第5章第1节合成高分子的基本方法讲义新教材2020-2021学年人教版(2019)高二化学选择性必修三（机构用）_高化_2025春-人教版高中化学_05新版高中化学选择性必修3_7.机构专用

第五章 合成高分子 第一节 合成高分子的基本方法 学习导航 1.了解合成高分子的组成与结构特点，能依据合成高分子的结构分析其链节和单体。 2.了解加聚反应和缩聚反应的特点。 3.能用常见的单体写出简单的聚合反应方程式和聚合物的结构式。 4.从有机高分子的结构特点出发，掌握合成有机高分子的基本方法，培养推理、概括能 力。 教学过程 一、有机高分子化合物 1．概念 由许多低分子化合物以共价键结合成的，相对分子质量很大(通常在104以上)的一类化合 物。 2．基本概念 —能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物 ↓聚合 —由单体聚合而成的相对分子质量较大的化合物 ↓单元 —高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位，也称重复结构单元 ↓数目 —高分子链中含有链节的数目，通常用n表示 例如： 【归纳总结】 有机高分子化合物与低分子有机物的区别 有机高分子化合物 低分子有机物 相对分子质量 高达10 000以上 1 000以下 相对分子质量的数值 平均值 明确数值 分子的基本结构 若干重复结构单元组成 单一分子结构 性质 物理、化学性质有较大差别 二、合成高分子化合物的基本反应类型 1．加成聚合反应(加聚反应) (1)概念 由含有不饱和键的化合物分子以加成反应的形式结合成高分子化合物的反应。(2)加聚反应的特点 ①单体必须是含有双键、三键等不饱和键的化合物(例如：烯、二烯、炔、醛等)。 ②反应只生成高聚物，没有副产物产生。 ③聚合物链节的化学组成跟单体的化学组成相同。 ④聚合物相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍。 (3)常见的加聚反应 ①丙烯的加聚： nCH==CH—CH―――→ 。 2 3 ②1,3-丁二烯的加聚：nCH==CH—CH==CH――→ 2 2 CH —CH==CH—CH。 2 2 2．缩合聚合反应(缩聚反应) (1)概念 有机小分子单体间反应生成高分子化合物，同时生成小分子化合物的反应。 (2)缩聚反应的特点 ①单体分子中至少含有两个官能团(如—OH、—COOH、—NH 、—X等)。 2 ②缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物(如HO、NH 、HCl等)生成。 2 3 ③所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同。 ④缩聚物结构简式要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。如： (3)常见的缩聚反应 ①羟基酸缩聚 如HOCH COOH的缩聚： 2 nHOCH COOH ＋(n－1)H O。 2 2 HOOC(CH )OH的缩聚： 2 5 nHOOC(CH )OH ＋(n－1)H O。 2 5 2 ②醇与酸缩聚 如乙二酸与乙二醇的缩聚： nHOCH CHOH＋  ＋(2n－1)H O。 2 2 2 己二酸与乙二醇的缩聚：nHOOC(CH )COOH＋ 2 4nHO(CH)OH ＋(2n－1)H O。 2 2 2 ③氨基酸的缩聚 如氨基乙酸的缩聚： nHNCH COOH ＋(n－1)H O。 2 2 2 ④胺与酸的缩聚 如己二胺与己二酸的缩聚： nHNCH (CH)CHNH ＋nHOOC(CH )COOH 2 2 2 4 2 2 2 4 ＋(2n－1)H O。 2 【归纳总结】 1．加聚反应和缩聚反应的对比 加聚反应 缩聚反应 单体为含有两个或两个以上官能团(如 单体必须是含有双键等不饱和键的化 单体结构 —OH、—COOH、—NH 、—X等)的 2 合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等) 化合物 反应机理 反应发生在不饱和键上 反应发生在官能团之间 聚合方式 通过在双键上的加成而连接 通过缩合脱去小分子而连接 生成高聚物的同时，还有小分子副产 反应特点 只生成高聚物，没有副产物产生 物生成(如HO、NH 、HCl等) 2 3 所得高聚物的化学组成跟单体的最简 所得的高聚物的化学组成跟单体的化 聚合物的 式相同，其相对分子质量 ＝M(单 学组成不同，其相对分子质量 r r r 化学组成 体)×n(聚合度) <[M(单体)×n(聚合度)] r 2．