2019-2020年高中化學(xué)選修5合成高分子化合物的基本方法1.doc

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2019-2020年高中化學(xué)選修5合成高分子化合物的基本方法1 為什么有些物質(zhì)透明，有些則不透明？如果一束可見光通過(guò)薄膜，這束光完全不受任何影響，如入“無(wú)人之境”，就稱這薄膜是透明的；但如果有一部分入射光被反射或者改變方向，使前進(jìn)方向光線減弱、模糊，則這薄膜就不透明了。玻璃、食鹽和明礬的晶體、許多寶石以及水和油等液體都透明。透明這一物理特性與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。同是聚乙烯，軟的透明而硬的則不透明，這是為什么呢？同是軟的薄膜，但聚丙烯就不透明，這又是為什么呢？ 透明的聚乙烯薄膜主要用于農(nóng)村溫室或食品包裝，柔軟而易被拉伸。紅外光譜剖析表明：其分子中的主鏈，每1000個(gè)亞甲基(—CH2—)大約連接20～30個(gè)甲基；但不透明且較硬的聚乙烯，則只連接3個(gè)甲基。1 g透明物結(jié)晶部分約0.4 g～0.5 g，密度??；而1 g不透明物結(jié)晶部分0.6 g～0.9 g，密度大；熔點(diǎn)分別為115℃和135℃，由于有支鏈，故熔點(diǎn)下降。對(duì)于聚合物，由于結(jié)晶好，分子排列緊密，質(zhì)點(diǎn)尺寸超過(guò)可見光波長(zhǎng)的1/20以上，引起光散射，因而失去透明性。對(duì)于無(wú)機(jī)鹽晶體，雖然也排列規(guī)整，但顆粒尺寸小，間距足夠大，故仍然透明。聚丙烯的結(jié)晶部分為0.6～0.7 g(相對(duì)于1 g材料)，形成帶狀和微絲狀緊密排列的結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)部還存在很多空隙，對(duì)光散射，因而透明性差。 這一節(jié)我們將重點(diǎn)學(xué)習(xí)合成高分子化合物的基本方法——加成聚合反應(yīng)和縮合聚合反應(yīng)。 ①研習(xí)教材重難點(diǎn) 研習(xí)點(diǎn)1：加成聚合反應(yīng) 1.鏈節(jié)、聚合度 以聚乙烯為例（見下表）： 涵義或表達(dá)式 三者間的關(guān)系 單體 CH2==CH2 聚乙烯是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元—CH2—CH2—重復(fù)n次連接而成的 高分子聚合物 鏈節(jié) —CH2—CH2— 聚合度 n 把—CH2—CH2—叫聚乙烯結(jié)構(gòu)單元，結(jié)構(gòu)單元也叫鏈節(jié)。n表示每個(gè)高分子里鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)，也叫聚合度。 2. 加聚反應(yīng)的類型 加聚反應(yīng)是形成高分子化合物的重要類型。參加反應(yīng)的單體一般都要求有雙鍵。(通常為C==C，有時(shí)也可為C==O)。常見加聚反應(yīng)的類型有： (1)單雙鍵加聚 【品思感悟】 P100思考與交流： 單體名稱 單體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 聚合物 乙烯 CH2==CH2 丙烯 CH2==CHCH3 氯乙烯 CH2==CHCl 丙烯腈 CH2==CHCN 丙烯酸 CH2==CHCOOH 醋酸乙烯酯 CH3COOCH==CH2 丁二烯 CH2==CHCH==CH2 乙炔 CH≡CH P101學(xué)與問(wèn)： 聚氯乙烯的單體是氯乙烯（CH2==CHCl），聚苯乙烯的單體是苯乙烯（—CH==CH2）。 【遷移體驗(yàn)】 典例1：有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可用 表示，設(shè) 聚合度n為3000?；卮鹣铝袉?wèn)題： （1）指出有機(jī)玻璃的單體和鏈節(jié)。 （2）求有機(jī)玻璃的相對(duì)分子質(zhì)量。 研析：有機(jī)高分子化合物分天然高分子化合物和合成高分子化合物兩種。合成高分子化合物主要由加聚、縮聚兩類反應(yīng)制備，加聚和縮聚是聚合反應(yīng)的兩種類型。對(duì)于高分子化合物來(lái)說(shuō)，盡管相對(duì)分子質(zhì)量很大，沒有一個(gè)準(zhǔn)確的相對(duì)分子質(zhì)量，只有一個(gè)范圍，但它們的結(jié)構(gòu)均是由若干鏈節(jié)組成的。（1）根據(jù)有機(jī)玻璃的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知，生成有機(jī)玻璃的化學(xué)反應(yīng)方程式為： 故單體為 ，鏈節(jié)為 （2）根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量=聚合度鏈節(jié)，可知有機(jī)玻璃的相對(duì)分子質(zhì)量=300086=258000。 