鲁科版选修5 第3章第3节 合成高分子化合物 学案.doc

目标导航1.了解高分子化合物的分类、组成与结构特点，能根据加成聚合反应产物的化学式确定单体和链节。2.能说明加成聚合反应和缩合聚合反应的特点，并能进行反应类型的判断。3.知道高分子化学反应是合成某些特殊聚合物的方法，并能够知道高分子化合物的特性。4.知道高分子材料与高分子化合物的关系，能举例说明一些常见高分子材料的用途。一、高分子化合物1高分子化合物概述(1)概念高分子化合物：由许多小分子化合物以共价键结合成的、相对分子质量很高(通常为104106)的一类化合物。也称聚合物或高聚物。(2)基本概念基本概念含义单体能用来合成高分子化合物的小分子化合物链节高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位，也称重复结构单元重复结构单元数或链节数高分子链中含有链节的数目，通常用n表示高聚物由单体聚合而成的相对分子质量较大的化合物例如：nch2=ch2单体链节链节数2高分子化合物的分类(1)按来源分类，可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。如棉花、羊毛、天然橡胶属于天然高分子化合物；塑料、合成纤维、涂料等属于合成高分子化合物。(2)按分子链的连接形式分类，可分为线型高分子，支链型高分子和体型高分子。(3)按受热时的不同行为分类，可分为热塑性高分子和热固性高分子。热塑性高分子化合物可以反复加工，多次使用。热固性高分子化合物初次受热变软时，可以塑制成一定的形状，但硬化后，加热不会再软化。(4)按工艺性质和使用分类，可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂与密封材料。3高分子化合物的合成聚合反应(1)概念定义：由小分子物质合成高分子化合物的化学反应。分类：加成聚合反应和缩合聚合反应。(2)加成聚合反应反应特点单体通过加成的方式生成高分子化合物的反应，简称加聚反应，既属于加成反应，又属于聚合反应。如聚异戊二烯合成反应： (异戊二烯) (聚异戊二烯(天然橡胶)。单体结构特点含有、cc、等不饱和键。加聚产物特点单体与高分子的组成相同，即元素的质量比、原子个数比相同，聚合产物的相对分子质量为单体的整数倍。(3)缩合聚合反应反应特点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。所得的高分子化合物称为缩聚物，在反应过程中伴随有小分子化合物(如h2o、hx等)产生。如：nhoch2ch2oh2nh2o。单体的结构特点单体一般至少有两个官能团。如：乙二酸与乙二醇的缩聚反应等。nhoch2ch2oh2nh2o。nh2nch2nh2o。有的单体也有其他结构特点。如：cnhohnh2o。缩聚反应产物的特点单体与高分子化合物的链节组成不同，相差小分子化合物的组成。议一议1单体与结构单元是否相同？有何关系？答案不相同。单体是反应物，结构单元是高分子中的最小重复单位；单体是物质，能独立存在，结构单元不是物质，只能存在于高分子中；单体含不饱和键，结构单元不一定含不饱和键。单体发生聚合反应就产生了结构单元。2今有高聚物(1)单体是_。(2)基本结构单元是_。答案3下列合成有机高分子化合物的反应中：nh2onhcho?ch2o?nch2=chch=ch2?ch2ch=chch2ch2(1)属于加聚反应的是_(写序号，下同)。(2)属于缩聚反应的是_。答案(1)(2)二、高分子化学反应及合成高分子材料1高分子化学反应(1)概念：指有高分子化合物参与的化学反应。(2) 应用：合成带有特定功能基团的新的高分子化合物。如纤维素改性制黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维。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。如聚乙烯醇，可先制得聚乙酸乙烯酯，再使其与甲醇发生酯交换反应而间接制得聚乙烯醇。化学方程式为nch3ohnch3cooch3。橡胶的硫化线型的橡胶分子经过单硫键或双硫键等交联，形成空间网状结构，称为硫化橡胶。其弹性和耐磨性明显提高。降解将高分子化合物的链节数变小或直接得到单体，这是处理有机化合物污染环境的最佳途径。2合成高分子材料合成高分子材料是以合成高分子化合物为基本原料，加入适当助剂，经过一定加工过程制成的材料。包括常见的合成高分子材料和功能高分子材料。(1)常见的合成高分子材料塑料塑料通常是由树脂及各种助剂组成的。