新人教版高中化学选修5第五章 进入合成有机高分子化合物的时代.docx
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新人教版高中化学选修5第五章进入合成有机高分子化合物的时代
第五章进入合成有机高分子化合物的时代
聚焦考纲
1．了解合成高分子的组成与结构特点，能依据简单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．了解新型高分子材料的性能及其在高新技术领域中的应用。
4．了解合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献。
知识梳理
一、有机高分子化合物的结构特点
它们都是由简单的结构单元重复连接而成的。
例如聚乙烯是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物
（1）链节：
组成高分子的重复的结构单元。
如聚乙烯的链节为－CH2－CH2－
（2）聚合度：
每个高分子里的链节的重复次数。
用n表示。
（3）单体：
能通过聚合反应合成高分子化合物的小分子物质。
如聚乙烯的单体为乙烯。
所以我们把高分子化合物叫做聚合物或者高聚物。
聚合物的平均相对分子质量＝链节的相对质量×聚合度
二、有机高分子化合物的分类
三、加聚反应和缩聚反应的比较：
四、判断高聚物的单体
1、由加聚反应生成高聚物的单体的判断
①凡链节的主碳链为两个碳原子，其单体必为一种。
将链节的两个半键闭全即为单体。
②凡链节中主碳链为4个碳原子，含有碳碳双键结构，单体为一种，属二烯烃：
③凡链节中主碳链为4个碳原子，无碳碳双键结构，其单体必为两种，从主链中间断开后，再分别将两个半键闭合即得单体。
2、由缩聚反应生成高聚物的单体的判断
从酯基中间断开，在羰基上加羟基，在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇。
如：
已知涤纶树脂的结构简式为
判断合成涤纶树脂所需要单体的结构简式：
____________和____________
五、应用广泛的高分子材料
六、功能高分子材料与复合材料的概念、性能及应用
材料名称
功能高分子材料
复合材料
概念
既具有传统高分子的机械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料
两种或两种以上材料组成的新型材料，分为基体和增强剂
性能
不同的功能高分子材料，具有不同的特征性质
一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能
应用
用于制作高分子分离膜、人体器官等
用于汽车工业、机械工业、体育用品、航空航天、人类健康等
疑难点拨
一、聚合反应
聚合反应是指小分子互相作用生成高分子的反应。
聚合反应包括加聚和缩聚反应。
1．加聚反应：
由不饱和的单体加成聚合成高分子化合物的反应。
反应是通过单体的自聚或共聚完成的。
加聚反应的复习可通过类比、概括，层层深入，寻求反应规律的方法复习。
能发生加聚反应的官能团是：
，碳碳双键。
加聚反应的实质是：
加成反应。
加聚反应的反应机理是：
碳碳双键断裂后，小分子彼此拉起手来，形成高分子化合物。
Ⅰ．单烯烃的加聚
（1）乙烯的加聚：
（2）氯乙烯的加聚：
（3）丙烯的加聚：
（4）2－丁烯的加聚：
小结：
烯烃加聚的基本规律：
Ⅱ．二烯烃的加聚
二烯烃单体自聚时，单体的两个双键同时打开，单体之间直接连接形成含有一个新双键的链节而成为高分子化合物。
Ⅲ．单烯烃与二烯烃共聚
单烯烃打开双键，二烯烃的两个双键也同时打开，彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键成为高分子化合物。
例如：
