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高中化学第一节 合成高分子的基本方法学案
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这是一份高中化学第一节 合成高分子的基本方法学案，共9页。
[核心素养发展目标] 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。
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
eq \x(单体)—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
eq \x(高聚物)—由单体聚合而成的相对分子质量较大的化合物
↓单元
eq \x(链节)—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
eq \x(聚合度)—高分子链中含有链节的数目，通常用n表示
例如：
(1)链节是高分子化合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的链节是CH2==CH2( )
(2)丙烯和聚丙烯都能使溴水褪色( )
(3)高分子化合物都没有固定的熔、沸点( )
(4)油脂属于高分子化合物( )
(5)高分子化合物分子中只含C、H、O三种元素( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
聚丙烯的单体结构简式为__________，链节为________；聚合度为________，聚合物的平均相对分子质量为________。
答案 CH3—CH==CH2 n 42n
解析 聚丙烯由丙烯聚合而成，所以其单体结构简式为CH3—CH==CH2，其平均相对分子质量为42n。
有机高分子化合物与低分子有机物的区别
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：
nCH2==CH—CH3eq \(―――→,\s\up7(催化剂))。
②1,3-丁二烯的加聚：nCH2==CH—CH==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))
CH2—CH==CH—CH2。
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、—NH2、—X等)。
②缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物(如H2O、NH3、HCl等)生成。
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HOCH2COOH的缩聚：
nHOCH2COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
HOOC(CH2)5OH的缩聚：
nHOOC(CH2)5OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
②醇与酸缩聚
如乙二酸与乙二醇的缩聚：
nHOCH2CH2OH＋eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O。
己二酸与乙二醇的缩聚：nHOOC(CH2)4COOH＋
nHO(CH2)2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O。
③氨基酸的缩聚
如氨基乙酸的缩聚：
nH2NCH2COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
④胺与酸的缩聚
如己二胺与己二酸的缩聚：
nH2NCH2(CH2)4CH2NH2＋nHOOC(CH2)4COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
＋(2n－1)H2O。
(1)有机高分子化合物都是由小分子通过加聚反应合成的( )
(2)加聚反应的原子利用率为100%( )
(3)缩聚反应生成高分子化合物的同时，还有H2O等小分子物质生成( )
(4)将缩聚高分子化合物的中括号去掉，即得到单体( )
(5)缩聚反应聚合物的链节和单体的化学组成不相同( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√
请将合成下列高分子材料所用的单体、反应类型填入相应横线上。
(1)聚氯乙烯的单体为________，反应类型为________。
(2)的单体为________，反应类型为________。
(3)丁苯吡橡胶
的单体为___________________________________________________，反应类型为________。
(4)天然橡胶的单体为________________，反应类型为________。
(5)锦纶的单体为________________，反应类型为________。
(6)涤纶的单体为________________，反应类型为________，制备涤纶的化学方程式为__________________________________________。
(7)的单体为________________，反应类型为____________，由单体合成该物质反应的化学方程式为___________________________________________________。
答案 (1)CH2==CH—Cl 加聚反应
(2)CH2==CH—CH3、 加聚反应
(3)CH2==CH—CH==CH2、、
加聚反应
(4) 加聚反应
(5)H2N(CH2)5COOH 缩聚反应
(6)、HOCH2CH2OH 缩聚反应
＋nHOCH2CH2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
＋(2n－1)H2O
(7) 缩聚反应
eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O
1．加聚反应和缩聚反应的对比
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CH2==CH2和CH3—CH==CH2。
(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CH2==CH—CH==CH2和。
(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，HO—ROH、、，其单体必为一种，如HO—CH2CH2OH的单体为HO—CH2CH2—OH，的单体为。方法是去中括号和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HOCH2CH2OH。
(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H2NCH2COOH和。
1．下列说法正确的是( )
A．高分子化合物是指相对分子质量很大的物质，如
B．对于一块高分子材料来说，n是一个整数值，则它的相对分子质量是确定的
C．乙烯和聚乙烯的最简式相同
D．聚氯乙烯是天然有机高分子化合物
答案 C