加聚产物单体的推断 (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 两端两个半键断开向内闭合即可。 如 ，其单体是 。 (2)凡链节主链上只有四个碳原子(无其他原子)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 的单体是CH==CH 和CH—CH==CH 。 2 2 3 2(3)凡链节主链中只有碳原子，并存在碳碳双键( )结构的聚合物，双键前后各两个 碳原子划线断开，形成间二烯烃结构，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CH==CH—CH==CH 和 。 2 2 (4)若给出较长的结构片段，则应首先找出重复的链节，再加以判断，但应注意重复的链 节有时不止一种形式，可去掉一端的一个碳原子(可能属于前一个链节)后再考虑。 3．缩聚产物单体的推断 (1)若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛。如 的单体是 和HCHO。 (2) 若 链 节 中 含 有 以 下 结 构 ， HO—ROH 、 、 ，其单体必为一种，如 HO—CH CHOH 的单体为 HO— 2 2 CHCH—OH， 的单体为 。方法是去中括 2 2 号和n即为单体。 (3)若链节中含有 部分，则单体为羧酸和醇，将 中C—O单键断开， 去掉括号和 n，左边加羟基，右边加氢即可，如 的单体为 HOOC—COOH和HOCH CHOH。 2 2 (4)若链节中含有 部分，则单体一般为氨基酸，将 中C—N单键 断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，如 的单体为HNCH COOH和 。 2 2课时训练 1．科学佩戴口罩对防控新冠病毒疫情有重要作用。生产一次性医用口罩的主要原料为聚丙烯树脂，丙烯 为其中的一种单体。下列说法错误的是 A．聚丙烯的结构简式为 B．由丙烯合成聚丙烯的反应类型为加聚反应 C．聚丙烯在自然环境中不容易降解 D．丙烯与乙烯互为同系物 2．化学与生活、社会发展息息相关，下列有关说法正确的是 A．燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放 B．用pH试纸检验某干燥气体是酸性气体还是碱性气体时，应先用蒸馏水湿润 C．从石油中得来的沥青，主要成分是烃的含氧衍生物 D．“凿开混沌得乌金”所载“乌金”为煤炭，煤炭属于有机高分子化合物 3．洛匹那韦(Lopinavir)与氯喹类药物均可用于治疗新冠肺炎。洛匹那韦(Lopinavir)(图1)和羟基氯喹(图2) 的结构分别如下图所示，对这两种有机化合物描述正确的是 A．洛匹那韦是一种高分子化合物 B．洛匹那韦易溶于水，口服可直接吸收 C．羟基氯喹不能发生消去反应 D．1mol羟基氯喹最多可与2molNaOH反应 4．下列说法正确的是 A．淀粉没有甜味，不属于糖类 B．医用酒精能使蛋白质变性而常用于灭菌消毒 C．油脂属于高分子化合物，是人体不可缺少的营养物质 D．合成橡胶、有机玻璃、酚醛树脂等都要通过加聚反应制备 5．下列说法正确的是 A．煤气化产生的水煤气可用于合成液态碳氢化合物和含氧有机物 B．许多水果、花卉有芳香气味，主要是含有苯和甲苯等有机物 C．皂化反应实验中，当观察到混合物无分层现象时，则说明反应液中油脂已完全反应 D．工业上由苯酚和甲醛通过加聚反应合成酚醛树脂，用来作电木塑料 6．2021年饮品行业响应国家“吸管禁塑令”，多地奶茶店、咖啡店换成了纸质或聚乳酸(PLA)吸管，乳酸的结构简式为 。下列有关聚乳酸(PLA)的说法错误的是 A．常温下难溶于水 B．由乳酸合成聚乳酸(PLA)的反应类型为缩聚反应 C．其分子式为(C HO) 3 6 3 n D．聚乳酸(PLA)在自然环境中可降解 7．某有机物(X)的结构简式如图,下列关于它的说法不正确的是 A．1mol X分别与足量的NaOH、溴水反应，最多能消耗5molNaOH、1molBr 2 B．与等量X反应时,所需Na、NaHCO 的物质的量之比是3:1 3 C．X与FeCl 溶液能发生显色反应 3 D．一定条件下,X能发生取代、水解、氧化、加成、加聚反应 8．下列说法不正确的是 A．乙醛、甲酸、葡萄糖分别加入新制 悬浊液，加热，均能产生砖红色沉淀 B．