答案：（1）單體為 ，鏈節(jié)為 （2）258000 研習(xí)點(diǎn)2：縮合聚合反應(yīng) 縮合聚合反應(yīng)也稱縮聚反應(yīng)，也是形成高分子化合物的重要類型。參加反應(yīng)的單體一般要求有兩個(gè)或兩個(gè)以上同種或不同種的官能團(tuán)。書寫縮合聚合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式時(shí)，與加成聚合物結(jié)構(gòu)式寫法有點(diǎn)不同，縮聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式要在方括車外側(cè)寫出鏈節(jié)余下的端基原子或原子團(tuán)，而加聚物的端基不確定，通常用橫線“—”表示。如： 1.縮合聚合反應(yīng)的類型 (1)醇羥基和羧基酯化而縮聚 ①二元羧酸和二元醇的縮聚，如合成聚酯纖維： ②醇酸的酯化縮聚： (2)氨基與羧基的縮聚 氨基酸的縮聚，如合成聚酰胺6： 2.由高聚物推單體的方法 (1)判斷聚合類型 【引申拓展】 1.高分子都是混合物的原因 對(duì)單一高分子來(lái)說(shuō)，它有一定聚合度，即n是某一整數(shù)，其相對(duì)分子質(zhì)量是確定的。但對(duì)一塊高分子材料來(lái)說(shuō)，它是由許多聚合度相同或不相同的高分子聚集起來(lái)的，因此它們是混合物。我們從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的某種高分子的相對(duì)分子質(zhì)量只能是平均值。 如：淀粉、纖維素的通式雖都用（C6H10O5）n表示，但兩者n值不同（纖維素分子的n值一般更大一些），兩者的結(jié)構(gòu)也不同（纖維素的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜些）。 2.高分子的線型結(jié)構(gòu)——長(zhǎng)鏈狀結(jié)構(gòu) 這是高分子最普通、最重要的結(jié)構(gòu)。線型結(jié)構(gòu)的高分子，可以不帶支鏈，也可以帶支鏈。 聚乙烯、聚氯乙烯的長(zhǎng)鏈?zhǔn)怯蒀—C鏈連接的，淀粉和纖維素的長(zhǎng)鏈則是由C—C鍵和C—O鍵相連接的。這種多條高分子聚集在一起時(shí)，相互間的纏繞使得許多分子間接觸的地方以分子間作用力而緊密結(jié)合，這就使高分子材料的強(qiáng)度大大增加，相對(duì)分子質(zhì)量越大，相互作用的分子間力就越強(qiáng)。 3.高分子的體型結(jié)構(gòu) 高分子鏈上能起反應(yīng)的官能團(tuán)跟別的單體或別的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，高分子鏈之間將形成化學(xué)鍵，產(chǎn)生一些交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即高分子的體型（網(wǎng)狀）結(jié)構(gòu)。如，硫化橡膠。 【品思感悟】 P102學(xué)與問(wèn)： 一般而言，含有兩個(gè)官能團(tuán)的單體縮聚后生成的縮合聚合物呈現(xiàn)為線型結(jié)構(gòu)，當(dāng)含有三個(gè)或三個(gè)以上官能團(tuán)的單體縮聚后生成的縮合聚合物會(huì)呈現(xiàn)體型結(jié)構(gòu)。 P103學(xué)與問(wèn)： 題中給出的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的單體是對(duì)苯二甲酸(HOOC——COOH)和乙二醇。 【遷移體驗(yàn)】 典例2：下面是一種線型高分子的一部分： 由此分析，這種高分子化合物的單體至少有____種，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_____________。 研析：從本題所示的高分子化合物的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)中可以看出多次出現(xiàn)類似酯結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)單元，所以這種高分子化合物是由酸與醇縮聚而成的聚酯。據(jù)長(zhǎng)鏈可以得知結(jié)合處為，則斷裂處亦為，斷裂后部分加羥基，其余部分加氫，從左到右得出的結(jié)構(gòu)依次為： ① 　 ②?、? ④ ⑤?、?，其中③和⑤結(jié)構(gòu)相同，合成這種高分子化合物的單體至少有五種，即①②③④⑥。 答案：5　 典例1：羧酸酯RCOOR′在催化劑存在時(shí)可跟醇R″OH發(fā)生如下反應(yīng)（R′、R″是兩種不同的烴基）： RCOOR′＋R″OHRCOOR″＋R′OH 此反應(yīng)稱為酯交換反應(yīng)，常用于有機(jī)合成中。