高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第3节 合成高分子化合物（第1课时）学案 鲁科版选修5（通用）

第3节合成高分子化合物答案：小分子化合物重复的结构单元天然合成线型体型热塑性热固性加成加聚分子间的相互缩合缩聚 塑料合成纤维黏合剂合成高分子化合物已经广泛地应用于人们的日常生活。由石油、煤和农副产品为原料制得的各种合成高分子材料的出现和广泛使用大大丰富和方便了人们的生活。1高分子化合物的结构(1)高分子化合物：由许多小分子化合物以共价键结合而成的、相对分子质量很高的一类化合物，也称为聚合物或高聚物。(2)单体：能用来合成高分子化合物的小分子化合物称为单体。(3)链节：高分子化合物中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。重复结构单元是组成高分子链的基本单位，就像长链中的一个环节，所以又称为链节。链节的数目n称为重复单元数或链节数。例如：聚乙烯：分子式单体CH2=CH2链节 CH2CH2链节数n。【例1】 现有链状高分子化合物可由有机化工原料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()A1丁烯 B2丁烯C1,3丁二烯 D乙烯解析：高分子化合物的单体为和HOCH2CH2OH，利用逆推法可知R为CH2=CH2。其合成路线为CH2=CH2，再将乙二醇氧化得到乙二醛，进一步氧化得到乙二酸，由乙二醇和乙二酸发生缩聚反应就得到高分子化合物。答案：D2高分子化合物的分类按照不同的分类标准，可将高分子化合物分成不同的类型。(1)按来源分(2)按分子链的连接形式(3)按受热时的不同行为(4)按工艺性质和使用【例2】 下列物质属于天然有机高分子化合物的是()A聚2甲基1,3丁二烯B聚氯乙烯C聚丙烯D聚乙烯解析：A中聚2甲基1,3丁二烯是天然橡胶的主要成分，其余各项都是合成高分子化合物。答案：A(1)线型和部分支链型高聚物可溶于某些有机溶剂，但较为缓慢；而体型则难溶于有机溶剂，只有一定程度的胀大。(2)线型结构高分子化合物一般具有热塑性，而有些体型结构的高分子化合物一经加工成型就不会受热熔化，因此具有热固性，如：酚醛树脂。(3)一般高分子化合物不易导电，是良好的电绝缘材料。3.高分子化合物的合成由小分子物质合成高分子化合物的化学反应称为聚合反应。聚合反应分为加成聚合反应和缩合聚合反应。加成聚合反应(加聚)缩合聚合反应(缩聚)反应方式加成缩合产物只有高分子化合物高分子化合物和小分子举例【例3】 观察下列聚合反应，分析哪些是加聚反应，哪些是缩聚反应。解析：观察产物，加聚反应只有高聚物一种产物，而缩聚反应有小分子生成。答案：是加聚反应，是缩聚反应，是加聚反应。4高分子化学反应有高分子参加的化学反应称为高分子化学反应。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；合成不能直接由小分子物质聚合而成的高分子化合物；改良橡胶制品的性能；通过高分子化合物的降解可以使高分子化合物的链节数变小，控制和消除“白色污染”。【例4】 羧酸酯RCOOR在催化剂作用下可与醇ROH发生如下反应(R和R是两种不同的烃基)：RCOORROHRCOORROH此反应称为“酯交换反应”，常用于有机合成。广泛应用于婴儿“尿不湿”等吸水产品的聚乙烯醇就是利用这一原理生产的：用聚乙酸乙烯酯与过量的甲醇在一定条件下反应，可得聚乙烯醇和乙酸乙酯，试根据题目信息写出该反应的化学方程式。解析：分析题目所给的信息，酯交换反应类似醇解反应：酯醇=新酯新醇。再分析反应物和生成物：反应物聚乙酸乙烯酯是一种高聚物，也是一种酯，与甲醇CH3OH反应后生成的聚乙烯醇是一种醇，也是一种高聚物，另一种产物应该是一种酯，是由甲醇和高聚物中醇解下来的乙酸形成的酯：CH3COOCH3。因此，该反应的化学方程式为：答案：见解析。