高中化学第五章 进入合成高分子化合物的时代综合与测试导学案
展开1、通过具体实例说明加成聚合反应和缩合聚合反应的特点,能用常见的单体写出简单的聚合反应方程式和聚合物结构式,或从简单的聚合物结构式分析出单体;
2、通过聚乙烯、酚醛树脂、聚酯(涤沦)、顺丁橡胶、高吸水性树脂(聚丙烯酸钠)等实例说明高分子材料的优异性能,初步知道高分子化合物的结构与性能之间的关系;
3、体验日新月异的高分子材料在工农业生产、提高人民生活质量和高新技术领域中的重要作用。
【知识网络】
【要点梳理】
要点一、有机高分子化合物简介。
(1)有机高分子化合物的概念
相对分子质量很大的有机化合物称为高分子化合物,简称高分子,又称高聚物或聚合物。
(2)有机高分子化合物的结构特点。
由于聚合条件不同,使生成的高聚物的分子结构也不相同。一般可以分为线型结构和体型结构两类。线型结构是指高聚物的链节连接成线状,可不带支链,也可在主链的某些链节处连接较短的支链;而体型结构则是指链与链之间交联,形成三维空间的立体结构。
(3)有机高分子化合物的基本性质。
①溶解性:线型有机高分子能溶解在某些有机溶剂中,但溶解缓慢;体型有机高分子不能溶解,只有一定程度的胀大。
②热塑性和热固性。
a.线型高分子的热塑性:线型高分子受热至一定温度范围时,开始熔化为流动的液体,冷却后变成固体,加热后又熔化,如此循环。
b.体型高分子的热固性:体型高分子加工成型后受热不会再熔化。
③强度:某些高分子材料的强度比金属还大。
④通常具有电绝缘性。
⑤具有耐化学腐蚀、耐热、耐磨、耐油、不透水的性能,但也有不耐高温、易燃烧、易老化、废弃后不易分解等缺点。
(4)有机高分子化合物的合成途径。
有机高分子化合物通常通过加聚反应或缩聚反应来制得。
要点二、加聚反应与缩聚反应的比较。
要点三、塑料、合成纤维和合成橡胶的比较。
【典型例题】
类型一、高分子化合物的结构、性质与用途
例1 下列原料或制成的产品中,若出现破损,不可能进行热修补的是( )。
A.聚氯乙烯材料的塑料凉鞋 B.家用电器的开关及插座
C.自行车的内胎 D.聚乙烯材料的塑料膜
【思路点拨】本题考查高分子化合物的性质与用途,属于知记类内容,难度不大。解答时只要能保证所学内容准确重现即可。
【答案】B
【解析】本题可利用两方面的知识进行分析选择,一是从结构方面考虑,A、C和D的高聚物的结构分别为
、和,均属于线型高分子化合物,均具有热塑性,是可以进行热修补的,B是由体型的酚醛树脂材料制成的,不可进行热修补;二是从生活常识方面考虑,家用电器的插座一般是更换,不能进行热修补的。
【总结升华】本单元内容多属于知记类知识,注意纵向积累和横向对比。
举一反三:
【变式1】 “不粘锅”饮具是在金属锅的内壁上涂一薄层聚四氟乙烯制成,下列各项对聚四氟乙烯的叙述中正确的是( )
A.在聚四氟乙烯的单体中不含有碳碳双键
B.聚四氟乙烯在高温时容易燃烧
C.聚四氟乙烯的化学性质很稳定,正常使用时不会发生化学变化
D.聚四氟乙烯的分子内支链很多,且彼此缠绕,不会污染食物
【答案】C
【解析】聚四氟乙烯的单体是四氟乙烯,是由氟原子取代乙烯中的4个H原子的得到的即CF2=CF2。作为“不粘锅”的涂层,聚四氟乙烯应具有的性质是耐高温、化学性质稳定;根据其结构判断,聚四氟乙烯应为线性结构。
【变式2】聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一,它具有弹性好,不易老化、耐擦洗、色泽亮丽等优点。聚丙烯酸酯的结构简式为,它属于( )
①无机化合物 ②有机化合物 ③高分子化合物
A.①③ B.①③ C.②③ D.②③
【答案】C
【解析】根据结构简式判断,聚丙烯酸酯是有机化合物、高分子化合物。
类型二、合成有机高分子化合物的方法
例2 下列各有机物,自身分子间在一定条件下能发生缩聚反应,且在适当条件下自身分子可以发生反应生成环状结构的是( )。
【思路点拨】本题考查合成有机高分子化合物的方法。合成有机高分子化合物,高中阶段需要掌握加聚反应、缩聚反应两种方法,需要熟练掌握两种方法的区别。
【答案】A、B
【解析】以一种分子为单体发生缩聚反应,则这种单体必然至少具有两个官能团且可以缩合出一种小分子(如H2O、HX等),若这两种官能团接在碳链的端点上,则可相互反应生成环状化合物,依据上述规律分析:
选项A:碳链一端为—COOH,另一端为—OH,可发生酯化反应而缩去了小分子H2O,则在一定条件下可缩聚生成高分子化合物,若分子内的—COOH与—OH酯化,则可生成环状酯,则A项符合题意。
选项B:同样具有—COOH、—OH,还有一个—Cl。考虑到—COOH与—OH可发生酯化反应脱去H2O,则可推断B可发生缩聚反应生成高聚物,也会发生两分子聚合,生成环状化合物,所以B项也符合题意。
选项C:苯酚与甲醛HCHO可以发生缩聚反应生成酚醛树脂,但如果只有一种物质,则自身分子间不能发生缩聚反应,自身分子也无法形成环状结构,则C项不合题意。
选项D:乙烯醇虽可发生聚合反应生成聚乙烯醇,但它是由加聚反应(而不是缩聚反应)生成的,反应过程中并没有缩去小分子,而只是双键打开加聚。CH2=CH—OH同样也不能由自身分子结构生成环状化合物。
【总结升华】加聚反应是由不饱和单体相互加成聚合成高分子化合物的反应。加聚反应的特点:
①单体一般是不饱和化合物;②一般链节主链上全部是碳原子;③高分子与单体具有相同组成,高分子与单体的相对分子质量之比等于聚合度。
缩聚反应是由单体聚合成高分子化合物的反应,同时还有小分子生成。缩聚反应的特点:
①单体一般是含有两个以上活泼官能团(—OH、—COOH)的化合物;②链节主链上除碳原子外,通常还有或N等杂质原子为;③高分子与单体的组成不同,高分子与单体的相对分子质量之比不等于聚合度。
举一反三:
【变式1】X是一种性能优异的高分子材料,其结构简式为,它已被广泛应用于声、热、光的传感等方面。它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体通过适宜的反应形成的。由X的结构式分析合成过程中发生反应的类型有( )
①加成反应 ②取代反应 ③缩聚反应 ④加聚反应 ⑤酯化反应
A.①④⑤ B.①④
C.①②④ D.①②③
【答案】B
【解析】由高分子的结构简式可判定它是加聚反应的产物,其单体分别为NCCH=CHCN和CH2=CHOCOCH3,很显然NCCH=CHCN是HC≡CH和(CN)21︰1加成的产物,CH2=CHOCOCH3也是HC≡CH和CH3COOH1︰1加成的产物。
【变式2】甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的高分子单体,旧法合成的反应是
(CH3)2C=O+HCN (CH3)2C(OH)CN
(CH3)2(OH)CN+CH3OH+H2SO4CH2=C(CH3)COOCH3+NH4HSO4
90年代新法的反应是:CH3C≡CH+CH3OH+COCH2=C(CH3)COOCH3
与旧法比较,新法的优点是( )
A.原料无爆炸危险 B.原料都是无毒物质
C.原料利用率高 D.产率高
【答案】C
【解析】新的制备方法只生成甲基丙烯酸甲酯一种产物,原料利用率很高,旧的方法生成NH4HSO4,具有强酸性,会腐蚀设备,新法改进此缺点。
类型三、以高分子化合物为载体考查有机合成与推断
例3 已知下列反应可以发生:
又知醇、氨都有类似于水的性质,酯可以水解,又可以醇解或氨解。维纶可以由石油产品乙烯为起始原料进行合成,主要步骤如下图所示。
回答下列问题:
(1)写出C、F的结构简式:C________;F________。
(2)A→B的反应类型有:________反应和________反应。
【思路点拨】本题以高分子化合物为载体考查有机合成与推断,考查重点仍然是有机反应类型及反应条件等。解答本题时,注意利用题干中的信息。
【答案】
(2)加成 消去
【解析】根据中学化学知识,乙烯和O2在催化剂的作用下可反应生成乙醛,又因为A能与Cu(OH)2反应产生Cu2O,故A必为乙醛。由题中所给信息可知,B为乙醛和乙酸发生加成反应后所得物质又消去水的生成物,结构简式为,所以(聚酯)。水解反应的实质是水提供的羟基代替有机物中的原子或原子团(如—X),根据知识迁移,则醇解的实质是醇(ROH)提供的—OR代替有机物中的原子或原子团,氨解的实质是氨(NH3)提供的—NH2代替有机物中的原子或原子团,故D为CH3COOCH3,F为CH3CONH2。