加成聚合反应的特点：
高分子链节与单体的化学组成相同；生成物只有一种高分子化合
物
2．缩聚反应：
有机物单体间通过失去水分子或其它小分子形成高分子化合物的反应叫缩聚反应。
该类反应的单体一般具有两个或两个以上的官能团。
如酚醛树脂、氨基酸形成蛋白质等。
醇羟基和羧基酯化而缩聚
（1）二元羧酸和二元醇的缩聚，如合成聚酯纤维：
（2）醇酸的酯化缩聚：
此类反应若单体为一种，则通式为：
若有两种或两种以上的单体，则通式为：
Ⅲ．氨基与羧基的缩聚：
（1）氨基酸的缩聚，如合成聚酰胺6：
（2）二元羧酸和二元胺的缩聚：
3．聚合物单体的确定：
单体
聚合物
对于加聚反应和缩聚反应除了要熟练根据上面合成高聚物的反应特征掌握单体写聚合体的正确方法，还要能根据高聚物的链节，找出这种高聚物的单体，并写出其结构简式。
现将书写的基本步骤和方法总结如下，供参考：
Ⅰ．确定聚合物的类型
聚合物通常可通过加聚反应或缩聚反应得到。
因此，要知道一种聚合物的单体，必须首先确定这种聚合物是加聚产物还是缩聚产物。
一般如果链节中含有
等基团者，是缩聚产物。
如果链节主链上都是碳原子，没有其它的杂原子，则一般是加聚产物。
Ⅱ．加聚产物中单体的确定
加聚产物可用下列方法确定其单体：
单变双，双变单，超过四价不相连。
即将链节中主链上的所有“C－C”单键改写成“C＝C”双键，而将原有的“C＝C”双键改写成“C－C”单键（两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉），然后从左到右或从右到左逐个碳原子进行观察，如有超过四价的两个相邻碳原子，则将它们之间表示双键的“＝”去掉，使这两个碳原子不相连，这种聚合物的各种单体自然就露出“庐山真面目”了。
例1．工程塑料ABS树脂结构简式如下，合成时用了三种单体。
这三种单体的结构简式分别为：
___________、_________________、_____________。
解析：
从链节可知，ABS属于加聚产物。
故第一步先改写：
第二步将超过四价的两个碳原子：
2、3号，6、7号之间“＝”去掉即得到三种单体的结构简式：
CH2＝CH－CN CH2＝CH－CH＝CH2 CH2＝CH－C6H5
事实上，上述两个步骤在头脑中很快就能完成，故能迅速写出其各种单体的结构简式。
Ⅲ．缩聚产物中单体的确定
缩聚产物一般是由生成类似于酚醛树脂、生成酯、生成肽键的原理形成。
根据这些物质的生成原理，从什么位置形成共价键的，书写单体时就从什么地方断键还原。
所以，若是缩聚产物，其单体的确定方法可如下操作：
羰氧断，羰氮断；羰基连羟基，氧氮都连氢，端点羰、氮、氧，也照上法连。
例如：
等，则先从羰基与氧原子或羰基与氮原子之处断开（同样要将两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉），成为两部分：
然后在羰基碳原子上连上羟基，氧原子或氮原子上连上氢原子，这样，聚合物的单体的结构简式自然就出来了：
如果链节中不含“－COO－”或“－CO－NH－”，只是在端点含有“－CO－”、“－O－”或“－N－”，则说明是只有一种单体缩聚成的，则只须依照上述方法在羰基上连上羟基“－OH”，“－O－”或“－N－”原上直接连上“H”就行了。
如：
的单体可以迅速写出为
例2．无线电中的绝缘包皮PTB是一种绝缘性能好的材料，其结构简式为：
请写出合成PTB所需单体的结构简式：
______________________________________________
解析：
根据我们所掌握的有机聚合反应的基本类型及聚合物的单体的书写方法，可以迅速判断出这种聚合物是由二元羧酸和二元醇的缩聚生成的，单体随之也就可以写出了。
HO（CH2）4OH
二、由高分子化合物判断单体的规律
（一）由加聚反应生成高聚物的单体的判断
