5.1 合成高分子的基本方法-【优质讲义】2022-2023学年高二化学同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）（解析版）

第五章合成高分子第一节合成高分子的基本方法学习目标核心素养宏观辨识与微观探析了解聚合物的组成与结构特点，认识单体和单体单元(链节)及其与聚合物结构的关系。证据推理与模型认知理解合成高分子的基本方法——加聚反应和缩聚反应的原理及反应特点。预习导学一、合成高分子简介1．相对分子质量的特点高分子的相对分子质量比一般有机化合物大得多，通常在以上；高分子的相对分子质量没有明确的数值，只是一个。2．合成高分子的基本方法包括与。3．合成高分子的有关概念二、加成聚合反应1．单体的结构特点：含有碳碳(或碳碳三键)的有机物单体。 2．定义：有机小分子通过反应生成高分子的反应，称为加成聚合反应(简称加聚反应)。3．加聚反应常见类型(1)单烯烃加聚：三、缩合聚合反应1．单体的结构特点：含有两个或两个以上官能团的单体。2．定义：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)。3．缩聚反应与加聚反应的重要不同是缩聚反应产物除了生成的同时，还伴有的生成，而加聚反应产物只生成加聚物。4．书写缩聚物的结构简式时，要注明端基原子或原子团。5．书写缩聚反应化学方程式时要注明(1)注明“n”。 (2)生成小分子的个数，若由一种单体缩聚小分子数一般为，两种单体缩聚，小分子数一般为。【答案】1．104平均值2．加成聚合反应缩合聚合反应。3．单体链节聚合度低分子重复结构单元链节的数目n二、1．双键2．加成三、3．缩聚物小分子的副产物5．(2)n－12n－1重难突破重点1加聚反应和缩聚反应的比较类别加聚反应缩聚反应单体特征含不饱和键(如)或环(如)至少含两个官能团单体种类含碳碳双键或碳碳三键的有机物等酚、醛、醇、羧酸、氨基酸等聚合方式通过不饱和键加成通过官能团缩合脱去小分子而连接聚合物特征高聚物链节和单体具有相同的化学组成高聚物链节和单体具有不同的化学组成产物只生成高聚物高聚物和小分子例1、某高分子化合物R的结构简式如图，下列有关R的说法正确的是A.R的单体之一的分子式为C9H12O2B.R可通过加聚和缩聚反应合成，R完全水解后生成2种产物C.R是一种有特殊香味，难溶于水的物质D.碱性条件下，1molR完全水解消耗NaOH的物质的量为n（m+1）mol【答案】D【解析】由结构可知，单体为CH2＝C（CH3）COOH、OHCH2CH2 OH、HOOCCH（OH）CH2C6H5，分子式依次为C4H6O2、C2H6O2、C9H10O3，A错误；单体中存在C＝C、﹣OH、﹣COOH，则通过加聚反应和缩聚反应可以生成R；R由三种单体构成，则R完全水解后生成3中产物：一种高聚物和两种单体，B错误；R为高分子化合物，不具有特殊香味，难溶于水，C错误；1molR中含n(1+m)mol酯基，则碱性条件下，1molR完全水解消耗NaOH的物质的量为n(m+1)mol，D正确。【易错点睛】本题中的聚合物含有两个子聚合物，其中一个为加聚产物，一个为缩聚产物，所以完全水解得到一个加聚高分子，一个乙二醇，一个含羧基和羟基的芳香族化合物。重点2加聚产物单体的判断方法(1)凡链节的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。(2)凡链节主链有四个碳原子(无其他原子)，且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在中央划线断开，然后分别将两个半键闭合即得对应单体。(3)凡链节主链上只有碳原子，并存在碳碳双键结构的高聚物，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。