5常见的高分子材料高分子材料是以高分子化合物为基本原料，加入适当助剂(填料、增塑剂、颜料、发泡剂等)，经过一定的加工过程制成的材料。常见的高分子材料主要是指塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、黏合剂及密封材料等生活中常见的合成高分子材料。塑料：塑料涂料：涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，常用于家具、道路指示牌和船舶的表面上保护和美化内部物体。涂料黏合剂：以各种树脂如酚醛树脂、脲醛树脂为主要成分。【例5】 生物降解塑料能在微生物的作用下降解成二氧化碳和水，从而消除废弃塑料对环境的污染。PHB塑料就属于这种塑料，其结构简式为。下面有关PHB的说法正确的是()APHB有固定的熔点BPHB的降解过程不需要氧气参加反应C合成PHB的单体是CH3CH2CH(OH)COOHD通过加聚反应可以制得PHB解析：选项解析结论A高聚物n值不同，是混合物，没有固定熔点错误B该高聚物降解生成CO2和H2O，需要O2参与错误C高聚物的单体为，即CH3CH2CH(OH)COOH正确DPHB是由缩聚反应制得的错误答案：C6功能高分子材料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，使它们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。常用功能高分子材料离子交换树脂：主要用于物质的分离和提纯：制取去离子水、回收工业废水中的金属等。医用高分子：如最早使用的代替手术缝合线的聚乳酸，目前常见的医用高分子材料：硅橡胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等，具有生物相容性好、安全无毒的性质，可用于制造医用器械和人造器官，如：人造心脏、一次性注射器外筒和柱塞、医用软管和各种导管等。【例6】 (双选)合成人工心脏的高分子材料的主要成分是()A烯烃共聚物B酚醛缩聚物C硅聚合物D聚氨酯类聚合物解析：如果人工心脏需要使用10年，就要反复挠曲4亿次，这就要求其材料应具有很高的机械性能，目前使用的是硅聚合物和聚氨酯等高分子材料。答案：CD7白色污染危害及防治(1)白色污染危害白色污染是人们对难降解的塑料垃圾(多指塑料袋)污染环境现象的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，以致造成城市环境严重污染的现象。主要危害：用一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物时，餐具中的有害物质将渗入到食物中影响我们的身体健康；由于塑料难以降解，使土壤环境恶化，严重影响农作物的生长；填埋处理城市垃圾会导致垃圾中的【例71】 使用有机材料制成的塑料薄膜，给环境造成的“白色污染”后果十分严重。我国最近研制成功的一类可降解塑料结构如下，该塑料具有良好的生物适应性和分解性，能自然腐烂分解。试回答下列问题：(1)这类可降解塑料中A、B、C的单体分别为_、_、_。(2)可降解塑料在自然界可通过_(填反应类型)反应分解为小分子有机物。(3)相同的条件下焚烧下列物质，污染大气最严重的是()a聚氯乙烯b可降解塑料c聚丙烯d有机玻璃解析：(1)根据三种塑料结构可知它们均由一种单体缩聚而成。(2)三细菌、病毒等有害物质渗入地下，污染水源和土地；废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。(2)白色污染的防治尽量减少一次性塑料餐具和纸制餐具的使用，多用环保袋，少用塑料袋。回收废塑料并使之资源化是解决白色污染的根本途径。清洁的废旧塑料包装物可以重复使用，或重新用于造粒、炼油、制漆、作建筑材料等。逐步以可降解塑料取代现在使用的塑料制品。在塑料包装制品的生产过程中加入一定量的添加剂(如淀粉、改性淀粉或其他纤维素、光敏剂、生物降解剂等)，使塑料包装物的稳定性下降，较容易在自然环境中降解。