新人教版高中化学选择性必修三第5章合成高分子学案

PAGE13-第一节合成高分子的基本方法发展目标体系构建1.了解聚合物的组成与结构特点，认识单体和单体单元(链节)及其与聚合物结构的关系。培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。2.理解合成高分子的基本方法——加聚反应和缩聚反应的原理及反应特点。培养“证据推理与模型认知”的核心素养。一、合成高分子简介1．相对分子质量的特点高分子的相对分子质量比一般有机化合物大得多，通常在104以上；高分子的相对分子质量没有明确的数值，只是一个平均值。2．合成高分子的基本方法包括加成聚合反应与缩合聚合反应。3．合成高分子的有关概念二、加成聚合反应1．单体的结构特点：含有碳碳双键(或碳碳三键)的有机物单体。2．定义：有机小分子通过加成反应生成高分子的反应，称为加成聚合反应(简称加聚反应)。3．示例：写出下列物质发生加聚反应的化学方程式。三、缩合聚合反应1．单体的结构特点：含有两个或两个以上官能团的单体。2．定义：单体分子间通过缩合反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应(简称缩聚反应)。3．缩聚反应与加聚反应的重要不同是缩聚反应产物除了生成缩聚物的同时，还伴有小分子的副产物的生成，而加聚反应产物只生成加聚物。4．书写缩聚物的结构简式时，要注明端基原子或原子团。5．书写缩聚反应化学方程式时要注明(1)注明“n”。(2)生成小分子的个数，若由一种单体缩聚小分子数一般为n－1，两种单体缩聚，小分子数一般为2n－1。6．示例：完成下列物质发生缩聚反应的化学方程式。1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)相同质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧消耗的O2质量相同。 ()(2)聚乙烯等高分子为纯净物。 ()(3)高分子的链节与单体的元素组成质量比相同。 ()(4)的链节为CH2=CHCl。 ()(5)氨基酸分子间可以发生缩聚反应生成肽链。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2．某高聚物有关它的下列叙述中正确的是()A．它的链节是CH3—CH2—OOCCH3B．它的聚合度n＝3C．它的单体是CH2=CH—COOCH3D．它是加聚产物[答案]D3．写出下列聚合反应的化学方程式(1)CH≡CH的聚合反应____________________________________________________________________________________。(2)乙二酸与乙二醇的聚合反应_________________________________________________________________________________。(3)的聚合反应__________________________________________________________________________________。聚合物单体的确定写出下列聚合物单体的结构简式。[提示]①CH2=CHCOOH。④HOOC(CH2)4COOH、NH2—(CH2)6NH2。⑥CH2CH2、CH3CHCH2。⑦CH2=CHCH3、CH2=CH—CH=CH2。1．加聚反应和缩聚反应的比较类别加聚反应缩聚反应单体特征含不饱和键(如)或环(如)至少含两个官能团单体种类含碳碳双键或碳碳三键的有机物等酚、醛、醇、羧酸、氨基酸等聚合方式通过不饱和键加成通过官能团缩合脱去小分子而连接聚合物特征高聚物链节和单体具有相同的化学组成高聚物链节和单体具有不同的化学组成产物只生成高聚物高聚物和小分子2.加聚反应常见类型(1)单烯烃加聚：3．缩聚反应常见类型(1)二元酸与二元醇之间(2)羟基羧酸之间(3)氨基酸之间(4)二元酸与二胺之间4．加聚产物单体的判断方法(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，在中央划线断开，然后分别将两个半键闭合即得对应单体。(3)凡链节主链上只有碳原子，并存在碳碳双键结构的高聚物，其断键规律是“有双键，四个碳；无双键，两个碳”，划线断开，然后将单键变双键，双键变单键即得对应单体。(4)凡链节主链上有多个碳原子(n>2)，且含有碳碳双键的高聚物，若采用“见双键，四个碳”的断键方式，链节主链两边分别剩下1个碳原子，无法构成含双键的单体时，则可能是含有碳碳三键的化合物参与了加聚反应。如的单体为两种单烯烃和一种乙炔。5．缩聚产物单体的判断方法1．以乙烯和丙烯的混合物为单体，发生加聚反应，不可能得到的是()B[乙烯分子间加聚可生成，丙烯分子间加聚可生成，乙烯分子与丙烯分子间加聚可生成或2．有下列高分子化合物：其中由两种不同单体聚合而成的是()A．③⑤ B．③④⑤C．①②③⑤ D．②③④⑤B[①是加聚物，单体是苯乙烯；②是加聚物，单体是1­氯­1,3­丁二烯；③是缩聚物，单体是甘氨酸与苯丙氨酸；④是加聚物，单体是乙烯和丙烯；⑤是缩聚物，单体是对苯二甲酸和乙二醇，符合题意的有③④⑤。]3．请写出下列高分子化合物的单体或由单体生成的高聚物的结构简式。1．下列关于高分子化合物的组成、结构或性质的说法正确的是()A．高分子化合物的单体中一定含有键B．高分子化合物的链节和单体组成相同C．缩聚反应的单体至少有两种物质D．从实验中测得的某种高分子化合物的相对分子质量只能是平均值D[高分子化合物的单体中不一定含有碳碳双键，A错误；高分子化合物的链节和单体组成不一定相同，B错误；缩聚反应的单体可以是一种物质，C错误；高分子化合物为混合物，测得的相对分子质量为平均值，D正确。]2．(双选)下列物质能够自身聚合成高分子化合物的是()CD[含羟基和羧基，能自身发生缩聚反应生成和H2O，C正确；发生加聚反应生成，D正确。]3．下列合成高分子材料的反应方程式和反应类型均正确的是()C[A项加聚产物的结构简式应为；B项有小分子生成，该反应为缩聚反应；D项的反应为加聚反应。]4．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()[答案]B5．下列化合物中(1)可发生加聚反应的化合物是________，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_______________________________________________________________________________________________。[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。

