2020-2021學(xué)年高中化學(xué) 第3章 有機(jī)合成及其應(yīng)用 合成高分子化合物 3 合成高分子化合物學(xué)案 魯科版選擇性必修3

1、2020-2021學(xué)年高中化學(xué) 第3章 有機(jī)合成及其應(yīng)用 合成高分子化合物 3 合成高分子化合物學(xué)案 魯科版選擇性必修32020-2021學(xué)年高中化學(xué) 第3章 有機(jī)合成及其應(yīng)用 合成高分子化合物 3 合成高分子化合物學(xué)案 魯科版選擇性必修3年級：姓名：- 20 -第3節(jié)合成高分子化合物新課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1.了解聚合物的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn),認(rèn)識單體和重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(鏈節(jié))及其與聚合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系。2.了解加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)。3.認(rèn)識塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。4.了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:可以通過分析、推理等方法認(rèn)識有機(jī)合成的

2、本質(zhì)特征,建立加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的具體模型,并能運(yùn)用相關(guān)的模型進(jìn)行反應(yīng)的判斷。2.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識:能從有機(jī)物的結(jié)構(gòu)出發(fā),依據(jù)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),確定有機(jī)高分子的合成方式,培養(yǎng)勤于實踐、善于合作、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的學(xué)科素養(yǎng)。必備知識素養(yǎng)奠基一、高分子化合物概述1.概念:一般是指由成千上萬個原子以共價鍵連接形成的、相對分子質(zhì)量很大(104106甚至更大)的化合物(簡稱高分子),又稱大分子化合物(簡稱大分子)。由于高分子多是由小分子通過聚合反應(yīng)生成的,也被稱為高聚物,通常稱為聚合物。2.結(jié)構(gòu)(以ch2ch2為例)例如:說明:一種單體聚合后形成的高分子化合物:結(jié)構(gòu)單元數(shù)=聚合度=鏈節(jié)數(shù)。兩種或

3、兩種以上的單體形成的高分子化合物:結(jié)構(gòu)單元數(shù)=聚合度鏈節(jié)數(shù)3.高分子化合物的分類(1)葡萄糖、油脂、淀粉屬于高分子化合物。()提示:。葡萄糖和油脂不屬于高分子化合物。(2)按照分子鏈的形狀可將高分子化合物分為熱塑性高分子和熱固性高分子兩類。()提示:。按照分子鏈的形狀可將高分子化合物分為線型高分子、支鏈型高分子和體型高分子三類。而熱塑性高分子和熱固性高分子的分類標(biāo)準(zhǔn)為受熱時的不同行為。二、高分子化合物的合成聚合反應(yīng)1.概念由小分子物質(zhì)合成高分子化合物的化學(xué)反應(yīng)。2.加成聚合反應(yīng)(1)概念:單體通過加成的方式生成高分子化合物的反應(yīng),簡稱加聚反應(yīng),反應(yīng)過程中沒有小分子化合物產(chǎn)生。(2)例如;。3.

4、縮合聚合反應(yīng)(1)概念:單體通過分子間的相互縮合而生成高分子化合物的聚合反應(yīng),簡稱縮聚反應(yīng)。反應(yīng)過程中伴隨有小分子化合物(如水)生成。(2)例如nh2n(ch2)6nh2+nhooc(ch2)4cooh+(2n-1)h2o請將合成下列高分子材料所用單體的結(jié)構(gòu)簡式、反應(yīng)類型填入相應(yīng)空格內(nèi)。(1)天然橡膠的單體為_,反應(yīng)類型為_。(2)錦綸的單體為_,反應(yīng)類型為_。(3)的單體為_,反應(yīng)類型為_。提示:(1)加聚反應(yīng)(2)h2n(ch2)5cooh縮聚反應(yīng)(3)、縮聚反應(yīng)三、高分子化學(xué)反應(yīng)1.概念:有高分子化合物參與的化學(xué)反應(yīng)。2.應(yīng)用:可將已有的天然或合成高分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌母叻肿印?.分類(1)聚

5、合度變大的反應(yīng)例如:聚丁二烯和苯乙烯混合。(2)聚合度變小的反應(yīng)高分子化合物可以在力、光、化學(xué)物質(zhì)、水或微生物等作用下降解,發(fā)生聚合度變小的反應(yīng)。(3)聚合度不變的反應(yīng)例如:+nch3oh聚乳酸(pla)是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染,而且產(chǎn)品可以生物降解,實現(xiàn)在自然界中的循環(huán),因此是理想的綠色高分子材料。其主要成分的結(jié)構(gòu)式為。(1)合成聚乳酸的反應(yīng)屬于哪類聚合反應(yīng)?提示:由乳酸通過聚合反應(yīng)生成聚乳酸的同時,還生成水,因此屬于縮聚反應(yīng)。(2)聚乳酸在自然界中是如何發(fā)生生物降解的?提示:聚乳酸屬于聚酯類物質(zhì),在自然界中可以水解生成小分子乳酸,

