选择性必修3第一节 合成高分子的基本方法优质导学案

这是一份选择性必修3第一节 合成高分子的基本方法优质导学案，共16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聚合反应的化学方程式和聚合物的结构简式。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、加成聚合反应
1．有机高分子
高分子的相对分子质量比一般有机化合物大得多，通常在104以上。
2．加成聚合反应
在一定条件下，通过相互加成的方式连接成链状的高分子的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。例如：
单体：氯乙烯；
加成聚合物(简称加聚物)：聚氯乙烯；
链节(又称重复结构单元)：；
聚合度：含有链节的数目，以n表示；
聚合物的平均相对分子质量＝链节的相对质量×n。
3．加成聚合反应的特点
(1)单体一般含有碳碳双键、碳碳三键等不饱和键。
(2)没有小分子物质生成，原子利用率为100%。
4．加聚反应常见的类型
(1)①一种单体的加聚(烯烃或炔烃加聚)
nCH2==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂 ))CH2—CH2；
nCH≡CHeq \(――→,\s\up7(催化剂))CH==CH。
②二烯烃加聚
nCH2==CH—CH==CH2eq \(――――→,\s\up7(一定条件))CH2—CH==CH—CH2。
(2)混聚：由两种或两种以上单体发生的加聚反应
nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3eq \(――――→,\s\up7(一定条件))或。
1．下列说法正确的是( )
A．链节是高分子中重复出现的结构单元，如聚乙烯的链节是CH2==CH2
B．丙烯和聚丙烯都能使溴水褪色
C．高分子都没有固定的熔、沸点
D．油脂属于高分子
答案 C
2．写出下列单体发生加聚反应的化学方程式。
(1)ClCH==CH2：______________________________________________________。
(2)：_______________________________________________。
(3)CH2==CH2＋CH3—CH==CH—CH3：_______________________________________。
(4)CH2==CH2＋CH2==CH—CH==CH2：_____________________________________。
答案 (1)nClCH==CH2eq \(――――→,\s\up7(一定条件))
(2)eq \(――――→,\s\up7(一定条件))
(3)nCH2==CH2＋nCH3—CH==CH—CH3eq \(――――→,\s\up7(一定条件))
(4)nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH==CH2eq \(――――→,\s\up7(一定条件))CH2—CH2—CH2—CH==CH—CH2
3．写出下列高分子的单体。
(1)：________________________________________________________。
(2)：__________________________________________________。
(3)：_____________。
答案 (1)HOOCCH==CH2
(2)CH2==CH－CH3、
(3)、CH2==CH—CH==CH2、
加聚物单体的判断方法
(1)凡链节主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物，其单体必为一种，将两个半键闭合即得对应单体。
如的单体为CH2==CH—CH3。
(2)凡链节主链中无碳碳双键的聚合物，以两个碳原子为一个单元划线断开，然后分别将两个半键闭合即得对应单体。
如的单体为和CH2==CH2。
(3)凡链节主链上只有碳原子且存在碳碳双键的聚合物，其断键规律是“有双键，四个碳；无双键，两个碳”，划线断开，然后将单键变双键，双键变单键即得对应单体。
如的单体是CH2==CH—CH==CH2和。
二、缩合聚合反应
1．缩合聚合反应