解析 是硬脂酸甘油酯，不属于高分子化合物，A项错误；对于一块高分子材料来说，它是由许多聚合度相同或不同的高分子化合物组成的，n是一个平均值，即它的相对分子质量只能是一个平均值，B项错误；乙烯和聚乙烯的最简式均为CH2，C项正确；聚氯乙烯是合成有机高分子化合物，D项错误。
2．某聚合物具有如下结构片段：，下列关于其单体的说法不正确的是( )
A．能使酸性KMnO4溶液褪色
B．与NaOH溶液共热可生一种钠盐
C．能催化加氢生成2-甲基丙酸甲酯
D．可形成顺反异构体
答案 D
解析 由该聚合物的结构片段可知其单体为，分子中含有碳碳双键和酯基。由于含有碳碳双键可使酸性KMnO4溶液褪色，可与H2发生加成反应生成(2-甲基丙酸甲酯)，A、C项正确；含有酯基可在碱性条件下水解生成钠盐，B项正确；由于单体中其中一个双键碳上有两个氢原子，不可能形成顺反异构体，D项错误。
3．下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是( )
A．
B．CH2CH==CHCH2
C．
D．
答案 D
解析 A项是由CH2==CH2和CH2==CHCN 加聚而成的；B项是由CH2==CH—CH==CH2加聚而成的；C项是由CH2==CH—CH==CH2和CH2==CHC6H5加聚而成的；只有D项中含有官能团—COO—，故D项是通过缩聚反应生成的。
4．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．聚乳酸是一种酸性高分子材料
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 高分子化合物是混合物，A错；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，C对、D错；乳酸显酸性，但聚乳酸不显酸性，B错。
5．下列化合物中：
A．HO(CH2)3COOH
B．HO(CH2)2OH
C．CH3CH==CH—CN
D．
E．HOOC(CH2)4COOH
(1)可发生加聚反应的化合物是________(填字母)，加聚物的结构简式为____________。
(2)同种分子间可发生缩聚反应生成酯基的化合物是________(填字母)，缩聚物的结构简式为____________。
(3)B和E反应生成的缩聚物的结构简式为_________________________________________。
答案 (1)C
(2)A
(3)
解析 C分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；A分子结构中含有羟基和羧基，所以单体间可发生缩聚反应。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
加聚反应
缩聚反应
单体结构
单体必须是含有双键等不饱和键的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等)
单体为含有两个或两个以上官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)的化合物
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
反应特点
只生成高聚物，没有副产物产生
生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成(如H2O、NH3、HCl等)
聚合物的化学组成
所得高聚物的化学组成跟单体的最简式相同，其相对分子质量eq \x\t(M)r＝Mr(单体)×n(聚合度)
所得的高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同，其相对分子质量eq \x\t(M)r
<[Mr(单体)×n(聚合度)]
[核心素养发展目标] 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。
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
eq \x(单体)—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
eq \x(高聚物)—由单体聚合而成的相对分子质量较大的化合物
↓单元
eq \x(链节)—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
eq \x(聚合度)—高分子链中含有链节的数目，通常用n表示
例如：
(1)链节是高分子化合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的链节是CH2==CH2( )
(2)丙烯和聚丙烯都能使溴水褪色( )
(3)高分子化合物都没有固定的熔、沸点( )
(4)油脂属于高分子化合物( )
(5)高分子化合物分子中只含C、H、O三种元素( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
聚丙烯的单体结构简式为__________，链节为________；聚合度为________，聚合物的平均相对分子质量为________。
答案 CH3—CH==CH2 n 42n
解析 聚丙烯由丙烯聚合而成，所以其单体结构简式为CH3—CH==CH2，其平均相对分子质量为42n。
有机高分子化合物与低分子有机物的区别
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：
nCH2==CH—CH3eq \(―――→,\s\up7(催化剂))。
②1,3-丁二烯的加聚：nCH2==CH—CH==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))
CH2—CH==CH—CH2。
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、—NH2、—X等)。
②缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物(如H2O、NH3、HCl等)生成。
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HOCH2COOH的缩聚：
nHOCH2COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
HOOC(CH2)5OH的缩聚：
nHOOC(CH2)5OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
②醇与酸缩聚
如乙二酸与乙二醇的缩聚：
nHOCH2CH2OH＋eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O。
己二酸与乙二醇的缩聚：nHOOC(CH2)4COOH＋
nHO(CH2)2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O。
③氨基酸的缩聚
如氨基乙酸的缩聚：
nH2NCH2COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
④胺与酸的缩聚
如己二胺与己二酸的缩聚：
