高中化学讲义基础课时19　合成高分子的基本方法

基础课时19合成高分子的基本方法课标要求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。合成高分子的基本方法1.高分子的特点(1)高分子的合成是利用有机物相互反应的性能，得到相对分子质量较大的高分子过程。(2)高分子的特点①高分子的相对分子质量比一般有机物大得多，通常在104以上。②高分子的相对分子质量是一个平均值，聚合反应得到的是分子长短不一的混合物。2.加成聚合反应(1)概念由单体分子间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。反应生成的聚合物称为加成聚合物，简称加聚物。(2)加聚物的组成与结构(以聚氯乙烯为例)已知聚氯乙烯的结构简式为。①单体：能合成高分子的小分子物质称为单体。由此可知聚氯乙烯的单体是CH2=CHCl。②链节：高分子链中可重复的最小结构称为链节，又称重复结构单元。聚氯乙烯的链节是—CH2—CHCl—。③聚合度：高分子链中含有的链节数目称为聚合度，通常用n表示。④加聚物的平均相对分子质量：加聚物的平均相对分子质量＝链节的相对质量×n。3.缩合聚合反应(1)概念：由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。反应生成的聚合物称为缩合聚合物，简称缩聚物。(2)反应特点①在生产缩聚物的同时，还伴有小分子的副产物(如H2O等)的生成。②大多缩聚反应是可逆反应，为提高产率，并得到具有较高聚合度的缩聚物，需要及时移除反应产生的小分子副产物。(3)书写缩聚物和缩聚反应方程式注意事项①书写缩聚物的结构简式时，要注明端基原子或原子团。②书写缩聚反应化学方程式时要两个“注明”，一是注明“n”。二是注明生成小分子的个数，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。(4)实例——缩聚反应方程式的书写①己二酸[]与乙二醇(HOCH2CH2OH)发生缩聚反应的方程式为＋(2n－1)H2O。②6－羟基己酸发生缩聚反应的方程式为nHOOC(CH2)5OHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))。1.下列关于聚合物A和聚乙炔CH=CH的说法正确的是()A.二者均存在单双交替的结构B.二者在汽油中有一定的溶解C.可以用溴水鉴别两种高聚物D.二者的单体互为同分异构体答案B解析CH=CH的链节为—CH=CH—，存在单双交替的结构，而的链节为—CH2—C(CH3)=CH—CH2—，两个双键之间含有3个单键，不存在单双交替的结构，A错误；二者均为有机物，汽油为有机溶剂，一般情况下，有机物易溶于有机溶剂，所以二者在汽油中有一定的溶解，B正确；和CH=CH中均含有碳碳双键，二者都能够使溴水褪色，无法用溴水鉴别，C错误；、CH=CH的单体分别为、CH≡CH，和CH≡CH的分子式不同，不属于同分异构体，D错误。2.有一种叫HEMA的高分子材料，具有良好的光学性能，还具有良好的透气性和亲水性，是用来制备软质隐形眼镜的优质材料。其结构片段如图，下列有关该高分子的说法错误的是()A.生成该聚合物的反应属于加聚反应B.该聚合物的单体由CH3—CH=CH—COOH和CH3CH2OH合成C.该聚合物分子中存在大量的—OH，所以具有较好的亲水性D.该聚合物的结构简式为答案B解析根据图示可知，该聚合物为，可知高分子可由单体发生加聚反应制得，而其单体可由和HOCH2CH2OH发生酯化反应制得，该高分子的分子中存在大量的—OH，和水能形成氢键，所以具有较好的亲水性，故说法错误的为B项。【题后归纳】1.巧记加聚反应产物的书写方法(1)单烯加聚双改单，链节主链两个碳，其他部分连原碳，写成支链不改变。(2)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。(3)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。2.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，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CH3—CH=CH2。(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。由加聚物推断单体的方法可简要总结为“两两一组，组间断1键，组内加1键。”3.有下列几种高分子化合物。其中是由两种不同的单体缩聚而成的是()A.①③④⑤ B.③④⑤C.③⑤ D.①②③④⑤答案C解析根据单体判断的“断键法”“弯键法”，可知：①是加聚物，单体是苯乙烯；②是加聚物，单体是2－氯－1，3－丁二烯；③是缩聚物，单体是苯酚和甲醛；④是加聚物，单体是乙烯和丙烯；⑤是缩聚物，单体是对二苯甲酸和乙二醇。4.聚合物商品Kode1的结构简式(假设为理想单一结构)如下：下列有关该聚合物的叙述正确的是()A.此聚合物不可降解B.对应的聚合单体为3个C.可通过加聚反应制备D.