由单体分子间通过缩合反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应(简称缩聚反应)。
＋nHOCH2CH2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
己二酸 乙二醇 聚己二酸乙二酯
＋(2n－1)H2O。
其中为链节，
2．缩合聚合反应特点
(1)缩聚反应的单体常含有两个或两个以上能相互作用的原子或原子团。
(2)生成缩合聚合物(简称缩聚物)的同时，还伴有小分子副产物(如H2O等)的生成。由一种单体进行缩聚反应，生成的小分子物质的量一般为n－1；由两种单体进行缩聚反应，生成的小分子物质的量一般为2n－1。
3．常见的缩聚反应
(1)一种单体缩聚
①羟基酸缩聚
eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
6-羟基己酸 聚-6-羟基己酸酯
②氨基酸缩聚
nH2N—CH2—COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O。
(2)两种单体缩聚
①二元酸与二元醇缩聚
＋eq \(nHO—CH24—OH,\s\d12(1，4­丁二醇))eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
对苯二甲酸
(2n－1)H2O。
聚对苯二甲酸丁二酯
②二元酸与二胺缩聚
eq \(nH2N—CH26—NH2,\s\d12(己二胺))eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
己二酸
＋(2n－1)H2O。
聚己二酰己二胺
(1)缩聚反应生成高分子的同时，还有H2O等小分子物质生成( )
(2)缩聚反应的原子利用率为100%( )
(3)缩聚反应多为可逆反应，为提高产率，可及时移除反应产生的小分子副产物( )
(4)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)√
(1)具有什么特征的物质可以发生缩聚反应？反应原理是什么？
提示 缩聚反应中每一种单体至少有双官能团，且可以反应缩去小分子。
常见双官能团：
(2)利用球棍模型分别模拟一种单体(HOOCCH2OH)和两种单体(HOOCCOOH和HOCH2CH2OH)的缩聚过程，体会缩聚反应的特点，并总结出脱去的小分子数目与单体的关系。
提示 设单体的物质的量均为n，由一种单体缩聚，小分子的物质的量为n－1，由两种单体缩聚，小分子的物质的量为2n－1。
1．完成下列缩聚反应的化学方程式。
(1)乳酸()的缩聚：_____________________________。
(2)乙二酸与乙二醇的缩聚：_____________________________________。
(3)间苯二甲酸()和间苯二胺()的缩聚：_______________________。
答案 (1)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(n－1)H2O
(2)n ＋n eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O
(3)n ＋n eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
＋(2n－1)H2O
2．找出下列高分子的单体，并按要求填空。
(1)锦纶()的单体为_______________，反应类型为_________。
(2)涤纶
()的单体为__________________，制备涤纶的化学方程式为________________________________________________________________________。
答案 (1)H2N(CH2)5COOH 缩聚反应
(2)、HOCH2CH2OH ＋nHOCH2CH2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O
3．下列化合物中：
A．HO(CH2)3COOH
B．
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反应生成缩聚物的化学方程式为_________________________。
答案 (1)C
