高中化学必修第二册 乙烯与有机高分子材料 核心知识清单

高中化学必修第二册乙烯与有机高分子材料核心知识清单一、乙烯的结构与性质（一）乙烯的分子结构【基础】★乙烯是石油化工的重要基础原料，其产量常用于衡量一个国家石油化学工业的发展水平。它是一种植物生长调节剂，可用作水果的催熟剂。1、分子式：C₂H₄。2、电子式：。3、结构式：。4、结构简式：CH₂=CH₂。这是必须掌握的核心写法，其中的碳碳双键（=）不能写错。5、空间构型【非常重要】：乙烯分子中的所有原子均位于同一平面上，即平面形分子。其中，碳碳双键（C=C）不可旋转，键角约为120°。这一结构特点决定了其与烷烃（四面体结构）性质上的巨大差异。（二）乙烯的物理性质【基础】乙烯在常温常压下为无色气体，稍有气味，密度比空气略小，难溶于水。因此，收集乙烯通常不能用排空气法（密度与空气接近，易混入杂质），而采用排水集气法。（三）乙烯的化学性质【核心】乙烯的化学性质主要由其官能团——碳碳双键（C=C）决定。由于双键中有一个键键能较小，容易断裂，因此乙烯的化学性质比较活泼。1、氧化反应【高频考点】（1）燃烧：乙烯在空气中燃烧，火焰明亮且伴有黑烟，放出大量的热。化学方程式为：C₂H₄+3O₂—点燃→2CO₂+2H₂O。生成黑烟的原因是乙烯分子中碳元素的质量分数较大（85.7%），燃烧不完全。（2）被酸性高锰酸钾（KMnO₄）溶液氧化：乙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色。这是由于乙烯被高锰酸钾氧化，而高锰酸钾本身被还原。这一性质可用于鉴别甲烷（烷烃）和乙烯（烯烃）。【重要】但是，需要注意的是，乙烯被氧化后会生成二氧化碳，因此不能使用酸性高锰酸钾溶液来除去甲烷中的乙烯杂质，否则会引入新的杂质气体（CO₂）。2、加成反应【非常重要】定义：有机物分子中不饱和碳原子（如双键或三键两端的碳原子）与其他原子或原子团直接结合生成新化合物的反应。（1）与卤素单质（如溴）的加成：乙烯通入溴水或溴的四氯化碳溶液中，溶液褪色。这是鉴别甲烷和乙烯的常用方法，也是除去乙烷中乙烯杂质的最佳方法。化学方程式：CH₂=CH₂+Br₂→CH₂BrCH₂Br（1，2二溴乙烷，无色油状液体）。【高频考点】该反应常用于定量证明乙烯中含有碳碳双键，因为1mol乙烯恰好与1molBr₂完全反应。（2）与水的加成：在加热、加压和催化剂存在下，乙烯与水反应生成乙醇（CH₃CH₂OH）。这是工业上制备乙醇的一种重要方法。化学方程式：CH₂=CH₂+H₂O—催化剂、加热、加压→CH₃CH₂OH。（3）与氢气的加成：在催化剂（如Ni）和加热条件下，乙烯与氢气反应生成乙烷（CH₃CH₃）。化学方程式：CH₂=CH₂+H₂—催化剂、加热→CH₃CH₃。（4）与卤化氢（如HCl）的加成：乙烯与氯化氢在一定条件下反应生成氯乙烷（CH₃CH₂Cl）。化学方程式：CH₂=CH₂+HCl—催化剂→CH₃CH₂Cl。【易错点剖析】加成反应的特点是“断一加二”，即双键中的一个键断裂，两个原子或原子团分别加到双键两端的碳原子上。产物纯净，无副产物，这一点与烷烃的取代反应有明显区别。3、聚合反应（加聚反应）【热点】定义：由相对分子质量小的化合物分子（单体）互相结合成相对分子质量很大的高分子的反应。乙烯在适当的温度、压强和催化剂存在下，能发生加聚反应生成聚乙烯。化学方程式：nCH₂=CH₂—催化剂→[CH₂—CH₂]n（聚乙烯，简称PE）。【概念辨析】单体：能合成高分子的小分子物质，乙烯即为单体。链节：高分子中化学组成相同、可重复的最小单元，聚乙烯的链节为—CH₂—CH₂—。聚合度（n）：高分子链中链节的数目。由于n值不确定，高分子化合物（聚合物）通常为混合物，没有固定的熔沸点。二、烃的分类与常见代表物（一）烃的概念【基础】仅含碳（C）和氢（H）两种元素的有机化合物称为碳氢化合物，简称烃。（二）烃的分类【重要】★根据碳原子间成键方式的不同，烃可分为饱和烃和不饱和烃；根据碳骨架的不同，可分为链状烃和环状烃。具体分类如下：1、饱和烃（烷烃）：碳原子之间全部以单键（C—C）结合成链状，碳原子的剩余价键全部与氢原子结合。通式为CₙH₂ₙ₊₂（n≥1）。代表物：甲烷（CH₄），正四面体结构。2、不饱和烃：分子中含有碳碳双键（C=C）或碳碳三键（C≡C）的烃。（1）烯烃：分子中含有碳碳双键的烃，单烯烃通式为CₙH₂ₙ（n≥2）。代表物：乙烯（CH₂=CH₂）。（2）炔烃：分子中含有碳碳三键的烃，通式为CₙH₂ₙ₋₂（n≥2）。代表物：乙炔（CH≡CH），直线形分子。3、芳香烃：分子中含有苯环的烃。代表物：苯（C₆H₆），平面正六边形结构，碳碳键是介于单键和双键之间的独特键。（三）几种重要烃分子结构的对比【难点、热点】1、甲烷（CH₄）：正四面体结构，键角109°28′，所有原子不共面。