若平均相对分子质量为15650，则平均聚合度n为56答案D解析由结构简式可知，聚合物一定条件下能发生水解反应生成和，所以聚合物可以降解，A错误；由结构简式可知，和一定条件下发生缩聚反应生成高聚物和甲醇，所以对应的聚合单体为2个，B、C错误；由结构简式可知，若平均相对分子质量为15650，平均聚合度n＝eq\f(15650－306,274)＝56，D正确。【题后归纳】由缩聚物推断单体的方法(1)若聚合物为或，其单体必为一种，去掉中括号和n即可。如的单体为；的单体是。(2)当链节中含有结构时，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：①的单体为和HO(CH2)4OH。②去掉中括号和n再水解的单体为H2NCH2COOH和。1.下列有关叙述正确的是()A.有机玻璃()由CH2=C(CH3)COOCH3发生缩聚反应合成B.聚丙炔()由丙炔发生加聚反应合成C.CO2和环氧乙烷发生缩聚反应合成聚碳酸酯()D.甲醛和苯酚发生加聚反应合成酚醛树脂()答案B解析有机玻璃可以看出该分子为－CH2－CH－碳链的延伸，该物质为加聚反应合成，单体为CH2=CH(CH3)COOCH3，A错误；从聚合物来看为—CH＝C—碳链的延伸，该物质为炔烃的加聚反应合成，单体为丙炔，B正确；CO2和环氧乙烷加聚反应得到的产物为，C错误；酚醛树脂是苯酚和甲醛经缩聚形成，D错误。2.聚合物P的结构片段如图所示(图中表示链延长)。下列说法不正确的是()已知：X为Y为。A.聚合物P中有酯基，能水解B.聚合物P的合成反应为缩聚反应C.聚合物P的原料之一可由油脂水解获得D.聚合物P的单体为邻苯二甲酸和乙二醇答案D解析X为，Y为，则P的链节为，含有酯基，聚合物P能发生水解反应，A正确；缩聚反应为单体经多次缩合而聚合成大分子的反应，该反应常伴随着小分子的生成，由P的结构片段可以看出，合成P的过程中伴随有小分子生成，发生缩聚反应，B正确；油脂是一种酯，在酸性条件和碱性条件下水解都可得到丙三醇，C正确；由P的链节可知单体为邻苯二甲酸和丙三醇，D错误。3.小分子物质a通过选择性催化聚合可分别得到聚合物b、c，下列说法正确的是()A.a中含有酯基B.a分子中所有碳原子一定共平面C.a与足量H2加成后的产物中含有两个手性碳原子D.反应①和②均属于加聚反应答案A解析由反应结合a化学式可知，a结构为，含有酯基，A正确；a分子中含两个直接相连的饱和碳原子，故所有碳原子不共平面，B错误；a与足量H2加成后的产物为，含有1个手性碳原子(已标出)，C错误；反应①属于加聚反应；②为酯基先水解后再发生缩聚反应生成的，D错误。4.NPG是一种白色结晶固体，熔点124～130℃，沸点210℃，主要用来生产聚酯树脂、无油醇酸树脂等。已知：NPG的结构简式为，试回答下列问题：(1)有关NPG的说法正确的是(填字母序号)。A.NPG与乙二醇互为同系物B.NPG可命名为2，2－二甲基－1，3－丙二醇C.NPG在一定条件下能发生消去反应D.研究确定NPG的结构，需经重结晶提纯并干燥，通过元素定量分析确定分子组成、相对分子质量，再通过波谱分析确定其结构(2)NPG可与丙二酸缩聚形成一种用途非常广泛的聚酯，该反应的化学方程式：_________________________________________。答案(1)ABD(2)＋nHOOC—CH2—COOHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))＋(2n－1)H2O解析(1)由NPG的结构简式知，与羟基相连的碳原子相邻碳原子上无氢原子，不能发生消去反应。(2)与HOOC—CH2—COOH发生缩聚反应生成。A级合格过关练1.(2023·芜湖一中高二月考)下列对于有机高分子化合物的认识不正确的是()A.有机高分子化合物称为高聚物，因为它们大部分由小分子通过聚合反应制得B.有机高分子化合物的相对分子质量很大，但结构并不复杂C.对于一块高分子材料，n是一个正整数，因而它的相对分子质量是确定的D.高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类答案C解析有机高分子化合物分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类，合成高分子化合物主要由加聚、缩聚两类反应制备，加聚和缩聚是聚合反应的两个类型，A正确；有机高分子一般是由小分子聚集而成，相对分子质量较大，强度也较大，但结构相对来说并不复杂，B正确；对于一块高分子材料来说，n是一个不确定数值，因而它的相对分子质量是不确定的，C错误；材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类，D正确。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()①CH2=CH—CH=CH2②CH3—C≡C—CH3③CH2=CH—CN④CH3—CH=CH—CN⑤CH3—CH=CH2⑥CH3—CH=CH—CH3A.③⑥ B.②③C.①③ D.④⑤答案C解析该高聚物链节主链不含杂原子，属于加聚反应生成的高聚物，链节主链上存在碳碳双键结构，有6个碳原子，其单体必为两种，按如图所示断开：，再将双键中的1个C—C打开，然后将半键闭合即可得两种单体：CH2=CH—CH=CH2、CH2=CH—CN，故选C。3.聚乳酸可在乳酸菌作用下降解，下列有关聚乳酸的说法正确的是()A.