(2)A
(3)n HOOC(CH2)4COOHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))
＋(2n－1)H2O
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。
缩聚物单体的判断方法
(1)若聚合物为或，其单体必为一种，去掉中括号和n即可。
如的单体为；
的单体是。
(2)当链节中含有或结构时，其单体至少是两种，此时常用“切割法”，去掉中括号和n后，断开羰基与氧原子或氮原子间的共价键，然后在羰基碳上连上羟基，在氧原子或氮原子上连上氢原子。如图所示：
①的单体为和HO(CH2)4OH。
②去掉中括号和n再水解的单体为H2NCH2COOH和。
题组一 有机高分子
1．下面几种常见食物的主要成分不属于高分子的是( )
答案 D
解析 烤红薯和重庆小面的主要成分均是淀粉，属于高分子，故A、B不符合题意；牛肉干的主要成分是蛋白质，属于高分子，故C不符合题意；麦芽糖是二糖，属于有机小分子化合物，故D符合题意。
2．下列说法正确的是( )
A．油脂是高级脂肪酸甘油三酯，其相对分子质量较大，所以是有机高分子
B．聚乙烯是由乙烯经加聚反应合成的，所以聚乙烯和乙烯的化学性质相同
C．聚乙烯是由乙烯经加聚反应合成的，但是聚乙烯的基本结构和乙烯的结构不同
D．一块无色透明的塑料的成分是聚乙烯，所以是纯净物，有固定的相对分子质量
答案 C
解析 油脂的相对分子质量只有几百，而有机高分子的相对分子质量通常在104以上，所以油脂不是有机高分子，A错误；乙烯在发生加聚反应时，碳碳双键打开，所以聚乙烯中没有碳碳双键，因此二者结构和化学性质都不相同，B错误、C正确；塑料的组成成分是聚乙烯，但是合成聚乙烯所用的乙烯分子的数目不同，聚合度不同，所以塑料不是纯净物，而是混合物，D错误。
题组二 加成聚合反应
3．医用外科口罩的结构示意图如图所示，其中过滤层所用的材料是聚丙烯熔喷布，具有阻隔部分病毒和细菌的作用。下列关于医用外科口罩的说法错误的是( )
A．防水层具有阻隔飞沫进入口鼻的作用
B．聚丙烯是由丙烯通过加聚反应制得的
C．聚丙烯熔喷布难溶于水
D．用完后应投入有标志的垃圾箱
答案 D
4．以乙烯和丙烯的混合物为单体，发生加聚反应，不可能得到的是( )
A．CH2—CH2
B．CH2—CH2—CH2—CH2—CH2
C．
D．
答案 B
解析 加聚反应仅与小分子中的不饱和碳原子有关，原不饱和碳原子上的原子或原子团在高分子中作支链。
5．(2022·江苏南通高二月考)某有机高分子X的结构简式如图所示。下列说法正确的是( )
A．X易溶于水
B．X由缩聚反应得到
C．合成X的单体有两种
D．合成X的单体都具有顺反异构
答案 C
解析 X中不含亲水基，难溶于水，A错误；X是由加聚反应得到的，B错误；根据题给结构简式可知，合成X的单体有两种，分别是苯乙烯和异戊二烯，C正确；苯乙烯和异戊二烯都不存在顺反异构，D错误。
6．(2023·长春检测)丁腈橡胶的结构简式为，具有优良的耐油、耐高温性能，合成丁腈橡胶的原料是( )
①CH2==CH—CH==CH2 ②CH3—C≡C—CH3
③CH2==CH—CN ④CH3—CH==CH—CN
⑤CH3—CH==CH2 ⑥CH3—CH==CH—CH3
A．③⑥ B．②③
C．①③ D．④⑤
答案 C
解析 由丁腈橡胶的结构简式可知其为加聚物，根据加聚物单体的判断方法“见双键，四个碳”断键后，单双键互换，即得单体为CH2==CH—CN和CH2==CH—CH==CH2。
7．某聚合物可表示为，下列有关叙述不正确的是( )
A．该聚合物是通过加聚反应生成的
B．合成该聚合物的单体有3种
C．1 ml该聚合物能与1 ml H2发生加成反应，生成不含的物质
D．该聚合物能被酸性KMnO4溶液氧化
答案 C
解析 合成该聚合物的单体有、CH3－CH==CH2、CH2==CH2 3种，它们通过加聚反应生成该聚合物，A、B项正确；1 ml该聚合物分子中含n ml碳碳双键，能与n ml H2发生加成反应，C项错误；该聚合物中含有碳碳双键，能被酸性KMnO4溶液氧化，D项正确。
题组三 缩合聚合反应
8．PHB塑料是一种可在微生物作用下降解的环保型塑料，其结构简式为，下列有关PHB说法不正确的是( )
A．PHB通过加聚反应制得
B．PHB的单体是
C．PHB在微生物作用下的降解产物可能有CO2和H2O
D．PHB是一种聚酯