第二节高分子材料发展目标体系构建结合合成高分子实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的应用。培养“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”的核心素养。一、高分子材料的分类高分子材料按用途和性能可分为通用高分子材料(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等)和功能高分子材料(包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)等类别。二、通用高分子材料(一)塑料(1)改善塑料性能的加工助剂：为提高柔韧性加入增塑剂，为提高耐热性加入热稳定剂，为赋予它各种漂亮的颜色加入着色剂……。(2)分类1．聚乙烯高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比比较项目高压法聚乙烯低压法聚乙烯聚合反应条件150MPa～300MPa,200℃左右，使用引发剂0.1MPa～2MPa,60～100℃，使用催化剂高分子链的结构含有较多支链支链较少密度/(g·cm－3)0.91～0.930.94～0.97软化温度/℃105～120120～140主要性能无毒，较柔软无毒，较硬主要用途生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等生产瓶、桶、板、管等微点拨：①高压法聚乙烯的密度和熔点均低于低压法聚乙烯的原因为高压法聚乙烯的主链有较多的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比低压法聚乙烯的小，熔点和密度也就较低。②两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融。2．酚醛树脂(1)定义：酚醛树脂是酚(如苯酚)与醛(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。(2)合成①在酸性(浓盐酸)下生成线型结构的高分子。其反应方程式为②在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量甲醛与苯酚反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，然后加热继续反应，生成网状结构的酚醛树脂。3．脲醛树脂可以用尿素(H2NCONH2)与甲醛缩聚反应合成其化学方程式为(二)合成纤维1．纤维的分类纤维eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(天然纤维：如羊毛、棉花、蚕丝、麻等,化学纤维\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(再生纤维：如人造丝、人造棉等,合成纤维：如“六大纶”等))))(1)合成纤维：以石油、天然气、煤和农副产品等为原料加工制得的单体，再经过聚合反应而制得的纤维。其原料本身不是纤维。(2)再生纤维：以木材、秸秆等农副产品为原料，经过加工处理得到的纤维。(3)六纶包括：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶。其性能具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点，除维纶外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不足。2．常见合成纤维的合成(1)涤纶——聚对苯二甲酸乙二酯纤维合成方程式为(2)聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)合成方程式为(3)高强度芳纶纤维合成(三)合成橡胶1．天然橡胶的单体为异戊二烯即2­甲基­1,3­丁二烯，合成反应方程式为2．合成橡胶(1)优良性能有耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等。(2)顺丁橡胶合成方程式为(3)橡胶的硫化将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，以二硫键(—S—S—)等把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的顺丁橡胶。微点拨：绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性元素(如硫)，故橡胶有较强的还原性。因此，在实验室中盛放强氧化性物质(如高锰酸钾)的试剂瓶不能用橡胶塞。三、功能高分子材料常见功能高分子材料有高分子分离膜、高分子催化剂、磁性高分子、记忆高分子、高吸水性材料、医用高分子材料、高分子药物等。1．高吸水性树脂(1)改进思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子。(2)合成方法：①淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性。