两种（或两种以上）单体可以同时进行聚合，生成含有这两种（或两种以上）结构单位的大分子。
烯类及其衍生物常起共聚反应生成高分子化合物。
1．凡链节的主碳链为两个碳原子，其单体必为一种。
将链节的两个半键闭全即为单体。
2．凡链节中主碳链为4个碳原子，无碳碳双键结构，其单体必为两种，从主链中间断开后，再分别将两个半键闭合即得单体。
3．凡链节中主碳链为4个碳原子，含有碳碳双键结构，单体为一种，属二烯烃：
4．凡链节中主碳链为6个碳原子，含有碳碳双键结构，单体为两种（即单烯烃和二烯烃）
5．凡链节中主碳链为8个碳原子，含有一个碳碳双键结构时，其单体可为一种二烯烃，两种单烯烃。
含有二个碳碳双键时，其单体可为二烯烃等。
（二）由缩聚反应生成高聚物的单体的判断
许多小分子相互作用，生成高分子化合物，同时释出水、醇、氨、氯化氢等物质。
起缩聚反应的化合物必须含有两种或两种以上的官能团，它们可以是两种相同的分子，也可以是两种不同的分子。
从酯基中间断开，在羰基上加羟基，在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇。
如：
已知涤纶树脂的结构简式为
简式。
HOCH2－CH2OH）
亚氨基上加氢原子、羰基上加羟基，所得氨基酸为单体。
单体必为两种，可以从肽键
上断开，在亚氨基上加氢原子，在羰基上加羟基，得到二胺和二酸即为单体。
和HOOC（CH2）mCOOH。
9．凡链节中主碳链含有苯环并连接—CH2—基团的，其—CH2—基团必来自甲醛，单体有两种即酚和甲醛。
（三）开环聚合物的单体的判断
环状单体在一定条件下可以开环形成聚合物。
聚合时常加成一个小分子形成端基。
10．开环形成的聚合物的组成与其单体相同（端基不计算在内）。
典例剖析
例1、下列物质中，属于高分子化合物的是
A.淀粉B.油脂C.棉花D.蔗糖
解析：
高分子化合物的相对分子质量应大于10000，已学的高聚物有：
聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树酯、蛋白质、聚异戊二烯等。
且所有高分子化合物均是混合物（n为一定范围值）油脂是油和脂肪的总称，它是高级脂肪酸甘油酯，蔗糖是二糖，分子式为C12H22O11，油脂和蔗糖的相对分子质量均较小，两者均不属于高分子化合物；棉花的主要成分是纤维素，淀粉和纤维素都是天然高分子化合物。
答案：
A、C
例2、合成结构简式为[CH2-CH=CH-CH2-CH-CH2]n的高聚物，其单体是（1999年上海高考题）C6H5
①苯乙烯②丁烯③丁二烯④丙炔⑤苯丙烯
A.①②B.④⑤C.③⑤D.①③
思路分析：
本题考查学生是否能运用弯箭头法求有机高聚物的单体。
从链节的一端开始，把键收回，-CH2-CH-CH2-CH=CH-CH2-，得CH=CH2和CH2=CH-CH=CH2。
把单键变双键，双键变
C6H5C6H5
单键，遇到碳超过五价，则令其断键即可。
-CH2-CH=CH-CH2-CH-CH2-得：
CH2=CH-CH=CH2、CH=CH2。
C6H5C6H5
答案：
D
方法要领：
根据高聚物结构简式推断其单体，可用弯箭头法。
例3、丁腈橡胶[CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH]n具有优良的耐油、耐高温性能，合成丁腈橡胶
CN
的原料是（2000年上海高考题）
①CH2=CH-CH=CH2②CH3-CC-CH3③CH2=CH-CN④CH3-CH=CH-CN⑤CH3-CH=CH2⑥CH3-CH=CH-CH3
A.③⑥B.②③C.①③D.④⑤
解析：
此题解法同例1答案：
C
例4、写出用下列化合物作为单体聚合生成的高分子化合物结构简式：
（1992年三南高考题）
（1）CH2=CH-C=CH2聚合得（此处聚合物用作合成橡胶）.