6、進(jìn)一步被氧化生成co2和水,不會對環(huán)境產(chǎn)生影響。四、合成高分子材料1.基本組成合成高分子材料是以合成高分子化合物為基本原料,加入適當(dāng)?shù)闹鷦?經(jīng)過一定加工過程制成的材料,其中助劑通常指填料、增塑劑、顏料、發(fā)泡劑等。2.常見的合成高分子材料(1)三大合成材料:塑料、合成橡膠、合成纖維。三大合成材料的主要成分是樹脂,其是人工合成的、未經(jīng)加工處理的任何聚合物的統(tǒng)稱。(2)生活中常見的合成高分子材料還有涂料、黏合劑與密封材料等。3.功能高分子材料(1)概念:是指除了具有一般高分子的力學(xué)性能外,還具有特殊物理、化學(xué)或生物等功能的高分子。一般在高分子鏈的主鏈、側(cè)鏈或交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部或表面含有某種功能性基團(tuán)。(

7、2)制備方法:將功能性基團(tuán)通過某種反應(yīng)或作用連接到已有的高分子中。將含有功能性基團(tuán)的單體進(jìn)行聚合。(3)常見功能高分子離子交換樹脂類型含義例子陽離子交換樹脂常用樹脂母體是苯乙烯與二乙烯基苯的交聯(lián)聚合物,向聚合物中引入磺酸基、羧基等基團(tuán),可得到酸性的陽離子交換樹脂,可與溶液中的陽離子進(jìn)行交換反應(yīng)2rso3h+ca2+(rso3)2ca+2h+陰離子交換樹脂向聚合物中引入氨基等基團(tuán),可以得到堿性陰離子交換樹脂,可與溶液中的酸根離子進(jìn)行交換醫(yī)用高分子類型應(yīng)用例子生物可降解型可吸收縫合線、黏合劑、緩釋藥物等聚乳酸:生物非降解型可用于制作人造血管、人造心臟、隱形眼鏡等硅橡膠等某有機(jī)物x是一種性能優(yōu)異的高

8、分子材料,其結(jié)構(gòu)簡式為,被廣泛應(yīng)用于聲、熱、光的傳感等方面。已知它是由hcch、(cn)2、ch3cooh三種單體通過適宜的反應(yīng)形成的。由單體合成x時都經(jīng)歷了哪些反應(yīng)?提示:分別是加成反應(yīng)和加聚反應(yīng)。由x的結(jié)構(gòu)簡式可判斷出它是加聚反應(yīng)的產(chǎn)物,兩種單體分別為ncchchcn和ch2choocch3,很顯然前者是hcch和(cn)2的加成產(chǎn)物,后者是hcch和ch3cooh的加成產(chǎn)物。關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成知識點(diǎn)一加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)1.加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的比較加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)單體結(jié)構(gòu)單體必須是含有雙鍵等不飽和鍵的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等)單體為含有兩個或兩個以上的官能團(tuán)(如oh、cooh、nh2

9、、x等)的化合物反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)發(fā)生在不飽和鍵上反應(yīng)發(fā)生在官能團(tuán)之間聚合方式通過不飽和鍵上的加成連接通過縮合脫去小分子而連接反應(yīng)特點(diǎn)只生成高聚物,沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生生成高聚物的同時,還有小分子副產(chǎn)物生成(如h2o、nh3、hcl)聚合物化學(xué)組成所得高聚物的化學(xué)組成跟單體的化學(xué)組成相同所得高聚物的化學(xué)組成跟單體的化學(xué)組成不同2.加聚反應(yīng)的常見類型(1)單烯自聚型:分子內(nèi)含有一個的烯烴及其衍生物發(fā)生的加聚反應(yīng)。如合成聚乙烯:nch2ch2ch2ch2合成聚氯乙烯:nch2chcl (2)二烯自聚型:分子內(nèi)具有共軛雙鍵(cccc)的烯烴及其衍生物發(fā)生的加聚反應(yīng)。如合成順丁橡膠:nch2chchch2ch2c