在它们的主链上再接入带有强亲水基团的支链，以提高它们的吸水能力。如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生共聚后与交联剂反应生成具有网状结构的淀粉­聚丙烯酸钠高吸水性树脂。②以带有强亲水基团的化合物为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联剂，在一定条件下发生聚合，得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。聚丙烯酸钠的结构简式为。2．高分子分离膜(1)原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质则被截留在膜的另一侧，成为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。(2)分类：分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。(3)应用：高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)三大合成材料是指塑料、合成纤维和合成橡胶。 ()(2)高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点高。 ()(3)苯酚与甲醛通过缩聚反应一定形成线状结构高分子。 ()(4)人造丝与人造棉为合成纤维。 ()(5)天然橡胶易被氧化是因为其链节中有碳碳双键。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2．橡胶的硫化程度越高，强度越大，但弹性越差。下列橡胶制品中，硫化程度最高的是()A．医用乳胶手套 B．皮鞋胶底C．自行车内胎 D．橡皮筋[答案]B3．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，天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，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______________，天然橡胶加入适量的硫化剂进行硫化后，其结构由________________变成________________，因而硫化橡胶________(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”)褪色。[解析](1)由天然橡胶的结构简式可知，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，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)天然橡胶的单体是，其分子中含有碳碳双键，能发生加成反应，故能使溴水褪色。[答案](1)天然橡胶是线型高分子线型结构网状结构(或体型结构)不能(2)能高分子材料的结构及其性能1．聚乙烯材料具有一定弹性的原因是什么？[提示]聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转，使分子链不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态，当有外力作用时，卷曲的高分子链被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢复卷曲状态。2．苯酚在盐酸和浓氨水作用下与甲醛缩聚形成的酚醛树脂在结构上有什么不同？[提示]盐酸作用下，生成线型结构高分子；浓氨水作用下，生成网状结构高分子。3．高分子材料在结构上可分为哪几种材料？[提示]线型结构、支链型结构、网状(体型)结构三种。4．天然橡胶的单体是什么？链节是什么？写出结构简式。[提示]5．高吸水性树脂比一般性吸水材料在结构上主要差别是什么？[提示]高吸水性树脂的分子链上连有强亲水基团的支链，提高了吸水能力。1．高分子材料的结构及其性能高分子化合物有线型、支链型和网状结构，它们的结构及性质特点如下表：基本结构类型结构特点性能特点举例线型结构由许多链节相互连成一条长链的高聚物具有高弹性，在适当的溶剂中能缓慢溶解，加热能熔融，硬度和脆度较小(热塑性)低压聚乙烯支链型结构支链型结构与线型结构类似，是由许多链节相互连成一条长链的高聚物，但是在链节的主链上存在支链熔点、密度比线型结构的更低高压聚乙烯网状结构(体型结构)一般由多官能团单体相互作用，使主链与主链之间以共价键相连接，形成三维空间的立体网状结构不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆度较大；不能反复熔化，只能一次加工成型(热固性)碱作催化剂时制备的酚醛树脂2.常见“六纶”的结构简式、单体和性能名称结构简式单体性能用途涤纶抗皱性好、强度高、耐酸腐蚀、耐磨、吸湿性差衣料、室内装修材料、电绝缘材料、绳索、渔网等锦纶耐磨、强度高、耐光、耐碱、有弹性衣料、绳索、渔网等腈纶CH2=CH—CN弹性高、保温性能好、耐光、耐酸但不耐碱衣料、毛毯、幕布、工业用布等丙纶CH2=CH—CH3机械强度高、电绝缘性好、耐化学腐蚀、质轻、耐油性差可制成薄膜、日常用品、管道、包装材料等维纶CH3COOCH=CH2和HCHO吸湿性优良，有“人造棉花”之称可与棉花混纺，作维棉混纺织物，制成滤布、帆布、传送带等氯纶CH2=CH—Cl难燃，耐酸、碱，吸湿性差可编织窗纱、筛网、网袋与绳子，制成毛线、毛毯、棉絮、滤布等3.常见合成橡胶的单体、结构简式、性能和用途4.高吸水性树脂的结构与性能(1)结构特点：含有强亲水基团，如羧基、羟基、酰氨基等。(2)性能：不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的时间内溶胀，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用。