应。
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11.(12分)写出下列高分子化合物的单体。
① : _________________________。
② :
_______________________________。
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③ ________________。
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___________________________________。
H2N(CH2)6NH2、HOOC(CH2)4COOH
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12.(14分)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。
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(1)A→B的反应类型是__________;B的结构简式是
_____________________。
加成反应
HOOCCH2CH2COOH
解析:依据烯烃的性质知,A→B的反应是HOOCCH==CHCOOH与H2发生的加成反应,故B的结构简式为HOOCCH2CH2COOH。
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(2)C中含有的官能团名称是________________;D的系统命名是
___________。
碳碳三键、羟基
1,4⁃丁二醇
解析:利用已知信息和合成路线可知,1分子乙炔和2分子甲醛反应生成C,C的结构简式为HOH2CC≡CCH2OH,其所含官能团的名称为碳碳三键、羟基;对D分子的主链碳原子编号: ,则其1、4号碳原子连有羟基,故D的名称为1,4⁃丁二醇。
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(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____________ 。
解析: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。
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(4)由B和D合成PBS的化学方程式是_________________________
nHOOCCH2CH2COOH
+nHOCH2CH2CH2CH2OH
。
解析:根据B、D的结构简式可知由B和D合成PBS为缩聚反应。
本课结束
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