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第五章
第一节 合成高分子的基本方法
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
素养 目标 1.通过单体或单体间的断键、成键方式及单体与高聚物性质的不同,认识单体、链节、聚合度等基本概念,形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。
2.通过聚氯乙烯等的合成,了解加聚反应和缩聚反应的特点,掌握加聚反应、缩聚反应的反应历程,形成证据推理与模型认知的学科核心素养。
基础落实·必备知识全过关
一、高分子的合成
1.概念
利用有机化合物相互反应的性能,得到 的高分子的过程。
2.高分子的特点
(1)相对分子质量很大,通常在 以上。
(2)高分子都是 物,其相对分子质量只是一个平均值。
3.合成高分子的方法
(1)加成聚合反应:一般是 发生的聚合反应。
(2)缩合聚合反应:一般是 发生的聚合反应。
相对分子质量较大
104
混合
含有双键的烯类单体
含有两个(或两个以上)官能团的单体之间
二、加成聚合反应
1.定义
由含有 键的相对分子质量小的小分子化合物以 反应的形式结合成相对分子质量大的高分子的化学反应叫加成聚合反应,简称 反应。
不饱和
加成
加聚
2.高分子的组成
可重复
小分子化合物
如:
聚合物
单体
链节
聚合度
三、缩合聚合反应
1.概念
由单体分子间通过 反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应,简称 反应。
2.缩聚物的结构简式
缩合
缩聚
3.缩聚反应的特点
(1)缩聚反应的单体通常是具有双官能团(如—OH、—COOH、—NH2、
—X及活泼氢原子等)或多官能团的小分子有机化合物。
(2)缩聚反应生成聚合物的同时,还有 (如H2O、HCl等)生成。
(3)缩聚反应一般多为 反应,为提高产率,得到具有较高_________ 的缩聚物,需要及时移除反应产生的 副产物。
小分子副产物
可逆
聚合度
小分子
4.书写聚合物及反应方程式的注意事项
(1)方括号外侧写出 原子或原子团。
(2)各单体物质的量与缩聚物结构简式的 一般要一致。
(3)小分子物质的量:
①由一种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为 ;
②由两种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为 。
端基
下标
n-1
2n-1
深度思考1
(1)硬脂酸甘油酯 的相对分子质量为890,它属于高分子吗
(2)聚丙烯 能否写成 CH2—CH—CH3
提示 不属于;它的相对分子质量相对于104以上的范围要小得多,同时也不符合高分子的结构特征。
提示 不能,若写成 CH2—CH—CH3 ,则右端的碳原子就形成5价键,而中间的碳原子只形成了3价键,这都违背科学事实。
记忆方法
加聚反应的基本规律
见双键,就打开;双变单,单变双;
无关基,上下连;链节间,首尾连;
链节外,加括号,括号外,再补n。
教材拓展
结构单元与聚合度(鲁科版教材)
在高分子化合物的分子链中,与单体相对应的最小结构单位称为结构单元。在一个高分子化合物中,结构单元的总数表示形成该高分子化合物时反应掉的单体数,称为聚合度。由一种单体聚合后形成的高分子化合物中,结构单元数=聚合度=链节数;由两种或两种以上的单体聚合后形成的高分子化合物中,结构单元数=聚合度≠链节数。
思考:聚合度和形成高分子化合物的单体数目有什么关系
提示 聚合度等于单体数目。
易错辨析
(1)高分子为混合物,且没有固定的熔、沸点。( )
(2)加聚反应的原子利用率为100%。( )
(3)加聚反应得到的聚合物的链节和单体的化学组成不同。( )
(4)链节是高分子中重复出现的结构单元,如聚乙烯的链节是—CH2CH2—。
( )
(5)丙烯能使溴水褪色,聚丙烯不能使溴水褪色。( )
√
提示 聚合物的聚合度不同,都为混合物。