在合成維綸的過(guò)程中，有一個(gè)步驟是把聚乙酸乙烯酯 轉(zhuǎn)化成聚乙烯醇，這一步就是用過(guò)量的甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 （1）反應(yīng)中甲醇為什么要過(guò)量? （2）寫出聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：　　　　　。 （3）寫出聚乙酸乙烯酯與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)的化學(xué)方程式：　　　　　　　　　　　。 研析：本題是以有機(jī)化學(xué)知識(shí)為載體的理論型簡(jiǎn)答題，考查的內(nèi)容有：酯交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)；平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用；正確書寫酯交換反應(yīng)的化學(xué)方程式；用簡(jiǎn)要文字說(shuō)明反應(yīng)中甲醇為什么要過(guò)量。 先通讀題目，明確題示信息和提出的三個(gè)問(wèn)題。然后細(xì)讀反應(yīng)式： RCOOR′＋R″OHRCOOR″＋R′OH 生成物也是一種酯和一種醇，它們之間當(dāng)然也會(huì)發(fā)生酯交換反應(yīng)：RCOOR″＋R′OH RCOOR′＋R″OH，這個(gè)判斷為正確回答第（1）問(wèn)提供了依據(jù)。反應(yīng)中甲醇過(guò)量可以使平衡向右移動(dòng)，使酯交換反應(yīng)趨于完全，以提高反應(yīng)物的利用率。根據(jù)題示信息中各原子或原子團(tuán)的連接方式，酯交換反應(yīng)可看作只是R′與R″互換了位置，于是就可以寫出聚乙酸乙烯酯與甲醇發(fā)生酯交換反應(yīng)的化學(xué)方程式： ＋nCH3OH 答案：（1）甲醇過(guò)量可以使平衡向生成物方向移動(dòng)，使酯交換反應(yīng)趨于完全，以提高反應(yīng)物的利用率。 （2） （3） ＋nCH3OH ＋ 友情提醒：本題對(duì)學(xué)生的閱讀能力、邏輯推理能力要求較高，由于不知道酯交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以在回答為什么甲醇要過(guò)量時(shí)，誤答成“可使反應(yīng)完全”；由于不掌握高聚物的寫法， 把 誤寫成： ； 由于不理解應(yīng)該在什么位置發(fā)生“交換”，而導(dǎo)致產(chǎn)物推斷錯(cuò)誤，如： ＋nCH3OH ＋nCH3COOH。 典例2：人造羊毛的主要成分為 ，此物質(zhì)可由以下三種途徑合成，已知A是石油分餾的一種產(chǎn)品。 回答下列問(wèn)題： （1）寫出A的分子式_____________，D的結(jié)構(gòu)式______________________。 （2）在反應(yīng)①~⑥中，屬于加成反應(yīng)的是___________，屬于裂化反應(yīng)的是__________。 （3）寫出反應(yīng)⑥的化學(xué)方程式：________________________。 （4）從能源和環(huán)保的角度看，你認(rèn)為最有發(fā)展前景的是_____________________，理由是_______________________。 研析：有機(jī)合成題，解題思路是逆推法，從產(chǎn)品入手往原料推。本題中由于生成 易知C為；B為CH≡CH；B和HCN加成生成C，A能分解成C2H4、C2H6或 C3H6、CH4，說(shuō)明A為含四個(gè)碳的丁烷；D為環(huán)狀，且只有一個(gè)不飽和度，說(shuō)明結(jié)構(gòu)式為 。判斷反應(yīng)類型需據(jù)反應(yīng)物結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)判斷。 答案：（1）C4H10　 （2）①?、冖? （3）2CH2==CH—CH3+2NH3+3O22CH2==CH—CN+6H2O （4）途徑（Ⅲ）?、僭蟻?lái)源豐富；②生產(chǎn)過(guò)程能耗低，產(chǎn)品產(chǎn)率高；③生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染 典例3：(2004年江蘇)有4種有機(jī)物：①CH2=C(CH3)CN②③④CH3-CH=CH-CN，其中可用于合成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為的高分子材料的正確組合為 A．①③④ B．①②③ C．①②④ D．②③④ 研析：本題主要考查不飽和烴加聚反應(yīng)的規(guī)律。根據(jù)所給高聚物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和加聚反應(yīng)原理可知，主鏈上碳原子為不飽和碳原子。