Cl
（2）已知CH2--CH2在虚线处开环聚合得[CH2CH2O]n（此聚合物用作表面活性剂）。
则
O
开环聚合得（此聚合物用作合成纤维）
解析：
本题测试有关高分子化合物加聚、缩聚、开环聚合等知识，考查信息迁移、模仿等自学能力。
（1）发生加聚反应，其中双键变单键、单键变双键，可用弯箭头表示电子对转移，写出单体，将其通过键的转移，可立即写出聚合物：
[CH2-CH=C（Cl）-CH2]n。
（2）为开环聚合，在断键处开环即得链节。
答案：
（1）[CH2-CH=CH（Cl）-CH2]n
（2）[NHCH2CH2CH2CH2CH2CO]n
例5Nomex纤维是一种新型阻燃性纤维，它是由间苯二甲酸和间二苯胺在一定条件下以等物质的量缩聚合成，请把Nomex纤维结构简式写在下面的方框中。
（1996年全国高考题）
解析：
将形成肽键的知识迁移应用于形成Nomex纤维即可。
可按以下思路进行：
（1）-COOH与-NH2以1:
1缩合形成什么结构？
（肽键：
-CO-NH-）
（2）Nomex纤维是高分子化合物，还是低分子化合物？
（3）Nomex纤维的结构简式能否写成二分子缩合结构？
（4）间苯二甲酸两个-COOH和间苯二胺上的两个-NH2在缩聚相互结合的可能性是否均等？
（5）将两个单体结构简式分别沿纸平面旋转600，其结构简式怎样写？
[
]
（6）Nomex纤维的结构简式怎样写？
解析：
这是由-COOH与-NH2通过脱水后形成的高聚物。
由氨基酸缩聚为蛋白质的原理：
氨基（-NH2）与羧基（-COOH）缩去-H和-OH（生成H2O），余下部分相连为缩聚物
。
把此原理迁移到本题得解。
答案：
注意：
（1）官能团在苯环中处于间位上；
（2）由于没有弄清题意而写成二分子缩合物。
例6、某种ABS工程树脂，由丙烯腈（CH2=CHCN，符号A）、1，3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2，符号B）和苯乙烯（C6H5-CH=CH2，符号S）按一定配比共聚而得。
（1995全国高考题）
（1）A、B和S三种单体中，碳氢比（C:
H）值最小的单体是。
（2）经元素分析可知该ABS样品的组成为CaHbNc（a、b、c为正整数），则原料中A和B的物质的量之比是（用a、b、c表示）。
解析：
三种单体分子式分别为A：
C3H3N、B：
C4H6、S：
C8H8，只有丁二烯C4H6的碳氢比小于1。
设A、B、C物质的量分别为x、y、z，则：
a=3x+4y+8zb=3x+6y+8zc=x
解得：
x=c、y=（b-a）/2.
一题多解：
只有丙烯腈含N，且其为c；A和S中C、H原子数比相等，B中H比C多2个，即ABS中H比C每多2个，含1个丁二烯分子。
故丁二烯为（b-a）/2。
答案：
（1）1，3-丁二烯（写B或写结构简式也可）
（2）c:
（b-a）/2[或2c:
（b-a）]
例7、工程塑料ABS树酯（结构简式如下），合成时用了三种单体。
ABS（1993年全国高考题）
（式中-C6H5为苯基）
这三种单体的结构简式分别是：
______________、____________、_____________。
解析：
该题是针对有机反应类型中加聚反应，根据高聚物的结构判断相应单体结构的填空题。
由前面的归纳概括，结合观察高分子链的结构特征，可知三种单体分别为两种乙烯型和一种1，3-丁二烯型：
CH2=CHCN，CH2=CH-CH=CH2，C6H5CH=CH2。
也可用弯箭头法，反其道而用之：
立刻可以将单键切断，将ABS剖析成为三种单体。
CH2—CH—CH2—CH=CH—CH2—CH2—CH
CN
C6H5
答案：
CH2=CHCN，CH2=CH-CH=CH2，C6H5CH=CH2
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