高中化学必修第二册 乙烯与高分子材料知识清单

高中化学必修第二册乙烯与高分子材料知识清单一、乙烯的结构与性质：不饱和烃的基石（一）乙烯的分子结构【基础】▲乙烯是最简单的烯烃，其独特的结构决定了它活泼的化学性质，是连接饱和烃与复杂官能团化学的桥梁。1、分子式：C₂H₄。从分子式可以看出，乙烯分子中氢原子的数目远小于对应的烷烃（乙烷C₂H₆），体现了其“不饱和”的特性。【重要】2、结构式：乙烯分子中含有碳碳双键，其结构式可以表示为：H₂C=CH₂，其中“=”代表碳碳双键，是乙烯的官能团。3、电子式：两个碳原子之间通过两对共用电子对形成共价双键，每个碳原子再与两个氢原子各形成一对共用电子对。4、空间构型：乙烯的所有原子处于同一平面上。具体来说，两个碳原子和四个氢原子共面，形成平面结构，其键角约为120°。这是一个【高频考点】，常用于判断有机物原子的共面问题。【难点】（二）乙烯的物理性质【基础】乙烯在常温常压下是一种无色、稍有气味的气体。它的密度比空气略小，极难溶于水（这一点与烷烃相似，是采用排水法收集乙烯的依据）。在加压、降温条件下，乙烯可变为液体或固体。（三）乙烯的化学性质：官能团决定性质【核心】★乙烯的化学性质主要由其官能团——碳碳双键决定。双键中有一个键不稳定，容易断裂，因此乙烯表现出活泼的化学性质，易发生加成、氧化和加聚反应。1、氧化反应【高频考点】（1）燃烧反应：乙烯在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。化学方程式：C₂H₄+3O₂→2CO₂+2H₂O（点燃）现象：火焰明亮，并伴有黑烟。产生黑烟的原因是乙烯中碳的质量分数较大（85.7%），燃烧不完全，有碳微粒析出。这一现象常用于鉴别甲烷（燃烧火焰呈淡蓝色，无烟）和乙烯。（2）被酸性高锰酸钾溶液氧化：乙烯能使酸性高锰酸钾溶液（一种强氧化剂）褪色。这是由于乙烯中的碳碳双键被高锰酸钾氧化，生成二氧化碳等物质，同时高锰酸钾本身被还原为无色的Mn²⁺。此反应常用于鉴别烷烃（如甲烷、乙烷）和烯烃（如乙烯），但不能用于除杂，因为反应会引入新的二氧化碳杂质。2、加成反应【核心考点】★★加成反应是有机物分子中的不饱和键（如双键、三键）两端的原子与其他原子或原子团直接结合生成新化合物的反应。这是烯烃的特征反应。（1）与溴的加成：乙烯通入溴的四氯化碳溶液（或溴水）中，可以使溴的四氯化碳溶液（红棕色）或溴水（橙黄色）褪色。反应的实质是乙烯双键中的一个键断裂，两个溴原子分别加到两个不饱和碳原子上，生成无色的1,2二溴乙烷（液态）。化学方程式：CH₂=CH₂+Br₂→CH₂BrCH₂Br工业上常用该反应来测定乙烯的含量，并利用此原理制备重要的化工原料。这是鉴别甲烷和乙烯的【最常用方法】。（2）与氢气的加成：在催化剂（如Ni、Pt、Pd）和加热条件下，乙烯与氢气发生加成反应，生成乙烷。化学方程式：CH₂=CH₂+H₂→CH₃CH₃（催化剂、加热）该反应可将不饱和烃转化为饱和烃，在石油炼制工业中用于提高汽油等产品的稳定性。（3）与水的加成：在加热、加压和有催化剂（如磷酸/硅藻土）存在的条件下，乙烯与水（HOH）发生加成反应，生成乙醇。化学方程式：CH₂=CH₂+H₂O→CH₃CH₂OH（催化剂、加热、加压）这是工业上制备乙醇的一种重要方法，称为乙烯水化法。与传统的粮食发酵法相比，该方法成本低，产量大，能节省大量粮食。（4）与卤化氢的加成：乙烯与卤化氢（如HCl、HBr）发生加成反应，生成卤代烷。化学方程式：CH₂=CH₂+HCl→CH₃CH₂Cl（氯乙烷）氯乙烷在临床上可用作局部麻醉剂（冷冻麻醉）。