2010-2011學年高中化學 第五章 第一節(jié) 合成高分子化合物的基本方法同步學案 新人教版選修5

第五章 進入合成有機高分子化合物的時代第一節(jié)合成高分子化合物的基本方法一、合成高分子化合物的基本反應類型1加成聚合反應(簡稱加聚反應)(1)特點單體分子含不飽和鍵(雙鍵或三鍵)；單體和生成的聚合物組成相同；反應只生成聚合物。(2)加聚物結構簡式的書寫將鏈節(jié)寫在方括號內，聚合度n在方括號的右下角。由于加聚物的端基不確定，通常用“”表示。如聚丙烯的結構式。(3)加聚反應方程式的書寫均聚反應：發(fā)生加聚反應的單體只有一種。如共聚反應：發(fā)生加聚反應的單體有兩種或多種。如2縮合聚合反應(簡稱縮聚反應)(1)特點縮聚反應的單體至少含有兩個官能團；單體和聚合物的組成不同；反應除了生成聚合物外，還生成小分子；含有兩個官能團的單體縮聚后生成的聚合物呈線型結構。(2)縮合聚合物(簡稱縮聚物)結構簡式的書寫要在方括號外側寫出鏈節(jié)余下的端基原子或原子團。如(3)縮聚反應方程式的書寫單體的物質的量與縮聚物結構式的下角標要一致；要注意小分子的物質的量：一般由一種單體進行縮聚反應，生成小分子的物質的量為(n1)；由兩種單體進行縮聚反應，生成小分子的物質的量為(2n1)。以某分子中碳氧雙鍵中的氧原子與另一個基團中的活潑氫原子結合成水而進行的縮聚反應。以醇羥基中的氫原子和酸分子中的羥基結合成水的方式而進行的縮聚反應。以羧基中的羥基與氨基中的氫原子結合成H2O的方式而進行的縮聚反應。特別提醒單體與鏈節(jié)不同，如單體是CH2=CH2，鏈節(jié)為CH2CH2，加聚物與單體結構上不相似，性質不同，不為同系物。如分子中無。3加聚反應與縮聚反應的比較加聚反應縮聚反應不同點反應物單體必須是不飽和的單體不一定是不飽和的，但必須要含有某些官能團生成物生成物只有高分子化合物生成物除高分子化合物外，還有水、鹵化氫、氨等小分子化合物聚合物分子組成與單體相同分子組成與單體不完全相同相同點反應物可以是同一種單體，也可以是不同種單體，生成物是高分子化合物二、高分子化合物單體的確定1加聚產物、縮聚產物的判斷判斷有機高分子化合物單體時，首先判斷是加聚產物還是縮聚產物。判斷方法是：(1)若鏈節(jié)結構中，主鏈上全部是碳原子形成的碳鏈，則一般為加聚產物；(2)若鏈節(jié)結構中，主鏈上除碳原子外還含有其他原子(如N、O等)，則一般為縮聚產物。2加聚產物單體的判斷方法(1)凡鏈節(jié)的主鏈中只有兩個碳原子(無其它原子)的聚合物，其合成單體必為一種，將兩個半鍵閉合即可。如，其單體是。(2)凡鏈節(jié)的主鏈中有四個碳原子(無其它原子)，且鏈節(jié)無雙鍵的聚合物，其單體必為兩種，在正中央劃線斷開，然后兩個半鍵閉合即可。如的單體為。(3)凡鏈節(jié)的主鏈中只有碳原子，并存在結構的聚合物，其規(guī)律是“有雙鍵，四個碳；無雙鍵，兩個碳”劃線斷開，然后將半鍵閉合即單雙鍵互換。如的單體為；的單體為。3縮聚產物單體的判斷方法(1)若鏈節(jié)中含有酚羥基的結構，單體一般為酚和醛。如的單體是和HCHO。(2)若鏈節(jié)中含有以下結構，如，其單體必為一種，如的單體為。(3)若鏈節(jié)中間含有部分，則單體為酸和醇，將中CO單鍵斷開，左邊加羥基，右邊加氫即可。如的單體為HOOCCOOH和HOCH2CH2OH。(4)若鏈節(jié)中間含有部分，則單體一般為氨基酸，將中CN單鍵斷開，左邊加羥基，右邊加氫。