10、hchch2合成天然橡膠:(3)兩種及兩種以上的單體共聚型:單體的雙鍵彼此斷開,相互連接形成高聚物。如nch2ch2+nch2chch33.縮聚反應(yīng)的常見類型(1)酸與醇縮聚。+nhoch2ch2oh+(2n-1)h2o。(2)氨基酸縮聚。nh2nch2cooh+(n-1)h2o。(3)羥基酸縮聚。nhoch2cooh+(n-1)h2o。(4)酚醛縮聚。n+nhcho+(n-1)h2o?！痉椒ㄒ?guī)律】加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的區(qū)別與判斷加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)區(qū)分時主要是通過反應(yīng)的產(chǎn)物情況進(jìn)行分析,加聚反應(yīng)的產(chǎn)物往往只有一種表示形式即只生成高聚物;縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物除了生成高聚物之外,還有小分子物質(zhì)生成?！舅伎?/p>

11、討論】(1)某高分子化合物a的結(jié)構(gòu)片段如下:合成該高分子化合物的單體是什么?合成該高分子化合物的反應(yīng)屬于哪類反應(yīng)?提示:由高分子化合物a的結(jié)構(gòu)片段可以看出其鏈節(jié)為,則a的結(jié)構(gòu)簡式為,它應(yīng)是通過加聚反應(yīng)得到的高聚物,其單體是ch2chcooh。(2)怎樣通過高聚物的結(jié)構(gòu)區(qū)別這兩種聚合反應(yīng)?提示:縮聚產(chǎn)物一般鏈節(jié)主鏈上含有酯基、肽鍵等官能團(tuán)或其殘基,而加聚產(chǎn)物一般沒有,但有時在鏈節(jié)側(cè)鏈中會有以上基團(tuán)?！镜淅?2019北京高考)交聯(lián)聚合物p的結(jié)構(gòu)片段如圖所示。下列說法不正確的是(圖中表示鏈延長)()x為y為a.聚合物p中有酯基,能水解b.聚合物p的合成反應(yīng)為縮聚反應(yīng)c.聚合物p的原料之一丙三醇可由

12、油脂水解獲得d.鄰苯二甲酸和乙二醇在聚合過程中也可形成類似聚合物p的交聯(lián)結(jié)構(gòu)【解題指南】解答本題需要注意以下兩點(diǎn):(1)根據(jù)產(chǎn)物是否有小分子判斷是縮聚反應(yīng)還是加聚反應(yīng);(2)根據(jù)重復(fù)單位找單體?！窘馕觥窟xd。x為,y為,由p的結(jié)構(gòu)片段可以看出,x與y相連,構(gòu)成酯基,聚合物p能發(fā)生水解反應(yīng),故a正確; 縮聚反應(yīng)為單體經(jīng)多次縮合而聚合成大分子的反應(yīng),該反應(yīng)常伴隨著小分子的生成,由p的結(jié)構(gòu)片段可以看出,合成p的過程中伴隨有小分子出現(xiàn),會發(fā)生縮聚反應(yīng),故b正確;油脂是一種酯,在酸性條件和堿性條件下水解都可得到丙三醇,故c正確;由鄰苯二甲酸和乙二醇的結(jié)構(gòu)式可知,二者發(fā)生縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或環(huán)式結(jié)構(gòu)

13、,不能形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),故d錯誤?！灸割}追問】(1)形成交聯(lián)聚合物p的單體是什么?提示:、。(2)寫出對苯二甲酸和乙二醇形成高分子的化學(xué)方程式。提示:+nhoch2ch2oh+(2n-1)h2o?！具w移應(yīng)用】1.用兩種烯烴ch2ch2和rchchr作單體進(jìn)行聚合反應(yīng)時,產(chǎn)物中含有()ch2ch2a.b.僅c.d.【解析】選d。當(dāng)兩種烯烴進(jìn)行加聚反應(yīng)時,其產(chǎn)物既存在兩者間的加聚產(chǎn)物(主產(chǎn)物),又存在自身間的加聚產(chǎn)物(副產(chǎn)物)。2.醫(yī)用化學(xué)雜志報告,用聚乙交酯纖維材料所制成的醫(yī)用縫合線比天然高分子材料(如腸線)還好。前者的化學(xué)結(jié)構(gòu)簡式可表示為,它是由中間有機(jī)化合物聚合而成的。(1)試推導(dǎo)聚乙交酯纖維的