(3)制取高吸水性树脂的方法①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子主链上再接入带有强亲水基团的支链，以提高它们的吸水能力。②以带有强亲水基团的化合物，如丙烯酸钠CH2=CH—COONa等为单体，均聚或两种单体共聚得到亲水性高聚物。1．有甲、乙两种高聚物，甲能溶于有机溶剂，加热可熔融；乙不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中错误的是()A．高聚物甲可能具有弹性，而高聚物乙没有弹性B．高聚物甲可能是线型高分子化合物材料C．高聚物甲一定是体型高分子化合物材料D．高聚物乙一定是体型高分子化合物材料C[根据题意可知，甲为热塑性高分子材料，乙为热固性高分子材料，故甲可能是线型高分子化合物材料也可能是支链型高分子化合物材料，乙一定是体型高分子化合物材料，所以选项C错误。]2．PVC是聚氯乙烯的英文缩写，为保证PVC塑料制品的性能，通常需要加入多种有机助剂。下列选项中的事实均能支持“PVC保鲜膜对人体健康带来危害”这种假设的是()①PVC塑料属于高分子材料②使用的有机助剂有毒③含氯的化合物不一定有毒④在高温下会分解出有害物质A．①② B．③④C．②④ D．①③C[聚氯乙烯是一种高分子化合物，在日常生活中应用非常广泛，但在高温或光照老化过程中会分解出HCl等有害物质，同时其所含的增塑剂(有机助剂)有毒，不宜用聚氯乙烯塑料制品盛装食品或直接接触食品。②④符合要求。]3．奥运吉祥物福娃外材料为纯羊毛线，内充物为无毒的聚酯纤维()。下列说法正确的是()A．羊毛与聚酯纤维的化学成分相同B．聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能水解C．该聚酯纤维单体为对苯二甲酸和乙醇D．由单体合成聚酯纤维的反应属于加聚反应B[羊毛的主要成分为蛋白质，A项错误；聚酯纤维能水解生成对苯二甲酸和乙二醇，而羊毛水解最终产物为氨基酸，B项正确，C项错误；合成聚酯纤维的反应为缩聚反应，D项错误。]4．橡胶是一种重要的战略物资，一般分为天然橡胶和合成橡胶两类。丁苯橡胶是合成橡胶的一种，其结构简式为。下列说法正确的是()C．装液溴或溴水的试剂瓶可用丁苯橡胶作瓶塞D．丁苯橡胶会老化D[丁苯橡胶是通过1,3­丁二烯(CH2=CH—CH=CH2)和苯乙烯()发生加聚反应得到的；由于链节中含有碳碳双键，故丁苯橡胶能与溴发生加成反应，因此装液溴或溴水的试剂瓶不能用丁苯橡胶作瓶塞；丁苯橡胶受氧气、臭氧、日光，特别是高能辐射的作用会老化。]5．聚丙烯酸钠(单体为CH2=CHCOONa)是一种高性能吸水树脂，可在干旱地区用于农业、林业、植树造林时的抗旱保水。下列关于聚丙烯酸钠的说法正确的是()A．聚丙烯酸钠的结构简式为B．聚丙烯酸钠可以通过单体发生缩聚反应制得C．聚丙烯酸钠具有热塑性D．聚丙烯酸钠是一种网状结构的高分子材料C[碳碳双键能发生加聚反应，所以聚丙烯酸钠的结构简式为CH，A、B项不正确；聚丙烯酸钠是一种线型结构的高分子材料，具有热塑性，C项正确，D项不正确。]白色污染与高分子降解(1)废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。为了根除“白色污染”，人们联想到淀粉、纤维素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光线的光敏剂的帮助下也能降解的事实，研究出微生物降解和光降解两类高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再进一步转变为CO2和H2O等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用下，高分子的化学键被破坏而发生降解。它们为消除“白色污染”带来了希望。(2)一些微生物降解高分子，如聚乳酸()具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可以用于手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释材料等，手术后不用拆线或取出固定材料，减轻了患者与医生的负担。现在还出现了聚乳酸与淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和药品包装等；以及加入光敏剂的聚乙烯等光降解塑料，可用于农用地膜、包装袋等。近年来，我国科学工作者已成功研究出以CO2为主要原料生产可降解高分子材料的技术。CO2是稳定分子，要让它转化为高分子是很困难的。然而他们发现稀土催化剂能活化CO2，使之与环氧丙烷()等反应生成聚合物。这种工艺目前已投入小规模生产，为消除“白色污染”和减轻温室效应作出了贡献。(1)废弃塑料成为白色污染的根本原因是什么？为了根除白色污染，人们研究出了哪两类材料？(2)写出聚乳酸合成的化学方程式，指明反应类型。(3)用聚乳酸与淀粉混合制成的降解塑料容易降解的原因是什么？(4)在特定催化剂作用下，CO2与环氧丙烷()发生聚合反应生成聚合物，写出化学方程式和反应类型。[提示](1)在自然界中降解非常慢。微生物降解高分子和光降解高分子材料。(2)＋(n－1)H2O。缩聚反应。(3)聚乳酸或淀粉在自然界中可以发生水解。通过对白色污染与高分子降解的学习，培养学生“科学探究与社会责任”的核心素养。1．下列说法正确的是()A．合成纤维和人造纤维统称为化学纤维B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是热固性塑料C．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦羽毛的气味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末D．可以将合成材料和塑料制品废弃物倾倒到海洋中进行处理A[合成纤维和人造