,种塑料均含酯基，故通过水解反应分解为小分子物质。(3)a中的聚氯乙烯的燃烧产物除了碳的氧化物和水外，还有含氯元素的有害物质，比其他三种物质污染更严重。答案：(1) HOCH2CH2CH2COOH(2)水解(3)a【例72】 下列说法中，不正确的是()A用于溶解涂料中的成膜物质的有机溶剂会污染环境B黏合剂的主要成分是各种树脂，如酚醛树脂，脲醛树脂等C合成高分子材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、黏合剂、高分子分离膜等D“白色污染”指的是废弃的塑料制品对环境造成的污染解析：高分子分离膜属功能高分子材料，而不是合成高分子材料。答案：C8.有机高分子化合物的结构和性质由于有机高分子化合物的相对分子质量较大及其结构上的特点，因而具有与小分子化合物明显不同的一些性质。(1)强度：高分子材料的强度一般比较大。(2)电绝缘性：有机高分子化合物通常具有很好的绝缘性。(3)具有耐化学腐蚀、耐热、耐磨、耐油、不透水的性能，但也有不耐高温、易燃烧、易老化、废弃后不易分解等缺点。(4)高分子化合物的溶解性及热固性和热塑性与其分子结构特点密切相关：结构特点线型结构：长链状的，可以不带支链，也可以带支链体型结构：高分子链间能形成化学键，产生交联溶解性能溶解在适当的溶剂里。如有机玻璃不易溶解，只会胀大。如橡胶热固性或热塑性热塑性，受热至一定温度范围时，开始熔化为流动的液体，冷却后变为固体，加热后又熔化，如此循环。如聚乙烯塑料等热固性，加工成型后受热不会再熔化。如酚醛树脂等形成条件当合成高分子化合物的单体具有三个或三个以上的官能团时，就有可能具有体型结构【例81】 某厨房用具的把柄的主要成分是酚醛树脂。已知苯酚和甲醛在催化剂作用下可以发生缩聚反应，该反应可用来制备酚醛树脂。根据你所学知识，回答下列问题。(1)写出在盐酸作催化剂时，合成酚醛树脂的化学方程式_。(2)酚醛树脂一般为体型结构，试推测其基本性质：_。能溶解在适当的溶剂中具有热塑性具有热固性 强度较大电绝缘性较好 具有良好的隔热性解析：根据苯酚和甲醛缩聚反应的反应规律写出化学方程式；再根据其结构特点是体型结构，即可判断出它所具有的性质。答案：(1) (2)【例82】 橡胶树是热带植物，在我国海南已大面积种植。从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的成分是聚异戊二烯，其结构简式为。试回答下列问题：(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是_，天然橡胶加入适当的硫进行硫化后，其结构由_变成_，因而硫化橡胶_(选填“能”或“不能”)溶于汽油。(2)天然橡胶的单体是一种无色液体，将该无色液体加入溴水中，溴水_(填“能”或“不能”)退色。解析：(1)从天然橡胶成分的结构简式可知，天然橡胶为线型结构的高分子，能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后，引入的硫原子可通过形成共价键，使高分子链发生交联，形成网状结构，故硫化橡胶不能溶于汽油。(2)天然橡胶的单体中含有两个碳碳双键，能发生加成反应，使溴水退色。答案：(1)天然橡胶是线型结构线型结构网状结构(或体型结构)不能(2)能9.加聚反应和缩聚反应比较加聚反应缩聚反应概念由不饱和单体加成聚合成高分子化合物的反应有机物单体间通过失去水分子等小分子形成高分子化合物的反应不同点实质加成反应取代反应单体含有CC、CC等不饱和键含有两个或两个以上的官能团产物种类高分子高分子和小分子高聚物书写无端基原子(团)如有端基原子(团)如化学组成高聚物与单体化学组成相同，(聚合物)M(单体)n(聚合度)高聚物与单体化学组成不同，(聚合物)M(单体)n(聚合度)相同点小分子相互作用生成高分子说明：如果链节中主链上全部是碳原子则是加聚反应产物；而缩聚产物的主链的链节通常有三种情况：含酯基、肽键或含有酚醛结合的基团。