如的單體為H2NCH2COOH和。特別提醒運用上述方法找單體時，一定要先判斷是加聚產物還是縮聚產物，然后運用逆向思維法逐步還原，準確判斷單體的前提是熟練掌握加聚反應與縮聚反應的原理及方程式的書寫。進行單體判斷時，不要被書寫方式迷惑，要注意到單鍵是可旋轉的，同時嚴格按半鍵還原法進行判斷。類型1 有機高分子化合物的結構和性質例1某高分子化合物的部分結構如下：下列說法正確的是()A聚合物的鏈節(jié)是B聚合物的分子式是C3H3Cl3C合成該聚合物的單體是CHCl=CHClD若n表示聚合度，則其相對分子質量為97n答案CD解析注意到碳碳單鍵可以旋轉，則可判斷上述聚合物重復的結構單元(即鏈節(jié))為，該聚合物的結構簡式為。合成它的單體是CHCl=CHCl，其分子式為(C2H2Cl2)n，相對分子質量為97n。類型2 聚合物單體的判斷例2在國際環(huán)境問題中，一次性使用聚苯乙烯等材料帶來的“白色污染”是極為嚴重的環(huán)境問題之一。最近研制的一種可降解塑料，代號為3HB，結構簡式為，具有良好的生物適應性，能在自然界降解。請回答下列問題：(1)該可降解塑料在自然界中可通過_(填序號)反應降解為該聚合物的單體。A加成 B消去 C水解 D氧化(2)該聚合物的單體的結構簡式為_，該單體中具有的官能團的名稱為_。(3)各取1 mol該單體分別與鈉和碳酸氫鈉溶液完全反應時，分別消耗鈉和碳酸氫鈉的物質的量之比為_。答案(1)C(2) 羥基、羧基(3)21解析依據的結構先判斷是加聚產物還是縮聚產物，然后運用逆向思維法逐步還原，推測其單體，再依據官能團確定其性質，寫出反應方程式進行相關計算。是縮聚產物，可依據官能團形成過程的連鏈逆向推出單體，把失去的小分子物質分拆后加在相應位置。，失去的小分子為H2O，拆為H和OH，其單體必為一種，為。含有兩種官能團，有羥基(OH)和羧基()，中OH不能與NaHCO3溶液反應，但能與金屬鈉反應，COOH既能與Na反應，又能與NaHCO3溶液反應。判斷有機高分子化合物單體時，要先判斷是加聚產物還是縮聚產物。鏈節(jié)鏈節(jié)半鍵還原、雙鍵重現(xiàn)正推驗證。若半鍵還原無法形成完整雙鍵可考慮再斷裂單鍵構成完整雙鍵(此時不是一種單體)或斷裂雙鍵構成完整雙鍵(此時單體是二烯烴)。(2)若是縮聚產物，可依據官能團的形成過程的連鏈逆向推出單體，把失去的小分子物質分拆后加在相應位置。 類型3 有機高分子化合物的合成及反應類型例3根據圖示，回答下列問題：(1) 寫出A、E、G的結構簡式：A_，E_，G_。(2) 反應的化學方程式(包括反應條件)是_，反應的化學方程式(包括反應條件)是_。(3) 寫出、的反應類型：_、_。答案(1)H2C=CH2HOOC(CH2)4COOH(2)ClCH2CH2ClNaOHCH2=CHClNaClH2O(3)加成反應縮聚反應解析根據A的分子式推出A為乙烯，C為，D為CH2=CHCl，E為，F(xiàn)為HOCH2CH2OH，結合F和縮聚大分子可推出G為HOOC(CH2)4COOH，從而可推出答案。有機化合物框圖推斷題的關鍵是尋找突破口，特殊的轉化關系、特殊的轉化條件都可以成為突破口，同時要注意逆向思維的運用。下表列出了一些單體及它們的分子式，這些單體的聚合產物是什么，把結果填在表中空白處。單體名稱單體結構簡式聚合物乙烯CH2=CH2丙烯CH2=CHCH3氯乙烯CH2=CHCl丙烯腈CH2=CHCN丙烯酸CH2=CHCOOH醋酸乙烯酯CH3COOCH=CH2丁二烯CH2=CHCH=CH2乙炔CHCH通過聚合物的鏈節(jié)，可以看出聚合物的單體，你知道下面兩個聚合物是由何種單體聚合成的嗎？