涂料涂料是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，可以起到保护、指示以及美化的作用。黏合剂目前使用的黏合剂的主要成分是树脂，是由酚醛树脂、脲醛树脂等为主要成分制成的。(2)功能高分子材料功能高分子在合成高分子的主链或支链上接上带有某种特定功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，以满足光学、电学、磁学、化学、生物学、医学等方面的要求，这样形成的高分子称为功能高分子。几种常见的功能高分子材料a离子交换树脂：由一种_不溶于水的高分子骨架和若干活性基团组成的树脂，最常用的树脂母体是苯乙烯与对苯二乙烯的交联聚合物。具有离子交换能力，常用于物质分离提纯。离子交换树脂可分为按照交换基团性质的不同b医用高分子最早使用的医用高分子是代替手术缝合线的聚乳酸。目前，常见的医用高分子包括硅橡胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等，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。c膜用高分子和催化剂高分子具有各种分离功能的高分子分离膜在食品加工和污水处理等领域有着独特的应用；高分子催化剂可以极大地改变化学反应速率。议一议1高分子化合物的化学性质由什么决定？答案结构决定性质，高分子化合物的化学性质，也由分子中特殊的结构官能团决定。2. 举出几个实例加深理解高分子化学反应的应用？答案(1)硝酸和纤维素反应可制取硝化纤维。(2)甲醇和聚乙酸乙烯酯反应可制取聚乙烯醇。(3)。有机玻璃(4)线型橡胶和硫单质作用，可制取硫化橡胶。3人造纤维和合成纤维有什么不同？答案(1)人造纤维的主要原料是天然高分子化合物，主要是纤维素；而合成纤维的主要原料是石油化工或煤化工产品气态或液态烃及其衍生物，是小分子化合物。(2)人造纤维的主要生产目的是改变天然高分子化合物的性能，如醋酸纤维比纤维素难燃烧。合成纤维的生产目的是把非纤维状物质转变为纤维状的物质。一、合成高分子化合物的基本反应类型1加聚反应和缩聚反应的对比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高聚物的化学组成跟单体的最简式相同，其相对分子质量rmr(单体)n(链节数)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rmr(单体)n(链节数)2.聚合反应的常见类型(1)加聚反应自聚反应：发生反应的单体只有一种。如：共聚反应：发生反应的单体有两种或多种。如：nch2=ch2nch2=chch3(2)缩聚反应聚酯类：oh与cooh间的缩聚nhoch2ch2ohnhooccooh2nh2onhoch2ch2coohnh2o聚氨基酸类：nh2与cooh间的缩聚nh2nch2coohnh2onh2nch2cooh酚醛树脂类特别提醒(1)加聚反应聚合物的书写：加聚反应实质是发生加成反应，因此在书写聚合物时要把单键上的原子或原子团“一边”写在垂直的位置上。例如：(2)缩聚产物聚合物的书写书写缩聚物时，单体的物质的量与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的物质的量。一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为n，由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的物质的量为2n。例1下列化合物中：a.bho(ch2)2ohcch3ch=chcndehooc(ch2)4cooh(1)可发生加聚反应的化合物是_(填字母，下同)，加聚物的结构简式为_。(2)同种分子间可发生缩聚反应生成酯基的化合物是_，缩聚物的结构简式为_。(3)两种分子间可发生缩聚反应的化合物是_和_，缩聚物的结构简式为_。解析c分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；a分子结构中含有两个不同的官能团，所以同一单体间可发生缩聚反应。b、e分子中含有两个相同的官能团，所以两种分子之间可发生缩聚反应。答案(1)c(2)a(3)be?o(ch2)2ooc(ch2)4co?解题反思判断是发生加聚反应还是缩聚反应，要看单体的结构：单体中含有不饱和键，往往发生加聚反应，并且链节主链上只有碳原子；单体中含有两种或两种以上的官能团，往往发生缩聚反应，主链上除碳原子外还有其他原子。