聚乳酸是一种纯净物B.聚乳酸不含酯基官能团C.聚乳酸的单体为D.聚乳酸是由单体之间通过加聚反应合成的答案C解析高分子是混合物，A错误；由聚乳酸的结构可知，该物质是由乳酸的羟基和羧基脱水而生成的，属于缩聚反应，D错误；聚乳酸中含有酯基，B错误。4.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()A.nCH2=CH—CNeq\o(→,\s\up7(一定条件))CH2—CH—CN加聚反应B.＋nHCHOeq\o(→,\s\up7(一定条件))＋(n－1)H2O加聚反应C.eq\o(→,\s\up7(一定条件))加聚反应D.nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up7(一定条件))缩聚反应答案C解析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。5.下列高聚物一定是由两种单体缩聚而成的是()答案D解析A项是由单体2－甲基－1，3－丁二烯加聚而成的，故A项错误；B项是由1，3－丁二烯和丙烯加聚而成的，故B项错误；C项，聚氯乙烯是由氯乙烯加聚而成的，故C项错误；D项是由乙二酸和乙二醇缩聚而成的，故D项正确。6.可降解有机高分子C合成原理如下：下列说法不正确的是()A.A完全水解只能得到两种氨基酸B.单体B结构简式是C.有机物C可发生加成反应和水解反应D.该反应属于缩聚反应答案A解析A中2个肽键，完全水解生成的氨基酸相同，只能得到一种氨基酸，A错误；根据C的结构可知，A和B发生缩聚反应生成C，则单体B结构简式是，故B正确；有机物C中含有肽键可发生水解反应，含有苯环，可发生加成反应，C正确；A和B生成C的反应属于缩聚反应，D正确。7.(2023·长沙高二月考)聚酰胺树脂材料具有较好的耐热性、耐水性。一种高分子聚酰胺树脂的合成过程为：下列有关说法正确的是()A.有机物A中所有原子可能共平面B.1mol该树脂最多与2molNaOH反应C.有机物A和有机物B是合成该聚酰胺树脂的单体，A和B的核磁共振氢谱中都只有2组峰D.该树脂是由有机物A和有机物B通过加聚反应得到答案A解析有机物A中苯环上的碳原子和羧基上的碳原子均为sp2杂化，由于单键可以旋转，羟基上的氢原子也可能转入共面，所有原子可能共平面，A正确；除了最左端的两个羧基，该树脂中含有的酰胺基与NaOH反应，1mol该树脂最多与4nmolNaOH反应，B错误；单体A中有2种等效氢，但单体B中有3种等效氢，B的核磁共振氢谱中有3组峰，C错误；单体A和B发生缩聚反应，生成该高分子聚酰胺树脂和水，D错误。8.写出由下列单体生成聚合物的化学方程式。(1)nCH3COOCH=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))______________________________________。(2)nCH2=CH2＋nHC≡CHeq\o(→,\s\up7(催化剂))__________________________________。(3)nHOCH2COOHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))_____________________________________。(4)＋nHO(CH2)4OHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))_______________________。答案(1)(2)CH2—CH2—CH=CH(3)(4)＋(2n－1)H2OB级素养培优练9.环氧树脂黏合剂A，可由X和Y在一定条件下合成。下列说法正确的是()A.X含有3种官能团B.X和Y可通过加聚反应合成AC.相同条件下，苯酚也可以和X反应生成结构与A相似的高分子D.调节X和Y的用量，可得到相对分子质量不同的A答案D解析X含有碳氯键、醚键2种官能团，A错误；X、Y中均含有2个官能团，可通过缩聚反应合成A，同时生成小分子HCl，B错误；苯酚分子只有1个羟基，不能和X反应生成结构与A相似的高分子，C错误；调节X和Y的用量，使得产物中n不同，可得到相对分子质量不同的A，D正确。10.木质纤维素代替传统的化石原料用于生产对二甲苯可以缓解日益紧张的能源危机，再利用对二甲苯为起始原料结合CO2生产聚碳酸对二甲苯酯可以实现碳减排，路线如下：回答下列问题：(1)鉴别化合物Ⅰ和化合物Ⅱ的试剂为_________________________(写出一种即可)。(2)分析化合物Ⅱ的结构，预测反应后形成的新物质，参考①的示例，完成下表。序号变化的官能团的名称可反应的试剂(物质)反应后形成的新物质反应类型①羟基O2氧化反应②(3)已知化合物Ⅴ的核磁共振氢谱有2组峰，且峰面积之比为2∶3，写出化合物V的结构简式___________________________________________。(4)化合物Ⅲ的同分异构体中符合下列条件的有种(不含立体异构)。①含有环戊二烯()的结构；②O原子不连在sp2杂化的C上。(5)写出Ⅶ生成Ⅷ的化学方程式_______________________________。(6)参照上述信息，写出以丙烯为起始有机原料合成的路线(无机试剂任选)。答案(