(4)凡链节主链上有多个碳原子(n>2)，且含有碳碳双键的高聚物，若采用“见双键，四个碳”的断键方式，链节主链两边分别剩下1个碳原子，无法构成含双键的单体时，则可能是含有碳碳三键的化合物参与了加聚反应。如的单体为两种单烯烃和一种乙炔。例2、DAP是电器和仪表部件中常用的一种合成高分子化合物，它的结构简式为：则合成此高分子的单体可能是()①乙烯CH2=CH2②丙烯CH3CH=CH2③丙烯醇HOCH2CH=CH2④邻苯二甲酸⑤邻苯二甲酸甲酯 A.①②B.③④C.②④D.③⑤【答案】B【解析】根据有机物的结构简式可知，该高分子化合物是加聚产物，但分子中含有酯基，所以其单体有丙烯醇和邻苯二甲酸，B正确。重点3缩聚产物单体的判断方法例3、2008奥运会吉样物福娃，其外材为纯羊毛线，内充物为无毒的聚酯纤维（结构简式如图），下列说法中，正确的是（　　）A.羊毛与聚酯纤维的化学成分相同B.聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能水解C.该聚酯纤维的单体为对苯二甲酸和乙醇D.聚酯纤维和羊毛都属于天然高分子材料【答案】B【解析】羊毛的主要成分是蛋白质，聚酯纤维是聚酯，二者的化学成分不同，A错误；聚酯纤维是酯类聚合物，所以在一定条件下可以水解，羊毛是蛋白质，在一定条件下可以水解， B正确；聚酯纤维的单体式对苯二甲酸，和乙二醇，C错误；聚酯纤维是合成的高分子材料，羊毛是天然高分子材料，D错误。课堂演练1、下列反应中，不可能在有机物中引入羧基的是（）A.卤代烃的水解B.有机物RCN在酸性条件下水解C.醛的氧化D.烯烃的氧化【答案】A【解析】卤代烃水解时-X转化为-OH，则卤代烃水解可引入羟基，不能引入羧基，A符合题意；RCN在酸性条件下水解生成R-COOH，可引入羧基，B不符合题意；醛的氧化中，-CHO转化为-COOH，引入羧基，C不符合题意；烯烃的氧化生成醛或酮或羧酸，碳碳双键转化为-CHO或羰基或-COOH，可引入羧基，D不符合题意。2、科学佩戴口罩对防控新冠病毒疫情有重要作用，生产一次性医用口罩的主要原料为聚丙烯树脂。下列说法错误的是()A.聚丙烯结构简式为B.由丙烯合成聚丙烯的反应类型为缩聚反应C.聚丙烯为热塑性合成树脂D.聚丙烯在自然环境中不容易降解【答案】B【解析】聚丙烯由丙烯(CH2=CHCH3)通过加聚反应制得，结构简式为，A正确；聚丙烯由丙烯(CH2=CHCH3)通过加聚反应制得，B错误；由聚丙烯的结构可知聚丙烯为线型结构，具有热塑性，C正确；聚丙烯结构中化学键为单键，不易被氧化、不能水解，因此聚丙烯在自然环境中不容易降解，D正确。3、某高分子化合物的结构简式如图。下列叙述错误的是A．聚合度为nB．单体为CH2=CHCH3C．链节为-CH2-CH-CH3-D．该高分子化合物是混合物【答案】C 【解析】由结构简式可知，该物质的聚合度为n，A正确；由结构简式可知，该聚合物是由CH2=CHCH3聚合而成的，所以它的单体为CH2=CHCH3，B正确；聚合物的链节为，C错误；因为聚合度n值不确定，所以高分子化合物是混合物，D正确。4、某品牌化妆品的主要成分Z具有美白功效，原从杨树中提取，现可用如下图所示反应合成。下列对X、Y、Z的叙述，正确的是A.X、Y和Z均能和NaOH溶液反应B.X和Z均能和Na2CO3溶液反应，但不能和NaHCO3溶液反应C.Y既能发生加聚反应，也能发生缩聚反应D.Y分子中所有原子不可能共平面【答案】B【解析】X、Z都有能和NaOH溶液反应的官能团酚羟基，而Y没有，A错误；X、Z都有官能团酚羟基，酚羟基的酸性比碳酸弱，但比碳酸氢根强，所以X和Z均能和Na2CO3溶液反应，但不能和NaHCO3溶液反应,B正确；Y有官能团碳碳双键，所以能发生加聚反应，但没有能发生缩聚反应官能团，C错误；Y分子可以看成由乙烯基和苯基两部分组成，乙烯分子是6原子共面结构，而苯分子是12原子共面结构，所以当乙烯基绕其与苯环相连的碳碳单键旋转时，有可能共面，D错误。