答案 A
解析 PHB通过缩聚反应制得，A项错误；PHB水解得到，在微生物作用下的降解产物可能有CO2和H2O，C项正确；PHB是发生缩聚反应产生的物质，是一种聚酯，D项正确。
9．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通过加聚反应制得的；B项是由CH2==CH—CH==CH2通过加聚反应制得的；C项是由CH2==CH—CH==CH2和CH2==CHC6H5通过加聚反应制得的；只有D项中含有官能团，故D项是由两种不同的单体通过缩聚反应生成的。
10．(2022·石家庄高二期末)烃的含氧衍生物X有如图转化关系：，X只含有一种官能团，W的结构简式为。下列说法错误的是( )
A．Y和乙醇不互为同系物
B．1 ml X和1 ml 甲醛分别与足量的银氨溶液反应均能生成4 ml Ag
C．由Y、Z生成W的反应类型为缩聚反应
D．X为W的单体
答案 D
解析 根据高聚物的结构简式可知，其单体为HOOC—COOH、HOCH2CH2OH，根据转化关系可知，Y为HOCH2CH2OH，Z为HOOC—COOH，则X为OHC—CHO，以此解题。Y为HOCH2CH2OH，与乙醇含有的羟基数目不同，二者不互为同系物，故A正确；X为OHC—CHO,1 ml X与足量银氨溶液反应生成4 ml Ag,1个HCHO分子相当于含有2个醛基，1 ml 甲醛与足量的银氨溶液反应生成4 ml Ag，故B正确；乙二酸与乙二醇反应生成高聚物，同时有小分子物质水生成，该反应类型为缩聚反应，故C正确。
11．下列合成高分子材料的化学方程式和反应类型都正确的是( )
A．nCH2==CH—CNeq \(――→,\s\up7(催化剂))CH2－CH－CN 加聚反应
B．n＋nHOCH2CH2OHeq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))＋(2n－1)H2O 加聚反应
C．nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3eq \(――――→,\s\up7(催化剂)) 加聚反应
D．nHCHO―→CH2－O 缩聚反应
答案 C
解析 A项，含有碳碳双键的有机物分子在发生加聚反应时，碳碳双键中的1个键断开，双键碳原子相互连接形成高分子，得到产物，错误；B项，在生成聚合物的同时还有小分子生成，说明发生的是缩聚反应，错误；D项，甲醛()中的碳氧双键发生的是加聚反应，错误。
12．(2023·金华调研)聚碳酸酯M()的透光率良好。它可制作车、船、飞机的挡风玻璃，以及眼镜片、光盘、唱片等。它可用绿色化学原料X()与另一种原料Y在一定条件下反应制得，同时生成甲醇。下列说法不正确的是( )
A．X、Y生成聚碳酸酯发生的是缩聚反应
B．X、Y反应过程中，X中的—CH3与Y中的—OH结合得到甲醇
C．Y的分子式为C15H16O2
D．Y的核磁共振氢谱有4组吸收峰
答案 B
解析 由聚碳酸酯的结构简式可知其单体Y的结构简式为。A对，X、Y生成聚碳酸酯的同时生成甲醇，该反应为缩聚反应；B错，由X中的—OCH3与Y中的—H结合生成甲醇；C、D对，由结构简式知，Y的分子式为C15H16O2，分子中共含4种不同化学环境的氢原子，则其核磁共振氢谱有4组吸收峰。
13．(2022·长沙高二测试)不饱和聚酯(UP) 是生产玻璃钢的基体材料。采用基础化工原料合成UP的流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．单体2可能是对苯二甲酸
B．丙可直接被酸性KMnO4溶液氧化生成单体1
C．单体1、2、3经缩聚反应制得UP
D．调节单体的投料比，控制m和n的比值，能获得性能不同的高分子材料
答案 B
解析 由图示UP的结构可推知，其单体分别为HO—CH2CH2—OH、、HOOC—CH==CH—COOH。结合流程图可知单体1为HOOC—CH==CH—COOH，甲为CH2==CH—CH==CH2，继而可推知乙为CH2BrCH==CHCH2Br，乙发生水解反应生成丙(HOCH2CH==CHCH2OH)，丙与HBr发生加成反应生成HOCH2CH2CHBrCH2OH，HOCH2CH2CHBrCH2OH经过连续氧化生成丁，丁为HOOCCH2CHBrCOOH，丁发生消去反应再酸化后生成单体1。由上述分析可知，单体2可能是乙二醇或对苯二甲酸，A项正确；丙为HOCH2CH==CHCH2OH，其分子中的碳碳双键和羟基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化，故不能直接被氧化生成单体1，B项错误；HOOCCH==CHCOOH、HOCH2CH2OH、反应生成UP的同时还有水生成，所以发生的是缩聚反应，C项正确；HOOCCH==CHCOOH、HOCH2CH2OH、之间可以有多种连接方式，所以调节单体的投料比，控制m和n的比值，能获得性能不同的高分子材料，D项正确。