含有兩個官能團的單體縮聚后生成的縮合聚合物呈現(xiàn)為線型結構。含有三個官能團的單體縮聚后生成的縮合聚合物會呈現(xiàn)什么樣的結構？點撥高分子鏈間產生交聯(lián)，形成體型(網狀)結構。如果一個聚合物是由縮聚反應得到的，在尋找它的單體時不但要看它的鏈節(jié)結構，還要分析它是通過哪一類有機化學反應縮合的。你能看出下列聚合物是由什么單體縮聚而成的嗎？點撥所以，單體為對苯二甲酸()和乙二醇(HOCH2CH2OH)。1點撥由單體推斷聚合物的結構簡式是考查有機合成的常見題型，解題時，應先判斷單體能發(fā)生加聚反應還是縮聚反應，然后再根據加聚反應和縮聚反應原理進行推測。2(1)單體為HO(CH2)5COOH；點撥聚合反應方程式書寫時最易出現(xiàn)的錯誤有：漏掉無機小分子；漏掉n；縮聚反應小分子前的計量數錯寫等。1下列物質中有固定熔點的是()A聚乙烯 B氯化鈉 C淀粉 D聚1,3丁二烯答案B2對此聚合物分析正確的是()A其單體是CH2=CH2和HCOOC2H5B它是縮聚反應產物C其鏈節(jié)是CH3CH2COOC2H5D其單體是CH2=CHCOOC2H5答案D解析該高分子化合物的鏈節(jié)就是方括號中的元素組成，即，也就可以推斷出它的單體是CH2=CHCOOC2H5，從結構上看，它的每一個鏈節(jié)上都有一個酯基，所以它的分子中有n個酯基。3下列各組物質中互為同系物的是()ACH3CH2CH2OH和C2H5OC2H5BCH2=CH2和答案B4高分子化合物的單體是()A1,3丁二烯 B2甲基1,3丁二烯C乙烯和甲基丙烯 D2甲基2丁烯答案B5硅橡膠的主體結構為，它是由二氯二甲基硅烷Si(CH3)2Cl2經兩步反應制得，這兩步反應是()A消去、加聚 B水解、縮聚C氧化、加成 D水解、加聚答案B6下列有機物或有機物組合，在現(xiàn)有條件下不能發(fā)生聚合反應的是()DC(CH3)4答案D7聚甲基丙烯酸甲酯也是一種重要的醫(yī)用高分子材料，用于人造骨、關節(jié)等。已知烯烴可被酸性KMnO4溶液氧化成二元醇，如CH2=CH2HOCH2CH2OH現(xiàn)以甲基丙烯為原料合成有機玻璃樹脂，流程如下。寫出有機物A、B、C、D的結構簡式分別為：A：_；B：_；C：_；D：_。8(1)已知滌綸樹脂的結構簡式為，它是由兩種單體通過酯化反應的方式聚合而成的，這兩種單體的結構簡式是_和_。(2)已知某高聚物的結構簡式為它是由_和_(填單體的結構簡式)通過_反應而制得的，反應的化學方程式為_。(3)工程塑料ABS樹脂合成時用了三種單體，寫出這三種單體的結構簡式：_。答案(1) COCH2CH2OH解析(1)聯(lián)想酯化反應的特征即可推出酸和醇的結構片段：、OCH2CH2OH，再連接上OH或H即得單體的結構簡式。(3)據高分子鏈節(jié)可確定ABS樹脂屬于加聚產物。將括號及n去掉，然后將鏈節(jié)改組，方法是：雙鍵變單鍵，單鍵變雙鍵，超過四個價鍵的兩個碳原子就切斷，上式可變?yōu)椋河捎?、3號碳，6、7號碳超過四價，從兩處斷開即得到三種單體。9聚苯乙烯的結構式為，試回答下列問題：(1)聚苯乙烯的鏈節(jié)是_，單體是_。(2)實驗測得某聚苯乙烯的相對分子質量(平均值)為52 000，則該高聚物的聚合度n為_。