√
提示 加聚反应没有小分子生成。
×
提示 加聚反应得到的聚合物的链节和单体的化学组成相同。
√
√
深度思考2
试根据加聚反应和缩聚反应的原理,探讨由有机化合物
形成高聚物时可能发生的反应类型,试写出相应反应的化学方程式。
提示 因该有机化合物中既含有碳碳双键,又含有羟基和羧基,当作为单体合成高聚物时,可发生加聚反应也可发生缩聚反应,化学方程式分别为
重难探究·能力素养全提升
探究一 加聚反应的特点与单体的推断
情境探究
隐形眼镜也叫角膜接触镜,是一种戴在眼球角膜上,用以矫正视力或保护眼睛的镜片。根据材料的软硬,它分为硬性、半硬性、软性三种。隐形眼镜从外观上和方便性方面给近视、远视、散光等屈光不正患者带来了很大的改善。
某软质隐形眼镜材料为如图所示的聚合物:
请思考并回答以下问题:
1.该高分子化合物的链节是什么 合成该高分子化合物的单体是什么
2.合成该软质隐形眼镜材料的反应类型是什么 写出反应的化学方程式。
3.根据加聚反应的特点,写出下列物质发生加聚反应的化学方程式。
(1)CH2=CH—COOH
(2)CH2=CH—CH=CH2
(3)乙烯和丙烯(1∶1)
方法突破
加聚反应的特点及反应产物的书写方法
应用体验
视角1加聚反应的特点
1.下列关于有机高分子的说法不正确的是( )
A.有机高分子被称为聚合物或高聚物,因为它们大部分是由小分子化合物通过聚合反应制得的
B.有机高分子的相对分子质量很大,因而其结构复杂
C.对于一种高分子材料,n是整数,但它的相对分子质量不确定
D.有机高分子都是混合物
B
解析 有机高分子的相对分子质量很大,但是部分有机高分子由重复的结构单元(链节)连接而成,因而其结构并不复杂。
2.熔喷布俗称口罩的“心脏”,它是一种以高熔融指数的聚丙烯(PP)为材料,由许多纵横交错的纤维以随机方向层叠而成的膜。其中有关聚丙烯的认识正确的是( )
A.聚丙烯纤维属于有机高分子材料,是纯净物
B.聚丙烯的链节为—CH2—CH2—CH2—
C.聚丙烯的单体可以通过石油裂解获取
D.聚丙烯能与溴水发生加成反应而使溴水褪色
C
解析 聚合物均为混合物,故A错误;聚丙烯的链节为 ,故B错
误;聚丙烯的单体为丙烯,通过石油的裂解可以得到短链的气态不饱和烯烃,如乙烯和丙烯等,故C正确;聚丙烯中不含碳碳双键,不能与溴单质发生加成反应,故D错误。
视角2聚合物与加聚反应方程式的书写
3.[鲁科版·练习与活动]氯丁橡胶的化学结构可表示为
其链节为 ,单体为 ;
写出生成该高分子化合物的化学方程式:
。
名师点拨 由加聚物推断单体的方法
(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向内闭合即可。
(2)凡链节主链上只有四个碳原子,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
视角3加聚反应单体的推断
5.某聚合物的结构简式是 ,其单体的结构简式为( )
B
解析 解法1 二四分段法
选定聚合物的重复结构单元,从一侧开始分段,如果在重复结构单元的主链上遇到C=C,一般可将以C=C为中心的4个C划分为一段,其余的每2个C划分为一段,从各段的连接处断开,再将单键变为双键,双键变为单键,即可得到单体。
解法2 弯箭头转移法
从重复结构单元的一端开始,利用弯箭头将键转移——箭尾处断开一键,箭头处形成一键,即可得到单体。
故其单体为CH2=C(CH3)—CH=CH—CH3和CH2=CH2,它们的名称分别为2-甲基-1,3-戊二烯和乙烯,故选B。
其中可用于合成该高分子的是( )
A.①③④ B.①②③ C.①②④ D.②③④
C
规律方法 由加聚产物推断单体的方法
探究二 缩聚反应的特点与单体的推断
情境探究
20世纪70年代以来,缩聚反应的研究趋向于合成各种功能高分子材料,并逐渐接近于天然高分子及生物高分子的合成。
请思考并回答以下问题:
1.写出下列物质发生缩聚反应的化学方程式。
(1)HOCH2COOH缩聚。
(2)H2N—CH2COOH缩聚。
(3)对苯二甲酸与乙二醇缩聚。
(4)H2NCH2COOH和 缩聚。