5、（1）写出下列物质发生加聚反应的化学方程式。①CH2=CHCH3：____________________________________②CH2=CHCl：____________________________________③CH2=CHCN：____________________________________（2）完成下列物质发生缩聚反应的化学方程式。 ①___________________________②____________________③___________________________【答案】（1）①②③（2）①②③课后学习评价1、维通橡胶是一种耐腐蚀、耐油、耐高温、耐寒性能都特别好的氟橡胶。它的结构简式为，合成它的单体为A．CH2=CF2—CF2和CF=CF3B．CH2=CF2和CF2=CF—CF3C．CH2=CF2—CF2=CF—CF3D．CH2=CF2—CF2—CF=CF3【答案】B 【解析】由链节可知，主碳链为4个碳原子，而且都为单键，其单体必为两种含双键的物质，据加聚反应的特点，可推知两种单体分别为CH2=CF2和CF2=CF—CF3，B正确。2、下列关于聚合反应单体的说法正确的是(　　)A．单体是高聚物中可以重复的结构单元B．聚合反应是指多个有机物小分子生成一个有机物大分子的反应C．参加聚合反应的单体必须是一种物质D．单体和高分子化合物的最简式相同【答案】B【解析】高聚物中可以重复的结构单元为链节，A错误；聚合反应是指多个有机物小分子生成一个有机物大分子的反应，B正确；参加聚合反应的单体可以是一种有机物，也可以是多种有机物，C错误；对于加聚反应来说，单体和高分子化合物的最简式相同，而对于缩聚反应来说，单体和高分子化合物的最简式不相同，D错误。3、按如图路线制聚氯乙烯，未发生的反应类型是C2H5Br→CH2=CH2→CH2Cl-CH2Cl→CH2=CHCl→A．取代反应B．消去反应C．加成反应D．加聚反应【答案】A【解析】C2H5Br→CH2=CH2发生消去反应，CH2=CH2→CH2Cl-CH2Cl发生加成反应，CH2Cl-CH2Cl→CH2=CHCl发生消去反应，而CH2=CHCl→发生加聚反应，整个合成路线中未发生取代反应，故答案为A。4、加热聚丙烯废塑料可以得到炭、氢气、甲烷、乙烯、丙烯、苯和甲苯。用如图所示装置探究废塑料的再利用。下列叙述中不正确的是（）A．聚丙烯的链节是一CH2-CH2-CH2- B．装置乙的试管中可收集到芳香烃C．装置丙中的试剂可吸收烯烃D．最后收集的气体可作燃料【答案】A【解析】聚丙烯是由丙烯通过加聚反应生成的，其链节是-CH2-CH(CH3)-，A错误；苯和甲苯在常温下是液态，冰水浴下是液态，装置乙的试管中可收集到芳香烃，B正确；乙烯、丙烯都可以让溴的四氯化碳褪色，故装置丙中的试剂可吸收烯烃，C正确；最后收集的气体为氢气和甲烷，可作燃料，D正确。5、PCT树脂是应用广泛的一种高聚物，其结构简式为，它可由有机物X()与另一种有机物Y反应制得。下列说法中正确的是A.X可与H2发生加成反应生成YB.Y的核磁共振氢谱有3组峰C.可用小苏打区分X和YD.合成PCT的化学方程式：++(n-1)H2O【答案】C【解析】有机化合物是由与通过缩聚反应形成，所以Y是。X是，羧基具有独特的稳定性，不能与氢气反应，只有苯环能够与H2发生反应，所以X与H2发生加成反应产生，产物并不是Y，A错误；Y结构简式是，分子具有对称性，分子中含有4种不同位置的H原子，因此其核磁共振氢谱有4组峰，B错误；X含有羧基，具有酸性，能够与小苏打反应产生CO2气体，而Y不能与小苏打反应，因此可用小苏打区分X和Y，C 正确；二者发生缩聚反应脱去的H2O分子数目是2n-1，故反应方程式应该为：++(2n-1)H2O，D错误。