变式训练1下列有机化合物，既能发生加成反应，又能发生加聚反应，还能发生缩聚反应的是()cch2=chcooh答案b解析能发生加成反应的含有、cc或cho等；能发生加聚反应的含有、cc等；能发生缩聚反应的含有nh2与cooh、oh与cooh或酚羟基与醛基等。二、有机高分子化合物单体的推断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。如的单体为ch2=ch2和ch3ch=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，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。如：的单体是chch2chch2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，?or?、其单体必为一种，如?och2ch2?的单体为hoch2ch2oh，的单体为(3)若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中碳氧单链断开，去掉括号和n，左边加羟基，右边加氢即可，如的单体为hooccooh和hoch2ch2oh。(4)若链节中含有部分，则单体一般为氨基酸，将中碳氮单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，如的单体为h2nch2cooh和ch3chnh2cooh。特别提醒链节特点聚合物全是cc键或有cc键和c=c键加聚物含“coo”或“conh”或缩聚物?och2?hcho的加聚物例2下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是()b?ch2ch=chch2?解析分析题中四个选项：a项是由ch2=ch2和ch2=chcn加聚而成的；b项是由ch2=chch=ch2加聚而成的；c项是由ch2=chch=ch2和ch2=chc6h5加聚而成的；只有d项中含有官能团故d项是通过缩聚反应生成的。答案d解题反思找单体时，一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维反推单体，找准分离处，聚合时的结合点必为分离处，同时在进行单体判断时，不要被书写方式迷惑，要注意单键可以旋转。推导思路：变式训练2请将合成下列高分子材料所用的单体、反应类型填入相应空格内。(1)聚氯乙烯单体为_，反应类型为_。(2)单体为_，反应类型为_。(3)的单体为_、_、_。(4)天然橡胶单体为_，反应类型为_。(5)锦纶单体为_，反应类型为_。(6)涤纶单体是_，反应类型为_，制备涤纶的化学方程式为_。(7)单体为_，反应类型为_，由单体合成该物质反应的化学方程式为_。答案(1)ch2=chcl加聚反应(2)ch2=chch3、加聚反应(3)ch2=chch=ch2(4)加聚反应(5)h2n(ch2)5cooh缩聚反应(6) hoch2ch2oh缩聚反应nhoch2ch2oh2nh2o(7)缩聚反应nh2o解析根据高分子化合物的结构特点，确定聚合反应的反应类型，再依据加聚、缩聚产物单体的判断方法，逐个进行分析、判断。1聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好，不易老化、耐擦洗、色泽亮丽等特点。聚丙烯酸酯的结构简式是，它属于()无机化合物有机化合物高分子化合物离子化合物共价化合物a b c d答案c解析聚丙烯酸酯是有机高分子化合物，不属于无机化合物，也不是离子化合物。2丁腈橡胶具有优良的耐油、耐高温性能，合成丁腈橡胶的原料是()ch2=chch=ch2ch3ccch3ch2=chcnch3ch=chcnch3ch=ch2ch3ch=chch3a b c d答案c解析由丁腈橡胶的结构简式可知为加聚产物，根据加聚产物单体的判断方法，“见双键，四个碳”，断键后单双键交替，即得单体为ch2=chcn和ch2=chch=ch2。3喷水溶液法是科学家近期研制出的一种使沙漠变绿洲的新技术。它是先在沙漠上喷洒一定量的聚丙烯酸酯()“水溶液”，“水溶液”中的高分子化合物与沙土粒子结合，在地下3050 cm处形成一个厚0.5 cm的隔水层，既能阻止地下的盐碱上升，又有拦截、蓄积雨水的作用。