14、單體_。(2)寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式_?！窘馕觥?1)本題可采用逆推法。既然高分子聚合物是由單體縮去小分子形成的,觀察聚合物的結(jié)構(gòu)可知,原單體應(yīng)為羥基酸。(2)先由單體進(jìn)行分子間脫水形成環(huán)酯,即中間有機(jī)物,再由中間有機(jī)物進(jìn)一步形成高分子化合物。答案:(1)hoch2cooh(2)2hoch2cooh+2h2o,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2020三亞高二檢測)下列反應(yīng)不屬于聚合反應(yīng)的是()a.nb.+3hno3+3h2oc.nch2ch2+nch2chch3d.nh2nch2cooh+nh2o【解析】選b。聚合反應(yīng)是由小分子化合物生成高分子化合物的反應(yīng),高分子化合物組成的表示方法一般用表示?！皣娝芤悍ā?/p>

15、是一種使沙漠變綠洲的新技術(shù),它先是在沙漠中噴灑一定量的聚丙烯酸酯水溶液,水溶液中的高分子與沙土粒子結(jié)合,在地表下3050 cm處形成一個厚0.5 cm的隔水層,既能阻止地下的鹽分上升,又有攔截、蓄積雨水的作用。(1)聚丙烯酸酯有沒有固定的熔沸點(diǎn)?提示:聚丙烯酸酯屬于混合物,沒有固定的熔沸點(diǎn)。(2)合成聚丙烯酸酯的反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)還是縮聚反應(yīng)?提示:聚丙烯酸酯的單體為丙烯酸酯,結(jié)構(gòu)簡式為ch2chcoor,合成聚丙烯酸酯的反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)。知識點(diǎn)二聚合物單體的推斷方法1.加聚產(chǎn)物推斷單體半鍵還原法:每隔2個碳斷一個鍵,再把兩個半鍵還原為一個共價鍵。(1)凡鏈節(jié)的碳鏈為兩個碳原子的,其合成的單體為

16、一種,如單體為。(2)凡鏈節(jié)中無碳碳雙鍵的,則鏈節(jié)中必為每2個碳原子分為一組,作為一個單體,如單體為ch2ch2和ch3chch2。(3)鏈節(jié)中存在碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)。主鏈節(jié)為四個碳原子且雙鍵在中間的,其單體必為一種,將鏈節(jié)的單鍵和雙鍵互換即得高聚物的單體。如單體:。若雙鍵不在四個碳原子的中心,可能為烯烴和炔烴的共聚產(chǎn)物。如單體為和chch。2.縮聚產(chǎn)物推斷單體類型在聚酯中斷開羰基與氧原子間的共價鍵,羰基連羥基,氧原子連氫原子在蛋白質(zhì)中斷開羰基與氮原子間的共價鍵,羰基連羥基,氮原子連氫原子實例高聚物單體hooccoohhoch2ch2ohh2nch2cooh【易錯提醒】由高聚物推斷單體的注意事項由高

17、聚物推斷單體時,需要聯(lián)系該高聚物的合成過程,若高聚物的主鏈上只有碳原子,沒有其他的官能團(tuán),則是通過加成聚合得到的,用 “半鍵還原法”找出單體;若主鏈上有除了碳原子以外的“氧”原子“氮”原子或有其他的官能團(tuán),則是通過縮合聚合形成的。通過官能團(tuán)找準(zhǔn)斷鍵位置,然后補(bǔ)上h或oh。【思考討論】(1)使用有機(jī)材料制成的薄膜,給環(huán)境造成的“白色污染”后果十分嚴(yán)重,我國研制成功的幾種可降解塑料結(jié)構(gòu)簡式如下:a.b.c.這幾種塑料有良好的生物適應(yīng)性和分解性,能自然腐爛分解?？山到馑芰蟖、b、c對應(yīng)的三種單體依次是什么?提示:可降解塑料a、b、c都是由各自單體通過縮聚反應(yīng)生成的,對應(yīng)的三種單體依次是、。(2)通過

18、聚合物的鏈節(jié),可以看出聚合物的單體,你知道下面兩種聚合物是由何種單體聚合成的嗎?提示:ch3chch2ch2chcooch3【典例】下列高聚物必須由兩種單體加聚而成的是()a.b.c.d.【解題指南】解答本題時要注意以下兩點(diǎn):(1)通過高聚物的結(jié)構(gòu)判斷產(chǎn)生高聚物的反應(yīng)類型。(2)利用高聚物單體的判斷方法推斷出單體。【解析】選c。a、b、c中的高聚物均為加聚產(chǎn)物,根據(jù)加成聚合反應(yīng)單體的推斷方法可推斷:的單體為,的單體為,的單體為和ch2chchch2;為縮聚產(chǎn)物,其單體為hcho和。【母題追問】(1)以上各選項中的高聚物,能使溴水因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而褪色的是哪幾項?提示:b、c兩項高聚物的鏈節(jié)中均含