答案(1) (2)500第一節(jié)合成高分子化合物的基本方法1 根據下列合成高分子聚苯乙烯的反應，指出單體、鏈節(jié)、聚合度，并表示出其平均相對分子質量。答案為單體，為鏈節(jié)，聚苯乙烯中的n為聚合度，平均相對分子質量為104n。解析苯乙烯為單體，聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成的高分子化合物。從結構上看，聚苯乙烯是由相同的結構單元重復連接而成的。這種化學組成和結構均可以重復的最小單位稱為重復結構單元。重復結構單元是組成高分子鏈的基本單位，就好像是長鏈中的一個環(huán)節(jié)，所以又稱鏈節(jié)。鏈節(jié)的數目n稱為重復結構單元數或鏈節(jié)數。2觀察下列聚合反應，請你判斷哪些是加聚反應，哪些是縮聚反應。答案(1)(2)(5)為加聚反應，(3)(4)為縮聚反應。解析加聚反應與縮聚反應的區(qū)別有以下兩個方面：(1)加聚反應是由不飽和鍵斷裂后形成的，縮聚反應是分子間的官能團之間的消去反應。(2)從產物上看，加聚反應只生成高分子化合物，縮聚反應同時還生成小分子。3新型的合成彈性材料“丁苯吡橡膠”，結構簡式如下：它是由三種單體_、_和_經過_反應而制得的。解析首先由高分子鏈中的主鏈結構簡式分析，是由不飽和的單體發(fā)生加成聚合反應而形成的產物，然后再將高分子鏈節(jié)即結構單元斷開成三段：加聚反應制得的。4已知滌綸樹脂的結構簡式為，它的單體是_，寫出由單體生成滌綸樹脂的反應的化學方程式為_，該反應的類型是_?？s聚反應縮聚反應是指單體之間相互作用生成高分子，同時還生成小分子(如H2O、NH3、HX等)的聚合反應?？s聚反應的特點是：(1)單體不一定含有不飽和鍵，但必須含有兩個或兩個以上的反應基團(如OH、COOH、NH2、X)。通常，縮聚反應的單體可以是二元酸與二元醇、二元酸與二元胺、羥基酸、氨基酸等。(2)縮聚反應的結果，不僅生成高聚物，而且還有副產物(小分子)生成。(3)所得高分子化合物的化學組成跟單體的化學組成不同。1下列不屬于高分子化合物的是()A蛋白質 B淀粉 C硝化纖維 D油脂答案D解析蛋白質、淀粉都是天然高分子化合物，硝化纖維是天然高分子化合物與硝酸發(fā)生酯化反應的產物，在與硝酸反應中，纖維素的高分子鏈未被破壞，因而仍是高分子化合物。油脂是高級脂肪酸甘油酯，相對分子質量相對較小，且在其結構中沒有出現(xiàn)重復的結構單元和聚合度，故不是高分子化合物。2有4種有機物： CH3CH=CHCN，其中可用于合成結構簡式為的高分子材料的正確組合為()A B C D答案C解析因為加聚反應前后單體和高聚物的組成是一致的，所以用代入法，把各單體的分子式相加，如果和高聚物的分子式一致，那么就是正確答案。3用CH3CH2CH2OH制取，可能遇到的反應類型有()A取代 B消去 C加聚 D縮聚答案BC解析采用逆推法由CH2=CHCH3加聚而成，而CH2=CHCH3是由CH3CH2CH2OH發(fā)生消去反應而得到。4和CH2=CHCN按一定比例加聚成高分子A。一定量的A完全燃燒生成CO2、H2O(g)和N2(g)，其中CO2的體積分數為57.14%，則形成A的兩種有機物的物質的量之比為()A11 B12 C23 D34答案B解析本題有多種解法，下面給出守恒法。設 (C6H10)、CH2=CHCN(C3H3N)的物質的量分別是x、y，根據C、H、N守恒得：n(CO2)6x3y；n(H2O)；n(N2)由題意得：57.14%，解得xy12。