下列关于聚丙烯酸酯的说法不正确的是()a合成它的单体是ch2=chcoorb它是通过加聚反应得到的c在一定条件下能发生水解反应d在一定条件下能发生加成反应答案d解析本题中聚丙烯酸酯类似聚乙烯?ch2ch2?，那么单体也可以类推为ch2=chcoor，a正确；发生的是加聚反应，b正确；又因为该聚合物高分子中含有coor，属于酯类，可以水解，c正确；由于加聚之后，该高分子中不含有碳碳双键，因此不能发生加成反应，d不正确。4下列高分子化合物只由一种单体缩聚而成的是()答案c解析a是由乙烯和丙烯以物质的量之比为11加聚反应生成的；b是由和hoch2ch2oh两种单体缩聚反应生成的；c是由发生缩聚反应生成的；d是由h2n(ch2)6nh2和hooc(ch2)4cooh发生缩聚反应生成的。5聚合物 (结构简式)可被人体吸收，常作为外科缝合手术的材料，该物质由下列哪种物质聚合而成()ach3ch(oh)coohbhcooch2ohchoch2ch2coohdhoch(ch3)cooch(ch3)ch2oh答案a解析由题干中给出的高聚物的部分结构可知，该高聚物中含有酯基，是单位间通过缩聚反应制得的，将题干给出的部分结构中的酯基水解，可得到单体ch3ch(oh)cooh。6按要求解答下列各题。(1)丁苯橡胶的结构简式为合成此种橡胶的单体应是_(填序号)。ch3ch=chch3ch2=chch=ch2chcch3(2)作为单体，能在一定条件下发生加聚反应生成的是_(填字母，下同)。a氯乙烯b氯乙烯乙烯(3)下列单体在一定条件下能发生加聚反应生成的是_。ach3ch=ch2和ch4cch3chch2和chch(4)下列可作为高分子化合物单体的是_。ach2=chch3和ch2=chch=ch2bch2=ch2和ch2=chch=ch2cch3ch2ch=ch2和ch2=chch3dch2=ch2和ch2=chch3(5)和的单体分别为_，_。答案(1)(2)c(3)c(4)dhococooh、hoch2ch2oh解析(1)由丁苯橡胶的结构简式可知它是由加聚反应而得，按“见双键，四个碳，无双键，两个碳”画线断开，将单双键互换即得到单体。聚合物的两种单体分别为和ch2=chch=ch2。(2)该高聚物主链全部是碳原子，它是加聚反应的产物，其单体为(3)该高聚物主链由于双键位于链节端处的两个碳原子之间，故其单体必有chch，另一单体必为ch2=chch3。(4)该高聚物为加聚产物，主链含碳原子，可知其单体为ch2=ch2和ch2=chch3。(5)两种有机物主链上含有键，可知它们都是缩聚产物。根据“断碳氧键，碳补羟基，氧补氢”的原则，可得其单体分别为hoch2ch2oh。经典基础题题组1高分子化合物及合成高分子材料1下列涉及有机物性质或应用的说法正确的是()a利用可降解的“玉米塑料”替代一次性饭盒，可减少白色污染b乙烯、聚氯乙烯都能使溴水退色c保鲜膜、一次性食品袋的主要成分是聚氯乙烯d人造纤维、合成纤维和光导纤维都是有机高分子化合物答案a解析a项，使用普通塑料做一次性饭盒，因普通塑料难以分解，导致白色污染，使用可降解的“玉米塑料”替代一次性饭盒，可减少白色污染，a项正确；b项，聚氯乙烯中没有碳碳双键，不能使溴水退色，b项错误；c项，聚氯乙烯中常含有对人体有害的增塑剂，不能用做保鲜膜、一次性食品袋，c项错误；d项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，不是有机高分子化合物，d项错误。2下列材料中，属于功能高分子材料的是()膜用高分子膜生物高分子材料导电高分子材料离子交换树脂医用高分子材料高吸水性树脂a仅b仅c仅d答案d解析常用功能高分子材料的分类如下：(1)离子交换树脂；(2)光敏高分子；(3)导电高分子；(4)医用高分子；(5)膜用高分子。可见d项正确。3某高分子化合物r的结构简式为，下列有关r的说法正确的是()ar的一种单体的分子式可能为c9h10o2br完全水解后生成物均为小分子有机物c可以通过加聚反应和缩聚反应合成rd碱性条件下，1 mol r完全水解消耗naoh的物质的量为2 mol答案c解析r的一种单体的分子式为c9h10o3，a项错误；r的水解产物中含高分子化合物，b项错误；r为高分子化合物，碱性条件下，1 mol r完全水解消耗naoh的物质的量远大于2 mol，d项错误。题组2单体与聚合反应4下列物质中既能发生加聚反应，又能发生缩聚反应的有()choch2coohdh2nch2ch=chcooh答案d解析能发生加聚反应和缩聚反应的化合物中应含有的官能团是cooh、nh2(或oh)等。