19、有碳碳雙鍵,均可與溴單質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng)而使溴水褪色,而d項高聚物的鏈節(jié)中存在酚羥基,故可與溴單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)而使溴水褪色。(2)高聚物的相對分子質(zhì)量為多少?用其制備的材料是純凈物還是混合物?提示:高聚物的鏈節(jié)為,鏈節(jié)的式量為42,所以的式量為42n。用其制備的材料是混合物,因為高分子化合物是由許多不同的高分子鏈組成?！具w移應(yīng)用】1.某高分子鏈如圖所示,可用于合成該鏈的單體是()甘氨酸丙氨酸苯丙氨酸谷氨酸a.b.c.d.【解析】選d。分子中有肽鍵,單體通過縮聚反應(yīng)形成高分子,該高分子肽鍵斷裂,在nh上加氫,在上加羥基即得。2.丁腈橡膠(),具有優(yōu)良的耐油、耐高溫性能,則合成丁腈橡膠的單體種類和化學(xué)

20、反應(yīng)所屬類型正確的是()a.1種加聚反應(yīng)b.2種縮聚反應(yīng)c.2種加聚反應(yīng)d.3種縮聚反應(yīng)【解析】選c。根據(jù)高聚物的鏈節(jié)特點(diǎn)判斷應(yīng)是加聚反應(yīng)的產(chǎn)物,且單體有2種,分別為ch2chchch2和?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】1.已知脲醛樹脂的結(jié)構(gòu)簡式為,合成該物質(zhì)的單體及合成該物質(zhì)的反應(yīng)分別是()a.,加聚反應(yīng)b.,縮聚反應(yīng)c.,加聚反應(yīng)d.,加聚反應(yīng)【解析】選b。由結(jié)構(gòu)簡式可得出它的鏈節(jié)為,再由鏈節(jié)分析,它肯定不是由加聚反應(yīng)生成的物質(zhì),是由縮聚反應(yīng)生成的物質(zhì),nhcho+(n-1)h2o+。2.某高分子材料的結(jié)構(gòu)簡式為,組成該化合物的單體可能為ch2ch2ch2chch3ch2chchch2其中正確的組合是()a

21、.b.c.d.【解析】選b。使用“斷鍵再接”法,從最左端斷開,則依次出現(xiàn)單鍵變雙鍵、單鍵斷開、雙鍵成三鍵的情況,具體表示為,得、ch3chch2、單體。課堂檢測素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.下列屬于天然高分子化合物的是()a.聚乙烯b.淀粉c.硝化纖維d.油脂【解析】選b。淀粉是天然高分子化合物。聚乙烯是合成高分子化合物。硝化纖維是纖維素與硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)的產(chǎn)物,在與硝酸反應(yīng)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(zhì)量相對較小,且在其結(jié)構(gòu)中沒有出現(xiàn)重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元和聚合度,故不是高分子化合物。2.下列高分子化合物對應(yīng)的鏈節(jié)正確的是()a.聚氯乙烯clchch2b.聚苯乙

22、烯c.聚異戊二烯d.聚丙烯ch2ch2ch2【解析】選c。聚氯乙烯的鏈節(jié)為;聚苯乙烯的鏈節(jié)為;聚丙烯的鏈節(jié)為。3.某高聚物的結(jié)構(gòu)簡式為,下列分析正確的是()a.它是縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物b.其單體是ch2ch2和hcooch3c.其單體為ch2chcooch3d.它燃燒后產(chǎn)生co2和h2o的物質(zhì)的量之比為11【解析】選c。根據(jù)該高聚物的結(jié)構(gòu)簡式可知,它是加聚反應(yīng)的產(chǎn)物,其單體是ch2chcooch3,a、b不正確,c正確;它燃燒后產(chǎn)生co2和h2o的物質(zhì)的量之比為43,d不正確。4.滌綸廣泛應(yīng)用于衣料和裝飾材料。合成滌綸的反應(yīng)如下:滌綸+2nh2o下列說法正確的是()a.合成滌綸的反應(yīng)為加聚反應(yīng)b.對苯二甲酸和苯甲酸互為同系物c.1 mol滌綸與naoh溶液反應(yīng),理論上最多可消耗2n mol