3、加聚反应【重要】在一定条件下，乙烯分子中的不饱和键断裂，通过相互加成的方式，结合成相对分子质量巨大的高分子化合物——聚乙烯。这种由相对分子质量小的化合物（单体）分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。化学方程式：nCH₂=CH₂→[CH₂CH₂]n（一定条件）其中，CH₂CH₂表示链节，n表示聚合度，反映高分子链的长度。聚乙烯是一种常见的塑料，无毒，可用于制作食品包装袋、保鲜膜等。（四）乙烯的用途与工业地位乙烯是石油化学工业最重要的基础原料之一，其产量可以用来衡量一个国家石油化学工业的发展水平【热点】。它主要用于：1、有机化工原料：用于制取乙醇、乙二醇、环氧乙烷、氯乙烯、苯乙烯等重要有机化工产品。2、植物生长调节剂：乙烯是一种植物激素，具有催熟果实的作用。例如，未成熟的青香蕉和柿子，用乙烯或乙烯利处理后可加速成熟。二、烃的概述与乙烯的同系物（一）烃的概念与分类【基础】仅含碳和氢两种元素的有机化合物总称为烃，也称为碳氢化合物。根据碳骨架和键的饱和程度，烃可分为：1、饱和烃：分子中碳原子之间全部以单键结合，每个碳原子剩余的价键全部与氢原子结合，达到“饱和”。如烷烃（通式C_nH_{2n+2}，n≥1）。2、不饱和烃：分子中含有碳碳双键或碳碳三键等不饱和键的烃。如烯烃（含有C=C，通式C_nH_{2n}，n≥2）、炔烃（含有C≡C）。（二）烯烃【拓展】分子中含有碳碳双键（C=C）的烃叫做烯烃。乙烯是最简单的烯烃。1、烯烃的通式：C_nH_{2n}（n≥2）。2、烯烃的物理性质：随着碳原子数的增加，熔沸点逐渐升高，密度逐渐增大。常温下，n≤4的烯烃为气体。3、烯烃的化学性质：由于都含有相同的官能团——碳碳双键，所以烯烃的化学性质与乙烯类似，都能发生氧化反应（使酸性高锰酸钾褪色）、加成反应和加聚反应。（三）典型考查：原子共面问题【难点】▲在有机结构推断题中，常考查原子共面问题。需要掌握甲烷（正四面体）、乙烯（平面型）、乙炔（直线型）、苯（平面正六边形）的基本结构，并能组合分析复杂分子的空间构型。乙烯的平面结构是分析的基础。三、有机高分子材料：从天然到合成【应用】（一）有机高分子化合物概述1、概念：指相对分子质量很大（通常高达10^4~10^6）的有机化合物。简称高分子，有时也称聚合物或高聚物。2、基本特征：（1）相对分子质量大，但通常是一个平均值（n值不同），因此高分子材料是混合物【重要概念】。（2）结构特点：由简单的结构单元（链节）重复连接而成。3、分类：（1）按来源分：天然有机高分子材料（如棉花、羊毛、天然橡胶、木材、蚕丝等）和合成有机高分子材料（如塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等）。（2）按受热行为分：【高频考点】★A、热塑性塑料：具有线性结构的高分子材料。受热时，分子间作用力减弱，易发生滑动，因此可以熔化、软化和反。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。B、热固性塑料：具有体型网状结构的高分子材料。在形成初期也是线性的，但成型时发生交联，形成网状结构。一经成型，受热时不能再熔化或软化，不能反复重塑。如酚醛树脂（电木）、脲醛塑料等。（3）按用途分：通用高分子材料、功能高分子材料、复合材料等。（二）三大合成材料【核心】1、塑料（1）成分：主要成分是合成树脂，此外还根据需要加入了各种添加剂，如增塑剂（提高柔韧性）、稳定剂（防止老化）、着色剂等。