组成加聚产物的链节和单体之间化学组成和相对分子质量相同。如聚乙烯分子的链节为(CH2CH2)、单体为(CH2=CH2)。组成缩聚产物的链节和单体之间化学组成和相对分子质量均不相同。如的链节为，单体为。【例91】 下列化合物中fHOOC(CH2)4COOH(1)可发生加聚反应的一个化合物是_，加聚物的结构式为_。(2)可发生缩聚反应的一个化合物是_，缩聚物的结构式为_。(3)可发生缩聚反应的两个化合物是_和_，缩聚物的结构式为_。解析：可以发生加聚反应的单体含有碳碳双键等不饱和键，符合题意的有b、d，其加聚产物分别为和；一种化合物能够发生缩聚反应，该有机物分子中一般是含有能够发生酯化反应或成肽反应的两种或两种以上的官能团，符合题意的是a，缩聚物是；两种物质可以发生缩聚反应，这两种物质必须都是含有两个或两个以上的官能团，且两种物质含有的官能团可以发生脱去小分子的反应，符合题意的是c和f，其缩聚物为。答案：(1)b(或d)(2)a (3)cf【例92】 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种缩聚反应解析：从该树脂的结构片断可知主链上含苯环，且苯环与亚甲基(CH2)相连，应为缩聚产物，生成该树脂的单体中有苯酚、甲醛、苯胺。另外，不难推出苯酚苯环上的一个氢原子、甲醛的一个氧原子和苯胺的氨基上的一个氢原子结合脱去水分子，所以单体共有3种。答案：D10由聚合物结构推断单体的方法根据高聚物分子结构判断单体的题目是考题中经常出现的一个考点。此类题目应该首先判断该高聚物是加聚物还是缩聚物，一般来说，如果高聚物结构中含有酯基或者肽键则属于缩聚物。然后再按下列方法推导即可。(1)由加聚物推单体的方法凡链节的主碳链为两个碳原子，其单体必为一种。将链节的两个半键闭合即为单体。如、的单体分别为：。凡链节中主碳链为4个碳原子，无碳碳双键结构，其单体必为两种，从主链中间断开后，再分别将两个半键闭合即得单体。如的单体为CH2=CH2和CH3CH=CH2。凡链节中主碳链为4个碳原子，含有碳碳双键结构，单体为一种，属二烯烃：如的单体为。当链节的主链碳原子数较多时，采用箭头法。边键沿箭头指向汇合，箭头相遇成新键，键尾相遇按虚线部分断键成单键。如：的单体为CH2=CHCH=CH2。(2)由缩聚物找单体的推断方法凡链节为或结构的，其单体必为一种，在链节的NH(或OH)上加氢原子、羰基上加羟基，所得氨基酸(或羟基羧酸)为单体。如：的单体是H2NCH2CH2COOH。当链节中含有酯基()或结构时，则合成的单体至少是两种，此时常用“切割法”，断开羰基与氧原子间的共价键或断开羰基与氮原子间的共价键，然后在羰基碳上连上羟基，在氧或氮原子上连上氢原子。如下图所示：【例101】 工程塑料是具有优异的强度与耐热性，可作为工业用的结构材料，并具有功能作用结构的高性能塑料。ABS树脂(结构式如下)是常用的一种工程塑料，合成时用了3种单体，根据所学知识判断，这3种单体的结构简式分别为_，_，_。解析：根据高聚物分子的链节，采用箭头法解题，如下图所示，可确定ABS树脂的单体：则可确定三种单体分别是：CH2=CHCN、CH2=CHCH=CH2、。答案：CH2=CHCNCH2=CHCH=CH2 【例102】 下面是一种线型高分子链的一部分：由此分析，此高聚物构成单体的结构简式为_。解析：观察所给高分子链的结构特点，可以看出该分子中多处出现酯基，所以该物质应该为缩聚物，找出其重复出现的链节，然后采用切割法解题，见图。可以看出其单体有四种，分别为：HOCH2CH2OH、HOOCCOOH、。答案：HOCH2CH2OH、HOOCCOOH、【例103】 下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是()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COO，故D项是通过缩聚反应生成