6、乙烯和1－丁烯按物质的量之比为1∶1发生聚合反应，则生成的聚合物的结构简式可能是A．B．C．D．【答案】B【解析】乙烯和1－丁烯可分别形成链节和，二者相互连接形成的聚合物有、，则B正确。7、合成导电高分子化合物PPV的反应为：+(2n-1)HI下列说法正确的是A．PPV是聚苯乙烯B．该反应为加聚反应C．属于芳香烃D．1mol最多可与5molH2发生反应【答案】D【解析】聚苯乙烯的结构简式为，A错误；加聚反应的反应物完全转化为高分子化合物、没有小分子物质产生，该反应属于缩聚反应，B错误；含碘元素，不属于芳香烃，C错误；分子中含1个苯环、2个碳碳双键，故1mol该物质最多可与5molH2发生加成反应，D正确。8、某有机物A由C、H、O三种元素组成，相对分子质量为90。将4.5gA完全燃烧的产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重2.7g和6.6g。A能与NaHCO3溶液产生CO2，且两分子A之间脱水可生成六元环状化合物。有关A的说法正确的是 A.有机物A的分子式为C3H8O3B.0.1molA与足量Na反应生成2.24LH2C.A催化氧化的产物不能发生银镜反应D.A能在一定条件下发生缩聚反应生成【答案】C【解析】n(A)=4.5g÷90g/mol=0.05mol；燃烧后产生的各物质的物质的量是：n(H2O)=2.7g÷18g/mol=0.15mol；n(CO2)=6.6g÷44g/mol=0.15mol，则一个分子中含有的原子个数是C：3，H：6；O：（90-12×3-1×6）÷16=3，因此该物质的分子式是C3H6O3；A能与NaHCO3溶液产生CO2，说明含有羧基，两分子A之间脱水可生成六元环状化合物，所以A的结构简式是。n(A)=4.5g÷90g/mol=0.05mol；燃烧后产生的各物质的物质的量是：n(H2O)=2.7g÷18g/mol=0.15mol；n(CO2)=6.6g÷44g/mol=0.15mol，则一个分子中含有的原子个数是C：3、H：6；O：（90-12×3-1×6）÷16=3；因此该物质的分子式是C3H6O3，A错误；A能与NaHCO3溶液发生反应,说明在A中含羧基，由于2分子A之间脱水可生成六元环化合物，则A是2-羟基丙酸，即，因为一个分子中含有一个羧基、一个羟基，羧基和羟基都能与金属钠发生反应，因此0.1molA与足量Na反应产生标准状况下的H22.24L，B错误；由于A中的羟基连接的C原子上只含有一个H原子，所以催化氧化的产物是酮，不能发生银镜反应，C正确；A在一定条件下发生缩聚反应的产物是，D错误。9、聚维酮碘的水溶液是一种常见的碘伏类缓释消毒剂，聚维酮通过氢键与HI3形成聚维酮碘，其结构表示如下：（图中虚线表示氢键）下列说法不正确的是（） A.聚维酮分子由（m+n）个单体聚合而成B.聚维酮的单体是：C.聚维酮碘是一种水溶性物质D.聚维酮在一定条件下能发生水解反应【答案】A【解析】聚维酮碘是由聚维酮和HI3通过氢键形成的，由聚维酮碘的结构：可知，聚维酮分子是由2m+n个单体加聚而成，A项错误；由聚维酮碘的结构：可知，聚维酮的单体是，B项正确；聚维酮可以与HI3形成氢键，则由聚维酮碘的结构推测，其也可以与水形成氢键，C项正确；聚维酮的结构中含有肽键，所以能在一定条件下发生水解，D项正确。10、根据要求填空：(1)下图物质经足量H2加成后的产物中，含手性碳原子(连有四个不同的原子或原子团)个数为__________。(2)某高分子结构简式为，它是由与另一单体X经缩合反应得到的。已知缩合过程中有H2O生成，则单体X的结构简式可能为________________ (3)1mol仅含C、H、O三种元素的有机物A在稀硫酸中水解生成1molB和1molC，B分子中N(C)∶N(H)＝4∶5，135＜Mr(B)＜140；C与B分子中碳原子数相同，且Mr(B)＝Mr(C)＋2①B的分子具有高度对称性，苯环上的一氯取代物只有一种。