纤维素溶解在铜氨溶液中，将形成的溶液压入稀酸可获得铜氨纤维 C．某溶液中加入茚三酮试剂，加热煮沸后出现蓝色，则可判断该溶液含有蛋白质 D．聚合物( )可由单体 和 加聚制得 9．聚异丁烯是一种性能优异的功能高分子材料。某科研小组研究了使用特定引发剂、正己烷为溶剂、无 水条件下异丁烯的聚合工艺。已知：异丁烯沸点266K。反应方程式及主要装置示意图如下：回答问题： (1)仪器A的名称是_____， PO 作用是_______________________。 4 10 (2)将钠块加入正己烷中，除去微量的水，反应方程式为__________________.。 (3)浴槽中可选用的适宜冷却剂是__________________(填序号)。 序号 冷却剂 最低温度/℃ 甲 NaC1-冰(质量比1 ：3) -21 乙 CaCl ·6H O-冰(质量比1.43： 1) -55 2 2 丙 液氨 -33 (4)补齐操作步骤 选项为： a.向三口瓶中通入一定量异丁烯 b.向三口瓶中加入一定量 正己烷 ①_______________ (填编号)； ②待反应体系温度下降至既定温度： ③______________ (填编号)； ④搅拌下滴加引发剂，一定时间后加入反应终止剂停止反应。经后续处理得成品。 (5)测得成品平均相对分子质量为2.8×106，平均聚合度为________________。 10．某研究小组以甲苯为主贾原料，采用如图路线合成医药中间体F和Y。 已知： ；2CHCHO 3 请回答下列问题： (1)下列有关F的说法正确的是____A．分子式是C HNO Br B．能形成内盐 7 7 2 C．能发生加成反应和缩聚反应 D．1 mol的F最多可以和2 mol NaOH反应 (2)C的结构简式为_______。 (3)B→C的化学方程式是_______。 (4)以X和乙烯为原料可合成Y，请设计合成路线(无机试剂及溶剂任选)_______。 注：合成路线的书写格式参照如图示例：CHCHO CHCOOH 3 3 CHCOOCH CH。 3 2 3 (5)写出同时符合下列条件的A的所有同分异构体的结构简式_______。 ①苯环上只有两种不同化学环境的氢原子 ②分子中含有—CHO 答案解析 1．A 【详解】 A．丙烯的结构简式为CH=CH-CH，故聚丙烯的结构简式为 ，故A说法错误； 2 3 B．由丙烯合成聚丙烯是通过丙烯加成反应聚合生成的，故反应类型为加聚反应，故B说法正确； C．聚丙烯为单键结构，性质稳定，在自然环境中不容易降解，故C说法正确； D．丙烯与乙烯同为单烯烃，互为同系物，故D说法正确； 本题答案A。 2．B 【详解】 A．虽然氧化钙可以和二氧化碳反应生成碳酸钙，但高温条件下碳酸钙又会分解生成二氧化碳和氧化钙， 所以不能减少温室气体的排放，A错误； B．酸性气体或碱性气体本身并不能电离产生氢离子或氢氧根，只有溶于水时才会显示酸碱性，B正确； C．石油是烃的混合物，沥青提炼自石油，所以沥青的主要成分是烃，C错误； D．煤炭主要成分为碳单质，为无机物，D错误； 综上所述答案为B。 3．D 【详解】 A．高分子化合物的相对分子质量在1万以上，洛匹那韦的相对分子质量较小，不是高分子化合物，故A 错误； B．洛匹那韦易溶于有机溶剂，几乎不溶于水，故B错误； C．羟基氯喹分子中含有羟基，且和羟基相连的碳原子的邻碳上有氢原子，所以能发生消去反应，故C错 误； D．羟基氯喹分子中含有与苯环相连的氯原子，其水解产物酚和HCl均能和碱反应，所以1mol羟基氯喹最 多可与2molNaOH反应，故D正确； 答案选D。4．B 【详解】 A．淀粉属于多糖 ，故A错误； B．医用酒精能使蛋白质变性而常用于灭菌消毒，故B正确； C．油脂是小分子，不属于高分子，故C错误； D． 酚醛树脂是通过酚醛缩聚反应制备的，故D错误； 故选B。 5．A 【详解】 A．水煤气的主要成分是氢气和CO，可用水煤气合成辛烷，也可以用水煤气合成甲醇等，即可用水煤气可 合成液态碳氢化合物和含氧有机物，故A正确； B．许多水果、花卉有芳香气味，原因是它们含有酯的气味，不是苯和甲苯，故B错误； C．常温下硬脂酸钠微溶于水，溶液分层，观察不到不分层现象，不能利用是否分层判断是否水解完全， 故C错误； D．苯酚和甲醛通过缩聚反应合成酚醛树脂，故D错误； 故选A。 6．C 【详解】 A．聚乳酸(PLA)可做吸管可知其在常温下难溶于水，故A正确； B．由乳酸合成聚乳酸(PLA)的反应脱去小分子水，所以反应类型为缩聚反应，故B正确； C．聚乳酸形成过程中脱去小分子水，其分子式为 ，故C错误； D．