（2）常见塑料及其用途：【基础】A、聚乙烯（PE）：如上述，是用途最广泛的塑料之一，可用于生产食品包装袋、保鲜膜、餐具、容器、管材等。B、聚氯乙烯（PVC）：力学性能好，耐腐蚀，但生产时可能残留氯乙烯单体，且添加剂可能有毒，不能用于食品包装。常用于制造电线电缆绝缘层、管道、人造革、地板革等。【易错点：聚氯乙烯有毒，不可用于食品包装】C、聚苯乙烯（PS）：具有良好的透明性和电绝缘性，易于着色和加工，但质地脆、耐热性差。常用于制作一次性餐具、文具、玩具、电器外壳、泡沫塑料等。D、聚四氟乙烯（PTFE）：被称为“塑料王”【热点】。它具有极其优异的耐化学腐蚀性（甚至耐王水），耐高低温（200℃~260℃），摩擦系数极低，且不黏附任何物质。常用于制造不粘锅涂层、密封件、耐腐蚀管道、医疗器材等。2、合成纤维（1）纤维的分类：【基础】A、天然纤维：如棉花（主要成分纤维素）、羊毛、蚕丝（主要成分蛋白质）、麻等。B、化学纤维：又分为人造纤维（以天然纤维素为原料加工而成，如黏胶纤维）和合成纤维（以石油、天然气等为原料，经合成加工制成，如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶，常称为“六大纶”）。（2）合成纤维的特点：强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水。但吸湿性和透气性较差。（3）常见合成纤维及用途：【基础】A、涤纶（聚酯纤维）：最重要的合成纤维，挺括抗皱，保形性好，广泛用于衣料、工业帘子线等。B、锦纶（聚酰胺纤维）：俗称尼龙，耐磨性最强，强度高，弹性好，用于袜子、绳索、渔网等。C、腈纶（聚丙烯腈纤维）：蓬松柔软，保暖性好，号称“合成羊毛”，用于毛衣、毛毯、人造毛皮等。3、合成橡胶（1）橡胶的分类：天然橡胶（主要成分为聚异戊二烯）和合成橡胶。（2）天然橡胶的结构与硫化：天然橡胶是线型高分子，具有弹性，但强度、韧性、耐热性和化学稳定性不够理想。工业上常用硫与橡胶作用进行橡胶硫化【重要工艺】，使线型的高分子链之间通过硫原子形成化学键（交联），产生交联，形成网状结构。硫化后的橡胶称为硫化橡胶，具有更好的强度、韧性、弹性和化学稳定性。（3）常见合成橡胶：如丁苯橡胶（综合性能好，是产量最大的通用橡胶）、顺丁橡胶（弹性、耐磨性和耐低温性好）、氯丁橡胶（耐油、耐化学腐蚀、耐老化，有“万能橡胶”之称）等。（4）合成橡胶的用途：广泛用于制造轮胎、密封件、胶管、胶带、电线电缆绝缘层等。（三）新型有机高分子材料【拓展】随着科技发展，人们合成了许多具有特殊功能的高分子材料。1、功能高分子材料：指在合成或天然高分子原有性能之外，再赋予其特定的功能（如光、电、磁、催化、生物活性等）的高分子材料。（1）高吸水性材料：如聚丙烯酸钠，能吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水，且保水性强。可用于制作婴儿纸尿裤、农用保水剂、工业脱水剂等。（2）导电高分子材料：如聚乙炔、聚苯胺等，经过掺杂后具有导电性，可用于制造轻质电池、电磁屏蔽材料、传感器等。（3）医用高分子材料：要求具有生物相容性，不引起排斥反应。可用于制造人造心脏瓣膜、人工血管、人工关节、手术缝合线、药物缓释载体等。2、复合材料（1）概念：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料。一种材料作为基体，另一种材料作为增强材料，从而在性能上取长补短。