B能与金属Na反应但不能与NaOH反应。写出B的结构简式_________________________；②C是对位二元取代的芳香族化合物，写出A的结构简式_____________________。【答案】(1)4(2)CH3CHO(3)(4)【解析】(1)经足量H2加成后的产物为，再确定手性碳原子；(2)某高分子结构简式为，它是由与另一单体X经缩合反应得到的，且缩合过程中有H2O生成，结合高分子的结构和原子守恒推断X的结构简式；(3)有机物A在稀硫酸中水解生成1molB和1molC，B的分子具有高度对称性，苯环上的一氯取代物只有一种，说明B的苯环上有1种H原子，则B的取代基应相同，且分子对称，B能与金属Na反应但不能与NaOH反应，说明B中含有-OH，B为醇，则C为羧酸；B分子中N(C)∶N(H)＝4∶5，135＜Mr(B)＜140，设B的分子式为（C4H5）xOy，B分子中含苯环，x至少等于2，结合135<53x+16y<140，x只能为2，经讨论y=2，则B的分子式为C8H10O2，则B的结构简式为，B的相对分子质量为138，Mr(B)=Mr(C)+2，则C的相对分子质量为136，C与B中碳原子数相同，C应比B少2个H，C的分子式为C8H8O2，C是对位二元取代的芳香族化合物，其中1个为-COOH，则另一个为-CH3，C的结构简式为，则A为。(1)经足量H2加成后的产物为 ，分子结构中的手性碳原子为，则共有4个手性碳原子；(2)某高分子结构简式为，它是由与另一单体X经缩合反应得到的，且缩合过程中有H2O生成，由高分子的结构和原子守恒可知羟基上的氢原子和X分子内的氧原子结合成H2O，则X的结构简式为CH3CHO；(3)有机物A在稀硫酸中水解生成1molB和1molC，B的分子具有高度对称性，苯环上的一氯取代物只有一种，说明B的苯环上有1种H原子，则B的取代基应相同，且分子对称，B能与金属Na反应但不能与NaOH反应，说明B中含有-OH，B为醇，则C为羧酸；B分子中N(C)∶N(H)＝4∶5，135＜Mr(B)＜140，设B的分子式为（C4H5）xOy，B分子中含苯环，x至少等于2，结合135<53x+16y<140，x只能为2，经讨论y=2，则B的分子式为C8H10O2，则B的结构简式为，B的相对分子质量为138，Mr(B)=Mr(C)+2，则C的相对分子质量为136，C与B中碳原子数相同，C应比B少2个H，C的分子式为C8H8O2，C是对位二元取代的芳香族化合物，其中1个为-COOH，则另一个为-CH3，C的结构简式为，则A为；①由以上分析可知B的结构简式为；②C是对位二元取代的芳香族化合物，1个为-COOH，则另一个为-CH3，结构简式为，则A的结构简式为。提升演练11、化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间产体，可由马铃薯、玉米淀粉等发酵制得，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下，A可发生如下图示的反应。 试写出：(1)化合物A的结构简式________________。A→E反应的基本类型_____________。(2)A自身在不同条件下可以形成不同的酯，其结构简式按相对分子质量由小到大依次是___________、_____________、_____________、_____________。【答案】(1)(2)消去反应(3)【解析】A在浓硫酸存在下既能和乙醇反应，又能和乙酸反应，说明A中既有羧基又有羟基．A催化氧化的产物不能发生银镜反应，说明羟基不在碳链的端点上，可判断A为乳酸CH3CH（OH）COOH，而A被氧化可得CH3COCHO，不能发生银镜反应，这就进一步证明了A是乳酸．