【总结升华】有机合成类的推断,一般有两种方法:一是“顺推法”;二是“逆推法”。比较常用的是“逆推法”,其思路是:(1)首先确定所要合成的有机产物属何类别,以及题中所给定的条件与所要合成的有机物之间的关系;(2)以题中要求的最终产物为起点,考虑这一有机物如何从前一有机物经过一步反应而制得,若不能一步制得,又需要经过哪些步骤。一直推导到题目中给定的原料。
举一反三:
【变式1】异戊二烯和苯乙烯按1︰1比例发生加聚反应生成高聚物的结构简式可能是( )
【答案】A
【解析】分别写出异戊二烯和苯乙烯的链节,然后进行组合,由于异戊二烯和苯乙烯的链节非对称结构,所以连接顺序可有多种。
【变式2】据《中国制药》报道,化合物F是用于制备“非典”药品(盐酸祛炎痛)的中间产物,其合成路线为:
已知:
Ⅰ.RNH2+R'CH2ClRNHCH2R'+HCl(R和R'代表烃基)
Ⅱ.苯的同系物能被酸性高锰酸钾溶液氧化,如
Ⅲ.(苯胺,弱碱性,易氧化)
Ⅳ. 与浓硫酸、浓硝酸混合,在不同温度下会得到不同产物。
回答下列问题:
(1)C的结构简式是________。
(2)D+E→F的化学方程式是________。
(3)已知E的一种同分异构体(对位氨基)在一定条件下,可聚合成热固性很好的高分子,写出合成此高分子化合物的化学方程式:________。
(4)反应①~⑤中,属于取代反应的是(填序号)________。
【答案】
(1)
(4)①②⑤
【解析】对A、D结构进行比较,可以看出D是A中甲基上的H被Cl取代的产物;对A、E的结构进行比较,可以看出②是A的甲基邻位上发生了硝化反应的过程;从信息Ⅱ、Ⅲ可以看出,B转化为E需要甲基氧化为羧基和硝基还原为氨基,但是由于氨基具有强还原性,易被氧化的特点,所以只能先氧化后还原,即③为氧化过程,④为还原过程,C的结构简式为;从信息Ⅰ可以写出反应⑤的化学方程式,E属于氨基酸,所以E的同分异构体形成高分子化合物是氨基酸缩合形成肽键的过程。
加聚反应
缩聚反应
概念
由不饱和单体相互加成聚合成高分子化合物的反应
由单体聚合成高分子化合物的同时,还有小分子(如H2O、HX、NH3)生成的反应
区别
①单体一般是不饱和化合物 ②一般链节主链上全部是碳原子 ③高分子与单体具有相同组成,高分子与单体的相对分子质量之比等于聚合度
①单体一般是含有两个以上活泼官能团(—OH、—NH2、—COOH)的化合物 ②链节主链上除碳原子外,通常还有或N等杂质原子为 ③高分子与单体的组成不同,高分子与单体的相对分子质量之比不等于聚合度
塑料
合成纤维
合成橡胶
类型
塑料有热塑性塑料和热固性塑料
纤维有天然纤维、人造纤维和合成纤维,合成纤维和人造纤维统称化学纤维
橡胶有天然橡胶和合成橡胶
举例
聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、酚醛塑料、聚四氟乙烯,具有特殊用途的工程塑料、增强塑料、改性塑料等
涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶,具有特殊性能的芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、防火纤维等
丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等通用橡胶,聚硫橡胶、耐高温和耐严寒的硅橡胶等
主要原料
石油产品等
石油、天然气、煤和农副产品等
石油、天然气等
主要性能
电绝缘性好,质轻,耐化学腐蚀,防水,耐油性差,易老化
强度高,弹性好,耐磨,耐化学腐蚀,不发霉,不怕虫蛀,不缩水
高弹性,绝缘性好,气密性好,耐油.耐高温或低温
用途
不同的塑料有不同的用途。如日常生活中使用的食品袋、包装袋大多是由聚乙烯、聚氯乙烯制成的,有机玻璃可用于制汽车、飞机用玻璃以及光学仪器、医疗器械等
除了供人类穿着外,在生产和国防上也有很多用途。例如,锦纶可制衣料织品、降落伞绳、缆绳和渔网等
是制造飞机、军舰、汽车、拖拉机、收割机、水利排灌器具、医疗器械等所必需的材料
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