5分别用下列各组物质作为单体，在一定条件下，通过缩合聚合反应能合成高分子化合物的是()乙烯、丙烯、苯乙烯乙酸、乙二醇1,6己二酸、1,6己二胺对苯二甲酸、乙二醇氨基乙酸、氨基丙酸羟基丙酸(或乳酸)abcd答案c解析缩聚反应中，单体必须含有两个官能团。中含有cooh和nh2；中含有cooh和oh；中含有cooh和nh2；中含有cooh和oh。6有4种有机物、 h3cch=chcn，其中可用于合成结构简式为高分子材料的单体是()a b c d答案d解析本题是找出合成该高分子材料的单体。从所给高分子材料的结构和4种有机物来看，应是加聚产物。采用“逢双开路断单键，端头加键成单体”的方法，可得这3种物质。应选d。7pla()是一种新型可生物降解的高分子材料。pla的合成路线如下：淀粉葡萄糖乳酸pla下列说法中，正确的是()apla结构中含有酯基b淀粉和葡萄糖互为同分异构体c过程的反应类型是水解反应d1 mol乳酸与足量的金属钠反应最多可生成0.5 mol h2答案a解析由pla的结构简式知其为缩聚产物，单体乳酸为，pla中含有酯基，故a正确；乳酸中含有一个oh和一个cooh，都可以与金属钠反应，故1 mol乳酸可产生1 mol h2，d错误；淀粉和葡萄糖分子式不同，b错误；葡萄糖在催化剂作用下生成乳酸，不属于水解反应，c错误。8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断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()a1种，加聚反应 b2种，缩聚反应c3种，加聚反应 d3种，缩聚反应答案d解析从分子的组成来看，应是缩聚反应的产物，而且分子是由三种单体缩聚得到的，分别是oh、hcho、nh2。9abs合成树脂的结构简式可表示为则生成该树脂的单体种类和化学反应所属类别正确的是()a1种加聚反应b2种缩聚反应c3种加聚反应d3种缩聚反应答案c解析对abs合成树脂的结构简式进行分析：主链上只有碳原子，没有其他原子或官能团，一定是加聚反应产物，且有一个碳碳双键，有一种单体为二烯烃：ch2=chch=ch2，另外两种单体为ch2=chcn和10dap是电器和仪表中常用的一种高分子化合物，它的结构简式如下：则合成这一化合物分子的单体是()ach3ch=chch2oh和b和ch2=ch2c和h2c=chcoohdch2=chch2oh和答案d解析该高聚物的形成过程属于加聚反应，直接合成该高聚物的物质为该物质属于酯类，由ch2=chch2oh和通过酯化反应生成，因此该高聚物是由ch2=chch2oh和先发生酯化反应，后发生加聚反应生成的。能力提升题11在国际环境问题中，一次性使用的聚苯乙烯材料带来的白色污染问题较为突出。德国danone公司开发出具有60天自行降解功能的聚乳酸()包装材料。(1)聚苯乙烯造成白色污染的原因是_。(2)乳酸可从甜菜发酵的糖液中提取，试写出乳酸的结构简式_。(3)由乳酸合成聚乳酸的反应属于_类型，写出该反应的化学方程式_。(4)聚乳酸的降解可分成两个阶段，先降解为乳酸单体，然后乳酸在微生物作用下彻底分解，则分解的最终产物是_。(5)科学家研究出了以下可降解塑料：3hb的单体叫3羟基丙酸，则4hb的单体叫_。答案(1)不易分解(2)(3)缩聚反应nh2o(4)co2和h2o(5)4羟基丁酸12pbs是一种可降解的聚酯类高分子材料，可由马来酸酐等原料以下列路线合成：(1)ab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oo，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溶液退色b能与na2co3反应，但不与hbr反应c能与新制cu(oh)2悬浊液反应d1 mol a完全燃烧消耗5 mol o2答案(1)加成反应(或还原反应)hoocch2ch2cooh(2)碳碳叁键、羟基1,4丁二醇(4)nhoocch2ch2coohnhoch2ch2ch2ch2oh(5)ac解析结构决定性质，性质反映结构，解题时要先观察分子内的官能团，然后再根据官能团的性质确定有机物能发生的反应；写同分异构体时应根据分子式和题目所给要求来写。(1)a的结构中含有碳碳双键，与h2发生加成反应生成b：hoocch2ch2cooh。(2)甲醛分子内的醛基与乙炔分子内的氢原子发生加成反应生成c：含有碳碳叁键和羟基。d的名称是1,4丁二醇。(3)马来酸酐的分子式为c4h2o3，不饱和度为4，根据要求可写出半方酸的结构简式为 (4)hoocch2ch2cooh与hoch2c