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

这是一份高中化学第五章 进入合成高分子化合物的时代综合与测试导学案，共6页。学案主要包含了学习目标，知识网络，要点梳理，典型例题，思路点拨，总结升华等内容，欢迎下载使用。
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