nH2NCH2(CH2)4CH2NH2＋nHOOC(CH2)4COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
＋(2n－1)H2O。
(1)有机高分子化合物都是由小分子通过加聚反应合成的( )
(2)加聚反应的原子利用率为100%( )
(3)缩聚反应生成高分子化合物的同时，还有H2O等小分子物质生成( )
(4)将缩聚高分子化合物的中括号去掉，即得到单体( )
(5)缩聚反应聚合物的链节和单体的化学组成不相同( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√
请将合成下列高分子材料所用的单体、反应类型填入相应横线上。
(1)聚氯乙烯的单体为________，反应类型为________。
(2)的单体为________，反应类型为________。
(3)丁苯吡橡胶
的单体为___________________________________________________，反应类型为________。
(4)天然橡胶的单体为________________，反应类型为________。
(5)锦纶的单体为________________，反应类型为________。
(6)涤纶的单体为________________，反应类型为________，制备涤纶的化学方程式为__________________________________________。
(7)的单体为________________，反应类型为____________，由单体合成该物质反应的化学方程式为___________________________________________________。
答案 (1)CH2==CH—Cl 加聚反应
(2)CH2==CH—CH3、 加聚反应
(3)CH2==CH—CH==CH2、、
加聚反应
(4) 加聚反应
(5)H2N(CH2)5COOH 缩聚反应
(6)、HOCH2CH2OH 缩聚反应
＋nHOCH2CH2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
＋(2n－1)H2O
(7) 缩聚反应
eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O
1．加聚反应和缩聚反应的对比
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CH2==CH2和CH3—CH==CH2。
(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CH2==CH—CH==CH2和。
(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，HO—ROH、、，其单体必为一种，如HO—CH2CH2OH的单体为HO—CH2CH2—OH，的单体为。方法是去中括号和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HOCH2CH2OH。
(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H2NCH2COOH和。
1．下列说法正确的是( )
A．高分子化合物是指相对分子质量很大的物质，如
B．对于一块高分子材料来说，n是一个整数值，则它的相对分子质量是确定的
C．乙烯和聚乙烯的最简式相同
D．聚氯乙烯是天然有机高分子化合物
答案 C
解析 是硬脂酸甘油酯，不属于高分子化合物，A项错误；对于一块高分子材料来说，它是由许多聚合度相同或不同的高分子化合物组成的，n是一个平均值，即它的相对分子质量只能是一个平均值，B项错误；乙烯和聚乙烯的最简式均为CH2，C项正确；聚氯乙烯是合成有机高分子化合物，D项错误。
2．某聚合物具有如下结构片段：，下列关于其单体的说法不正确的是( )
A．能使酸性KMnO4溶液褪色
B．与NaOH溶液共热可生一种钠盐
C．能催化加氢生成2-甲基丙酸甲酯
D．可形成顺反异构体
答案 D
解析 由该聚合物的结构片段可知其单体为，分子中含有碳碳双键和酯基。由于含有碳碳双键可使酸性KMnO4溶液褪色，可与H2发生加成反应生成(2-甲基丙酸甲酯)，A、C项正确；含有酯基可在碱性条件下水解生成钠盐，B项正确；由于单体中其中一个双键碳上有两个氢原子，不可能形成顺反异构体，D项错误。
3．下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是( )
A．
B．CH2CH==CHCH2
C．
D．
答案 D
解析 A项是由CH2==CH2和CH2==CHCN 加聚而成的；B项是由CH2==CH—CH==CH2加聚而成的；C项是由CH2==CH—CH==CH2和CH2==CHC6H5加聚而成的；只有D项中含有官能团—COO—，故D项是通过缩聚反应生成的。
4．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．聚乳酸是一种酸性高分子材料
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 高分子化合物是混合物，A错；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，C对、D错；乳酸显酸性，但聚乳酸不显酸性，B错。
5．下列化合物中：
A．HO(CH2)3COOH
B．HO(CH2)2OH
C．CH3CH==CH—CN
D．
E．HOOC(CH2)4COOH
(1)可发生加聚反应的化合物是________(填字母)，加聚物的结构简式为____________。
(2)同种分子间可发生缩聚反应生成酯基的化合物是________(填字母)，缩聚物的结构简式为____________。
(3)B和E反应生成的缩聚物的结构简式为_________________________________________。
答案 (1)C
(2)A
(3)
解析 C分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；A分子结构中含有羟基和羧基，所以单体间可发生缩聚反应。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
加聚反应
缩聚反应
单体结构
单体必须是含有双键等不饱和键的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等)
单体为含有两个或两个以上官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)的化合物
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
反应特点
只生成高聚物，没有副产物产生
生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成(如H2O、NH3、HCl等)
聚合物的化学组成
所得高聚物的化学组成跟单体的最简式相同，其相对分子质量eq \x\t(M)r＝Mr(单体)×n(聚合度)
所得的高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同，其相对分子质量eq \x\t(M)r
<[Mr(单体)×n(聚合度)]
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