2、乙烯（C₂H₄）：平面形结构，所有原子共面，键角约120°。3、乙炔（C₂H₂）：直线形结构，所有原子共线（共面），键角180°。4、苯（C₆H₆）：平面正六边形，所有原子共面，键角120°，具有芳香性，易发生取代反应，难发生加成反应。三、有机高分子材料（一）概述【基础】有机高分子材料主要分为天然有机高分子材料和合成有机高分子材料。合成高分子材料主要包括塑料、合成纤维、合成橡胶，被称为“三大合成材料”。（二）塑料【重要】1、主要成分：合成树脂，如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）等。此外，还含有各种加工助剂，如增塑剂（提高塑性）、防老剂（防止老化）等。2、性能：强度高、密度小、耐腐蚀、易加工。3、分类：（1）热塑性塑料：受热软化、可反。如聚乙烯，其结构为线型结构。（2）热固性塑料：加工成型后不熔融。如酚醛树脂，其结构为体型（网状）结构。4、几种常见塑料【高频考点】：（1）聚乙烯（PE）：由乙烯加聚而成，是应用最广泛的塑料，无毒，可用于食品包装。（2）聚氯乙烯（PVC）：由氯乙烯（CH₂=CHCl）加聚而成，结构简式为[CH₂—CHCl]n。由于增塑剂可能有毒，且燃烧产生有害物质（HCl等），一般不用于食品包装。（3）聚四氟乙烯（PTFE）：俗称“塑料王”，具有耐高温、耐低温、耐腐蚀等优异性能，常用于不粘锅涂层。（三）橡胶【基础】1、天然橡胶：主要成分是聚异戊二烯，结构简式为[CH₂—C（CH₃）=CH—CH₂]n，分子中含有碳碳双键，易发生氧化反应，导致老化。2、合成橡胶：如丁苯橡胶、顺丁橡胶等。通过硫化工艺，使线型高分子链之间形成交联（硫桥），变成体型结构，从而增强其强度、弹性和化学稳定性。（四）纤维【基础】1、天然纤维：如棉花（纤维素）、羊毛（蛋白质）、蚕丝（蛋白质）、麻（纤维素）等。2、化学纤维：（1）再生纤维：以天然高分子为原料，经化学处理与机械加工而制得，如黏胶纤维、大豆蛋白纤维等。（2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，经合成反应制得，如聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶，人称“人造羊毛”）等。【生活常识】维纶的吸湿性好，有“人造棉花”之称。四、考点、考向与解题策略（一）高频考点归纳1、乙烯分子的结构与性质【必考】★考向：判断乙烯的分子式、电子式、结构式的正误；利用球棍模型或比例模型识别乙烯；判断乙烯燃烧现象（黑烟）；判断乙烯使溴水/酸性高锰酸钾褪色的原理（加成/氧化）。2、加成反应与取代反应的辨析【难点】考向：给出一个有机反应方程式，判断其反应类型。关键点：加成反应是“只上不下”，产物单一；取代反应是“有上有下”，有副产品生成。3、除杂问题【高频易错】（1）除去甲烷（乙烷）中的乙烯：通入溴水（或溴的四氯化碳溶液），乙烯与溴发生加成反应生成1，2二溴乙烷液体而被吸收。【最佳方案】（2）错误方案：①通入酸性高锰酸钾溶液（乙烯被氧化为CO₂，引入新杂质）；②通入氢气与乙烯反应（反应条件苛刻，且无法控制氢气的量，会引入新杂质H₂）。4、加聚反应与单体判断【热点】考向：由单体写加聚产物结构简式，或由加聚产物（高分子）反推单体。解题步骤：将高分子链节两端的“”还原为单键或双键。若链节主链上全是单键，则单体为对应烯烃；若链节主链上有双键，则单体为二烯烃等。5、原子共面问题【难点】考向：判断给定有机物分子中最多（或一定）有多少个原子共面。需结合甲烷（四面体）、乙烯（平面）、乙炔（直线）、苯（平面）的基本模型进行组合分析。如丙烯（CH₃—CH=CH₂）中，最多有7个原子共面（甲基上的一个H原子可旋转进入平面）。（二）易错点与解题要点1、化学用语书写【基础】：结构简式不能漏写官能团，如乙烯的结构简式必须写成CH₂=CH₂，不能写成C₂H₄。2、反应条件【重要】：乙烯与溴水、溴的四氯化碳溶液反应均无需催化剂，常温下即可进行；而与H₂O、H₂、HCl等反应通常需要催化剂和适当条件。3、高分子材料概念辨析：天然橡胶、天然纤维（棉花、羊毛）属于天然有机高分子材料；塑料、合成纤维、合成橡胶属于合成有机高分子材料。（三）常见题型示例题型一：选择题。考查乙烯的结构、性质（如使溴水褪色是因为加成反应，使酸性高锰酸钾褪色是因为氧化反应）。题型二：有机推断题。以乙烯为起点，设计一系列转化（如乙烯→溴乙烷→乙醇→乙醛等），考查反应类型、化学方程式的书写。题型三：计算题。通常结合烃的燃烧（如C₂H₄、C₂H₂等），比较耗氧量、产物量，或结合平均值法判断混合烃的组成。【解题步骤】对于烃的燃烧计算，要熟练掌握规律：对于等物质的量的不同烃，耗氧量取决于（x+y/4）；对于等质量的不同