（2）实例：【基础】A、玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）：以合成树脂为基体，玻璃纤维为增强材料。其强度堪比钢材，但密度小，同时具有耐腐蚀、绝缘性好、易加工等优点。广泛用于制造船体、汽车外壳、水箱、游乐设施等。B、碳纤维增强复合材料：以树脂、金属或陶瓷为基体，碳纤维为增强材料。具有强度极高、密度小、耐高温等优异性能，用于航空航天（飞机机身、火箭部件）、高端体育用品（网球拍、自行车架）等领域。四、考点、考向与解题策略（一）乙烯相关考点【重中之重】▲▲1、考向一：乙烯的分子结构。考查原子共面问题（必考），需明确乙烯是平面结构，键角120°。2、考向二：乙烯的化学性质。【高频考点】（1）鉴别题：通常给出甲烷、乙烯等，要求选择试剂（溴水或酸性高锰酸钾溶液）进行鉴别。需注意：酸性高锰酸钾溶液只能鉴别不能除杂（乙烯被氧化成CO₂），溴水既可鉴别也可用于除杂（乙烯与Br₂加成生成液态二溴乙烷）。【易错点】▲（2）除杂题：甲烷中混有乙烯，通常选择溴水进行洗气，而不能用酸性高锰酸钾。（3）反应类型判断题：给出反应，判断属于加成、氧化还是加聚。需明确“碳碳双键变单键，加上其他原子”是加成；“使高锰酸钾褪色”是氧化；“小分子变大分子”是加聚。（4）方程式书写题：乙烯与Br₂、H₂O、H₂等的加成反应，加聚反应（nCH₂=CH₂→[CH₂CH₂]n）。3、考向三：乙烯的用途。乙烯是石油化工水平的标志，以及催熟果实的功能。4、解题步骤：（1）审题：看清题目要求是“鉴别”还是“除杂”。（2）分析物质结构：找出官能团（C=C）。（3）回顾性质：根据官能团推断可能发生的反应。（4）选择试剂与方法：鉴别要选择有明显现象差异的试剂（如溴水褪色、高锰酸钾褪色）；除杂要选择只与杂质反应且不引入新杂质的试剂（如用溴水除去甲烷中的乙烯）。（二）有机高分子材料相关考点【重要】1、考向一：三大合成材料的识别与分类。（1）常见题型：给出材料名称，判断是否属于合成材料，或判断属于哪类合成材料。如：棉花（天然纤维）、尼龙（合成纤维）、涤纶（合成纤维）、电木（热固性塑料）、聚乙烯（热塑性塑料）、玻璃钢（复合材料）。【基础】2、考向二：热塑性与热固性的区别。【高频考点】（1）判断依据：结构决定性质。线性结构（热塑性）vs网状结构（热固性）。常结合生活实例，如“电木插座破裂后能否热修补？”（答案：不能，因为电木是热固性塑料，受热不熔化）。3、考向三：高分子单体的推断。【难点】▲（1）由加聚产物推单体：见到主链全为碳原子，通常是加聚产物。将链节两端的“半个键”闭合，若主链有两个碳原子，则单体为一种（如乙烯）；若有四个碳原子，且中间有双键，则单体可能为一种（如1,3丁二烯）或两种（乙烯和丙烯）。（2）解题方法：“断键两两结合法”或“弯箭头法”。4、考向四：橡胶的硫化及“白色污染”。（1）硫化目的：使线型结构交联成网状结构，提升性能。【重要】（2）白色污染：指废弃的塑料制品（特别是塑料袋、农用地膜等）对环境造成的污染。治理措施包括减少使用、重复使用、回收利用、研发可降解塑料等。（三）易错点与思维陷阱总结1、乙烯使酸性高锰酸钾褪色是氧化反应，使溴水褪色是加成反应。两者原理不同，不可混淆。2、不能错误地认为聚乙烯也能使溴水或酸性高锰酸钾褪色。聚乙烯中已无碳碳双键，化学性质与烷烃类似，相对稳定。3、所有烯烃均能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色，这是烯烃的通性。4、塑料不完全等同于合成材料，有些塑料是以纤维素等天然高分子为原料加工