2.具有什么结构特点的物质才能发生缩聚反应
3.一种单体与两种单体发生缩聚反应,生成小分子的物质的量有何不同
提示 缩聚反应中除生成高分子外还有小分子生成,故单体分子中具有双官能团或多官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X或活泼氢原子等)。
提示 由一种单体进行缩聚反应时,生成小分子的物质的量为n-1;由两种单体进行缩聚反应时,生成小分子的物质的量为2n-1。
4.由一种单体生成的缩聚产物与由两种单体生成的缩聚产物在结构简式上有什么区别
方法突破
1.缩聚反应的特点及反应产物的书写方法
2.加聚反应和缩聚反应的比较
类别 加聚反应 缩聚反应
单体特征 含不饱和键(如 ) 至少含两个特征官能团
(如—OH、 、—NH2)
单体种类 含碳碳双键或碳碳三键的有机化合物等 酚和醛,二元酸和二元醇、氨基酸等
聚合方式 通过不饱和键加成 通过缩合脱去小分子而连接
聚合物特征 高聚物的链节与单体具有相同的化学组成 高聚物的链节和单体具有不同的化学组成
产物 只产生高聚物 高聚物和小分子
应用体验
视角1缩聚反应的特点
1.下列说法不正确的是( )
A.缩聚反应生成高分子的同时,还有H2O等小分子物质生成
B.丙烯和聚丙烯都能使溴水褪色
C.缩聚反应聚合物的链节和单体的化学组成不相同
D.由高分子组成的物质都没有固定的熔、沸点
B
解析 缩聚反应与加聚反应的区别在于生成物不同,加聚反应只生成高聚物,而缩聚反应生成高聚物的同时,还有小分子副产物生成,A项正确;丙烯分子中含有碳碳双键,能使溴水褪色,而聚丙烯分子中不含碳碳双键,不能使溴水褪色,B项错误;缩聚反应有小分子生成,故其聚合物链节和单体的化学组成不同,C项正确;高分子都是混合物,没有固定的熔、沸点,D项正确。
2.下列有机反应类型中原子利用率最高的是( )
A.加聚反应 B.取代反应
C.消去反应 D.缩聚反应
A
视角2缩聚反应的书写与单体的判断
3.聚合物P的结构片段如图所示(图中 表示链延长)。下列说法不正确的是( )
A.聚合物P中有酯基,能水解
B.聚合物P的合成反应为缩聚反应
C.聚合物P的原料之一可由油脂水解获得
D.聚合物P的单体为邻苯二甲酸和乙二醇
D
反应,故A正确;缩聚反应为单体经多次缩合而聚合成大分子的反应,该反应常伴随着小分子的生成,由P的结构片段可以看出,合成P的过程中伴随有小分子出现,发生缩聚反应,故B正确;油脂是一种酯,在酸性条件和碱性条件下水解都可得到丙三醇,故C正确;由P的链节可知单体为邻苯二甲酸和丙三醇,故D错误。
【变式设问】
(1)写出聚合物P的结构简式。
(2)1 mol聚合物P在碱性条件下充分水解最多消耗氢氧化钠的物质的量为多少
提示 1 mol该聚合物含有(2n-1) mol的酯基和1 mol羧基,在碱性条件下充分水解消耗氢氧化钠的物质的量为2n mol。
4.(1)链状高分子 可由有机化工原料R和其他有机试剂通过加成、水解、氧化、缩聚反应得到,则R是
(填字母)。
A.1-丁烯 B.2-丁烯 C.1,3-丁二烯 D.乙烯
(2)锦纶 的单体为 ,合成锦纶的反应类型为 。
D
H2N(CH2)5COOH
缩聚反应
(3)已知涤纶树脂的结构简式为 ,它
是由 和 (填单体的结构简式)通过
反应制得的,反应的化学方程式为
。
HOCH2CH2OH
缩合聚合(或缩聚)
解析 (1)该高分子是由乙二醇和乙二酸经缩聚反应得到的,故R为乙烯。
(2)此聚合物中含有肽键,其单体是H2N(CH2)5COOH。
(3)由高聚物的结构简式分析,此高聚物属于高聚酯,因而属于酯化型缩聚反应。联想酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构简式:
方法规律 缩聚物及其单体的互推方法
(1)由单体推缩聚物。
(2)由缩聚物推单体。
第一步:采用“切割法”去掉缩聚物结构简式中的方括号与“n”,变为小分子。
第二步:断开分子中的酰胺基或酯基。
第三步:将断开的羰基碳原子上连接—OH;在氧或氮原子上连接—H,还原为单体小分子。
本 课 结 束