A与乙醇发生酯化反应生成B，B为CH3CH（OH）COOCH2CH3，A与乙酸发生酯化反应生成D，D为CH3COOCH（CH3）COOH，A在浓硫酸、加热条件下生成E，E可以溴水褪色，应发生消去反应，E为CH2=CHCOOH，A在浓硫酸、加热条件下生成六原子环状化合物F，结合F的分子式可知，为2分子乳酸发生酯化反应生成环状化合物，故F为。A在浓硫酸存在下既能和乙醇反应，又能和乙酸反应，说明A中既有羧基又有羟基。A催化氧化的产物不能发生银镜反应，说明羟基不在碳链的端点上，可判断A为乳酸CH3CH（OH）COOH，而A被氧化可得CH3COCHO，不能发生银镜反应，这就进一步证明了A是乳酸．A与乙醇发生酯化反应生成B，B为CH3CH（OH）COOCH2CH3，A与乙酸发生酯化反应生成D，D为CH3COOCH（CH3）COOH，A在浓硫酸、加热条件下生成E，E可以溴水褪色，应发生消去反应，E为CH2 =CHCOOH，A在浓硫酸、加热条件下生成六原子环状化合物F，结合F的分子式可知，为2分子乳酸发生酯化反应生成环状化合物，故F为。（1）由上述分析可知，化合物A为CH3CH（OH）COOH；A→E是乳酸在浓硫酸、加热条件下发生消去反应生成CH2=CHCOOH，反应方程式为：，属于消去反应；（2）A为CH3CH（OH）COOH，自身在不同条件下可以形成不同的酯，其结构简式按相对分子质量由小到大依次是分子内形成单环酯、两分子间形成环酯、两分子形成链酯、形成聚酯。12、合成纤维性能优异，用途广泛，除了满足人们的穿着需求外，还广泛应用于医疗、航天等高科技领域。涤纶(聚酯纤维)F和维纶I的合成路线如下：已知：RCHO++H2O(1)A中官能团的名称是___________。(2)B→C的反应类型是___________(3)芳香烃D苯环上的一氯代物仅有一种，D的结构简式是___________。(4)C+E→F化学方程式是___________(5)G→H分为两步反应，写出中间产物及H的结构简式___________。(已知乙烯醇不稳定，会迅速转化为乙醛。) 【答案】(1)碳碳双键(2)取代反应(或叫水解反应)(3)(4)nHOCH2-CH2OH+n+(2n-1)H2O(5)CH3CHO、【解析】A分子式是C2H4，结构简式是CH2=CH2，CH2=CH2与Br2发生加成反应产生B是CH2Br-CH2Br；B与NaOH的水溶液共热，发生取代反应产生C是HOCH2-CH2OH；芳香烃D分子式是C8H10，苯环上的一氯代物仅有一种，则D结构简式是，D与酸性KMnO4溶液作用，甲基被氧化变为羧基，产生E是，C、E发生缩聚反应产生高聚物F：；CH2=CH2在一定条件下反应产生G：CH2=CHOOCCH3，根据信息反应可知H是，H与HCHO发生反应产生维纶I。根据上述分析可知A是CH2=CH2，B是CH2Br-CH2Br，C是HOCH2-CH2OH，D是，E是，F是，H是。(1)A是CH2=CH2，所含官能团名称是碳碳双键；(2)B是CH2Br-CH2Br；B与NaOH的水溶液共热，发生取代反应产生C：HOCH2-CH2OH，所以B→C 的反应类型是取代反应(或叫水解反应)；(3)芳香烃D分子式是C8H10，苯环上的一氯代物仅有一种，D的结构简式是；(4)C是HOCH2-CH2OH，分子中含有2个醇羟基，E是，分子中含有2个羧基，在一定条件下发生缩聚反应产生F是聚对苯二甲酸乙二酯，结构简式是，该反应的方程式为：nHOCH2-CH2OH+n +(2n-1)H2O；(5)G是CH2=CHOOCCH3，该物质属于不饱和一元酯，在酸性条件下水解产生CH3COOH和CH2=CHOH，CH2=CHOH不稳定转化为稳定的CH3CHO，CH3CHO发生加聚反应产生H：，H与HCHO按1：1的物质的量的关系反应产生维纶I，故中间产物结构简式是CH3CHO，H结构简式是。