聚乳酸(PLA)吸管是一种新型的生物降解材料，所以聚乳酸(PLA)在自然环境中可降解，故D正确； 综上答案为C。 7．A 【详解】 A．酚-OH、-COOH、-COOC-以及与NaOH1:1反应，Cl与苯环直接相连，要消耗2molNaOH；碳碳双键酚 羟基邻位与对位上的氢与溴水发生取代反应，则1mol X分别与足量的NaOH、溴水反应，最多能消耗 5mol NaOH、2molBr ，故A不正确； 2 B．酚-OH、醇-OH、-COOH与Na反应，只有-COOH与NaHCO 反应，则与等量X反应时所需Na、 3 NaHCO 的最大量物质的量之比是3:1，故B正确； 3 C．含酚-OH，遇FeCl 溶液能发生显色反应，故C正确； 3 D．含酚-OH、醇-OH、-COOH、-COOC-均可发生取代反应，碳碳双键可发生氧化、加成、加聚反应，含 醇-OH与-COOH、酚羟基可发生缩聚反应，-COOC-、-Cl可发生水解反应，故D正确； 选A。 8．C 【详解】 Ａ．乙醛（CHCHO），甲酸（HCOOH）和葡萄糖（CHOH(CHOH) CHO）都具有醛基，都可以和新制氢 3 2 4 氧化铜悬浊液反应产生红色的Cu O沉淀，故A选项说法正确； 2B．铜氨纤维是一种再生纤维素纤维，它是将棉短绒等天然纤维素溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液 内，再调节pH在凝固浴中生成水合纤维素，加工得到铜氨纤维，故B选项说法正确； C．茚三酮水合物稀溶液分别于α-氨基酸、多肽、蛋白质一起加热生成蓝色物质，茚三酮试剂一般用于检 验氨基酸，该溶液加茚三酮加热出现蓝色沉淀，说明溶液可能含有蛋白质，故C选项说法错误； D．CH3CH=CH2 和 CH=CH 加聚可以得到 ，故 D 选项说法正确； 2 2 故选 C。 9．U型管或U型干燥管 吸收空气中的水分，防止水分进入三口瓶中 乙 b a 50000 【详解】 (1)仪器A的名称是U型管或U型干燥管；由信息知，聚异丁烯是在无水条件下异丁烯发生加聚反应获 得，PO 能吸收水分，作用是吸收空气中的水分，防止水分进入三口瓶中； 4 10 (2)正己烷不和钠反应，而钠可与水反应，故将钠块加入正己烷中除去微量的水，反应方程式为 ； (3)由信息知，加聚反应需在 和引发剂作用下发生，由信息知，甲最低温度为-21℃，不合 适；乙最低温度为-55℃，比较合适 ；丙最低温度为-33℃，离 的上限-30℃很接近，也不合 适，故浴槽中可选用的适宜冷却剂是乙； (4) 按实验流程可知，步骤为：向三口瓶中加入一定量 正己烷，将沸点266K异丁烯适当加热后转变成气 体，通入三口瓶中，所以答案为b、a； ④搅拌下滴加引发剂，一定时间后加入反应终止剂停止反应。经后续处理得成品。 (5)异丁烯的分子式为C H，其相对分子质量为56，已知成品聚异丁烯平均相对分子质量为2.8×106，则平 4 8 均聚合度为 。 10．BC +(CH CO) O + 3 2 CHCOOH CH =CH CHCHO 3 2 2 3 、 、 【详解】 (1) A．由结构简式可知，F的分子式为C HNO Br ，故错误； 7 6 2 B．由结构简式可知，F分子中含有羧基和氨基，羧基和氨基反应能形成内盐，故正确； C．由结构简式可知，F分子中含有苯环、羧基和氨基，一定条件下，苯环能发生加成反应，羧基和氨基 能发生缩聚反应，故正确； D．由结构简式可知，F分子中含有的羧基和溴原子能与氢氧化钠溶液反应，则1 mol的F最多可以和3mol NaOH反应，故错误； BC正确，故答案为：BC； (2)由分析可知，C的结构简式为 ，故答案为： ； (3) 由分析可知，B→C的反应为 与乙酸酐发生取代反应生成 和 乙酸，反应的化学方程式为 +(CH CO) O + CHCOOH，故答案 3 2 3 为： +(CH CO) O + CHCOOH； 3 2 3 (4)由题给信息可知，以X和乙烯为原料可合成Y的合成步骤为在催化剂作用下，乙烯与氧气发生催化氧化 反应生成乙醛，在碱性条件下，乙醛与 发生信息反应生成 ，在浓硫酸作用 下， 共热发生消去反应生成 ，合成路线如下CH=CH 2 2 CHCHO ，故答案 3 为：CH=CH CHCHO 2 2 3 ； (5) A的同分异构体苯环上只有两种不同化学环境的氢原子说明分子中含有两个处于对位的取代基，分子中 含有—CHO说明两个取代基可能为—CHO、—NHOH或—OH、—NHCHO或—NH 、—OCHO，符合条件 2 的结构简式为 、 、 ，故答案为： 、 、 。