5某聚合物具有如下結構片斷：其單體不可能具有的化學性質是()A能使酸性KMnO4溶液褪色B與NaOH溶液共熱可生成一種鈉鹽C能催化加氫生成2甲基丙酸甲酯D能發(fā)生縮聚反應答案D6.A是烴的含氧衍生物，還原A生成醇B，氧化A生成酸C。由B、C反應可生成高分子化合物D，D的結構簡式為試寫出：(1)B的名稱：_；B在一定條件下可通過縮合反應得到一種新的高聚物_。(2)C的分子式：_。(3)D水解的化學方程式：_。答案(1)乙二醇(2)C2H2O4解析據高聚物可推知其單體B為HOCH2CH2OH，C為，則A為，B可縮聚為聚醚。7碳、氫、氧3種元素組成的有機物A，相對分子質量為102，含氫的質量分數為9.8%，分子中氫原子個數為氧的5倍。(1)A的分子式是_。(2)A有2個不同的含氧官能團，其名稱是_、_。(3)一定條件下，A與氫氣反應生成B，B分子的結構可視為1個碳原子上連接2個甲基和另外2個結構相同的基團。A的結構簡式是_。A不能發(fā)生的反應是_(填寫序號字母)。a取代反應 b消去反應 c酯化反應 d還原反應(4)寫出兩個與A具有相同官能團、并帶有支鏈的同分異構體的結構簡式(只寫2種)：_、_。(5)A還有另一種酯類同分異構體，該異構體在酸性條件下水解，生成兩種相對分子質量相同的化合物，其中一種的分子中有2個甲基，此反應的化學方程式是：_。(6)已知環(huán)氧氯丙烷可與乙二醇發(fā)生如下聚合反應：B也能與環(huán)氧氯丙烷發(fā)生類似反應，生成高聚物，該高聚物的結構簡式是_。答案(1)C5H10O2 (2)羥基醛基解析n(H)10，由題意可知n(O)2，n(C)5，A的分子式為C5H10O2，由A中有2個氧原子，有2個不同的含氧官能團，只能是羥基和醛基；A與氫氣反應生成B，故B為：。探究創(chuàng)新8我國第二代身份證采用的是具有綠色環(huán)保性能的PETG新材料。PETG新材料有別于以往我國身份證材料的最大特點在于該材料可以回收再利用，而且對周邊環(huán)境不構成任何污染。此外，PETG新材料采用新配方和控制技術，易于印刷，熱穩(wěn)定性強，具有防偽造、耐摩擦、抗腐蝕、抗靜電等特點。PETG的結構簡式為：RCOOR1R2OHRCOOR2R1OH(R、R1、R2表示烴基)這種材料可采用下列合成路線：試回答下列問題：(1)反應加入的試劑X是_。(2)的反應類型是_。(3)寫出結構簡式：B_，I_。(4)合成時應控制的單體的物質的量之比n(D)n(E)n(H)_(用m、n表示)。(5)寫出下列反應的化學方程式：反應_；反應_。答案(1)NaOH的水溶液(2)取代反應(或醇解) (4)m(mn)n解析(1)由PETG的結構簡式可以知道該高聚物是通過酯化反應形成的，其單體有三種，分別為，HOCH2CH2OH和，由題給轉化關系，可知B、F、G、H、E含相同碳原子數，且E為氧化產物，H為還原產物。故E為，D為HOCH2CH2OH。又F、C為鹵代烴，D、G為醇，所以試劑X為NaOH的水溶液。(2)由PETG的結構和題目所給信息(已知)可知，反應為酯與醇發(fā)生的取代反應。(3)由E、H的結構簡式和相關反應可知B為；由于PETGD(醇)H(醇)I，結合已知可知I為。(4)由PETG的結構可知1 mol PETG中含EG m mol、TPA(mn) mol、CHDM n mol，所以n(D)n(E)n(H)m(mn)n。(5)由轉化關系BE，BFG，可知G分子中含有苯環(huán)，則GH的反應為：。由D的結構及烴AC知反應的化學方程式為：