14．丙烯和乙烯都是重要的化工原料。由丙烯经过下列反应可得到F、G两种高分子，它们都是常用的塑料。
(1)丙烯生成A和F的化学方程式分别为___________________________________________
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(2)D生成E的反应是原子利用率100%的反应，且D不能使溴的四氯化碳溶液褪色，则D的结构简式为__________________________________________________________。
(3)一定条件下，两分子E之间脱去一分子水生成一种具有芳香气味的物质。请写出反应的化学方程式：_______________________________________________________________。
(4)下列说法不正确的是________(填字母)。
A．丙烯没有同分异构体
B．聚丙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．1 ml E与足量金属钠反应可以生成22.4 L氢气(标准状况)
D．高分子G属于酯类
答案 (1)CH3CH==CH2＋Br2―→
nCH3CH==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))
(2)
(3)eq \(,\s\up7(一定条件))＋H2O
(4)AB
解析 (2)由题意，B的结构简式为，则C为，D为，D经加氢还原生成E。
(4)丙烯与环丙烷互为同分异构体，A项错误；丙烯加聚后不再含有碳碳双键，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，B项错误。
15．PBS是一种可降解的聚酯类高分子材料，可由马来酸酐等原料经如图所示路线合成。
已知：RC≡CH＋eq \(――――→,\s\up7(一定条件))
(1)A→B的反应类型是________；B的结构简式是____________。
(2)C中含有的官能团名称是_________________________________________；
D的名称(系统命名)是________________。
(3)半方酸是马来酸酐的同分异构体，分子中含1个环(四元碳环)和1个羟基，但不含—O—O—。半方酸的结构简式是________________。
(4)由B和D合成PBS的化学方程式是_______________________________________。
(5)下列关于A的说法正确的是____________(填字母)。
a．能使酸性KMnO4溶液或溴的CCl4溶液褪色
b．能与Na2CO3反应，但不与HBr反应
c．能与新制的Cu(OH)2反应
d．1 ml A完全燃烧消耗5 ml O2
答案 (1)加成反应 HOOCCH2CH2COOH
(2)碳碳三键、羟基 1,4-丁二醇
(3)
(4)nHOOCCH2CH2COOH＋nHOCH2CH2CH2CH2OHeq \(,\s\up7(一定条件))
＋(2n－1)H2O (5)ac
解析 (1)依据烯烃的性质知，A→B的反应是HOOCCH==CHCOOH与氢气发生的加成反应，故B的结构简式为HOOCCH2CH2COOH。(2)D的碳链上1、4号碳原子连有羟基，故D的名称为1,4-丁二醇。(3)根据马来酸酐的分子式(C4H2O3)和半方酸的结构特点可写出其结构简式。(4)根据B、D的结构简式可知合成PBS的反应为缩聚反应。(5)物质A中含有碳碳双键，能使酸性KMnO4溶液或溴的CCl4溶液褪色，a项正确；物质A可与HBr发生加成反应，b项错误；物质A含有羧基，可与新制的Cu(OH)2发生中和反应，c项正确；1 ml A完全燃烧消耗3 ml O2，d项错误。A.烤红薯
B.重庆小面
C.牛肉干
D.麦芽糖