根據(jù)碳的4個(gè)價(jià)鍵規(guī)則可作如下的斷鍵處理(斷鍵用虛線表示) ，斷鍵后兩個(gè)半鍵閉合可得如下的單體CH3—CH==CH—CN、 和。 答案：D 考向指南：在近幾年的高考試題中，合成材料的命題大都以合成纖維、橡膠和塑料為背景，和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。主要形式是由一種或幾種單體加聚成高分子化合物或由加聚產(chǎn)物反推其單體；二是由一種或幾種單體縮聚成高分子化合物或已知高分子的鏈節(jié)求組成的單體。單體是含有—OH、—COOH和—NH2、—COOH的有機(jī)物，或類似酚醛樹脂的合成，以及根據(jù)信息確定失去小分子種類及方式；隨著科技的發(fā)展，對(duì)通用有機(jī)高分子材料的改進(jìn)和推廣；與人類自身密切相關(guān)、具有特殊功能新型材料的發(fā)現(xiàn)；合成材料廢棄物的急劇增加帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題，即“白色污染”與治理等，都將會(huì)成為命題的特點(diǎn)。 ③開拓學(xué)習(xí)新視野 課標(biāo)知識(shí)拓展 高分子化合物的幾個(gè)問(wèn)題　　 1.高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量 每一種小分子（或叫低分子）化合物都有它的固定不變的相對(duì)分子質(zhì)量，通常在一千以下，而高分子的相對(duì)分子質(zhì)量是在五千以上。這是因?yàn)樾纬筛叻肿拥倪^(guò)程比較復(fù)雜，聚合度n值常處于某一范圍內(nèi)，也就是說(shuō)，構(gòu)成每一個(gè)高分子的結(jié)構(gòu)單元和數(shù)目并不完全相同。一種聚合物即合成高分子化合物材料實(shí)際上是結(jié)構(gòu)相同，組成相同，相對(duì)分子質(zhì)量=聚合度鏈節(jié)式量（即相對(duì)質(zhì)量）有差別的同系物的高分子混合物，所以高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量指的是平均相對(duì)分子質(zhì)量，聚合度也是平均聚合度?？梢?，研究一個(gè)高分子的相對(duì)分子質(zhì)量并沒有多大實(shí)際意義，只有研究一種聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量的平均值才有意義。 相對(duì)分子質(zhì)量很大是高分子化合物的特征，是高分子同低分子最根本的區(qū)別，亦是高分子物質(zhì)具有各種獨(dú)特性能，如密度小、強(qiáng)度大、具有高彈性和可塑性等的基本原因。 至于相對(duì)分子質(zhì)量介于一千至五千之間的物質(zhì)是屬低分子還是屬高分子，這要由它們的物理機(jī)械性能來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，高分子化合物具有較高的強(qiáng)度和較好的彈性，而低分子化合物則沒有此特性。大量實(shí)驗(yàn)證明，高分子的相對(duì)分子質(zhì)量一定要達(dá)到一定的數(shù)目后才能顯示出力學(xué)強(qiáng)度，也就是說(shuō)，其相對(duì)分子質(zhì)量必須達(dá)到其物理機(jī)械性能與低分子化合物具有明顯差別時(shí)，才能稱為高分子化合物。 2.高分子同低分子比較，具有三個(gè)特點(diǎn) （1）從相對(duì)分子質(zhì)量和組成上：①高分子的相對(duì)分子質(zhì)量很大，具有“多分散性”；②大多數(shù)高分子都是由一種或幾種單體聚合而成。 （2）從分子結(jié)構(gòu)上：高分子的分子結(jié)構(gòu)基本上有兩種：①線型結(jié)構(gòu)，②體型結(jié)構(gòu)。線型結(jié)構(gòu)的特征是分子中的原子以共價(jià)鍵相互聯(lián)結(jié)成一條很長(zhǎng)的卷曲狀態(tài)的“鏈”；體型結(jié)構(gòu)的特征是分子鏈與分子鏈之間還有許多共價(jià)鍵交聯(lián)起來(lái)，形成三度空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這兩種不同的結(jié)構(gòu)，性能上有很大的差異。 （3）從性能上：由于有機(jī)高分子化合物在組成、結(jié)構(gòu)上有其特殊之處，因而它們具有與小分子化合物不同的一些性質(zhì)。①高分子由于其相對(duì)分子質(zhì)量很大，通常都處于固體或凝膠體狀態(tài)，有較好的機(jī)械強(qiáng)度；②由于其分子是由共價(jià)鍵結(jié)合而成的，故有較好的絕緣性和耐腐蝕性能；③由于其分子鏈很長(zhǎng)，分子鏈的長(zhǎng)度與直徑之比大于一千以上，故有較好的可塑性和高彈性；④溶解性、熔融性、溶液的行為和結(jié)晶等方面和低分子也有很大的差別。