2020版高中化学第五章第一节合成高分子化合物的基本方法学案（含解析）新人教版

2020版高中化学第五章第一节合成高分子化合物的基本方法学案（含解析）新人教版

第一节　合成高分子化合物的基本方法[核心素养发展目标]　1.宏观辨识与微观探析：能根据单体的官能团差异理解加聚反应和缩聚反应的原理，辨析加聚产物和缩聚产物结构与性质的异同。2.证据推理与模型认知：建立高聚物与单体间的相互推断的思维模型，能运用该思维模型进行高聚物与单体间的相互推断。一、有机高分子化合物1．概念：由许多小分子化合物通过共价键结合成的，相对分子质量很高(104～106)的一类化合物。2．特点(1)相对分子质量很大，由于高分子化合物都是混合物，其相对分子质量只是一个平均值。(2)合成原料都是低分子化合物。(3)每个高分子都是由若干个重复结构单元组成的。3．与高分子化合物有关的概念(1)单体：能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。(2)链节：高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位。(3)聚合度：高分子链中含有链节的数目，通常用n表示。如：(4)聚合物的平均相对分子质量＝链节的相对质量×n。n有机高分子化合物与低分子有机物的区别有机高分子化合物低分子有机物相对分子质量高达10000以上1000以下相对分子质量的数值平均值明确数值分子的基本结构若干重复结构单元组成单一分子结构性质物理、化学性质有较大差别例1　下列关于高分子化合物的说法中正确的是(　　)A．高分子化合物的相对分子质量一般在几千至几万B．高分子化合物一般都是混合物C．聚乙烯有固定的熔点和沸点D．高分子化合物分子中只含C、H、O三种元素答案　B解析　高分子化合物的相对分子质量在104以上，A错误；高分子化合物都是混合物，没有固定的熔、沸点，B正确，C错误；蛋白质属于高分子化合物，除含有C、H、O外，还含有N、P等元素，D错误。二、加成聚合反应1．概念：一定条件下，由含有不饱和键的化合物分子以加成反应形式结合成高分子化合物的反应，简称加聚反应。2．常见的加聚反应(1)丙烯酸加聚nCH2==CH—COOH。(2)1,3丁二烯加聚nCH2==CH—CH==CH2CH2—CH==CH—CH2。(3)乙炔加聚nCH≡CHCH==CH。(4)乙烯、丙烯(1∶1)共聚nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3(或n)。(1)加聚反应的特点①单体必须是含有双键、三键等不饱和键的化合物。例如，烯、二烯、炔、醛等含不饱和键的有机物。②发生加聚反应的过程中没有副产物(小分子化合物)产生，只生成高聚物。③聚合物链节的化学组成跟单体的化学组成相同，聚合物的相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍。(2)加聚产物的书写加聚反应本质上是加成反应，在书写加聚产物时要把原来不饱和碳上的原子或原子团看作支链，写在主链的垂直位置上。如：例2　CH3—CH==CH—CH3发生聚合反应生成的高聚物分子的结构简式正确的是(　　)答案　B解析　发生加聚反应时，只是碳碳双键打开，相互连接形成碳链，双键碳原子上所连接的基团(—CH3)并不在主链上，而是作为支链。【考点】加聚反应【题点】加聚产物结构简式的书写与判断例3　写出下列高聚物的单体。(1)___________________________________________________________。(2)：______________________________________________。n(3)：__________________________________________________。(4)：_____________________________________。答案　(1)(2)CH2==CH2和CH2==CH—CH3(3)(4)CH2==CH—CH==CH2和CH2==CHCH3【考点】单体的考查【题点】加聚反应单体的考查方法点拨——加聚产物确定单体的方法(1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物，其合成单体必为一种，将两个半键闭合即可。(2)凡链节的主链有四个碳原子(无其他原子)，且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在正中央划线断开，然后两个半键闭合即可。(3)凡链节的主链中只有碳原子，并存在碳碳双键结构的聚合物，其规律是“有双键，四个碳；无双键，两个碳”，划线断开，然后将半键闭合即单双键互换。三、缩合聚合反应1．概念：一定条件下，具有两个或多个官能团的单体相互结合成高分子化合物，同时有小分子(如H2O、NH3、HCl等)生成的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。2．常见的缩聚反应(1)羟基酸缩聚。(2)醇酸缩聚nHOCH2CH2OH＋n。(3)氨基酸缩聚＋＋(2n－1)H2O。(4)胺酸缩聚nH2N(CH2)6NH2＋nHOOC(CH2)4COOH＋(2n－1)H2O。(1)缩聚反应的特点①缩聚反应的单体通常是具有双官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼氢原子等)或多官能团的小分子。②缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物(如H2O、NH3、HCl等)生成。③所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同。(2)书写缩聚反应方程式及产物的注意事项①书写缩聚物的结构简式时，要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团，而加聚物的端基不确定，通常用横线“—”表示。如②书写缩聚反应的方程式时，单体的计量数与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的计量数。一般由一种单体进行的缩聚反应，生成小分子的计量数为n－1；由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的计量数为2n－1。例4　(1)链状高分子化合物可由有机化工原料R和其他有机试剂通过加成、水解、氧化、缩聚反应得到，则R是________(填字母)。A．1丁烯B．2丁烯C．1,3丁二烯D．乙烯(2)锦纶的单体为_______________________________________。n(3)已知涤纶树脂的结构简式为其单体为____________和____________(填单体的结构简式)，反应的化学方程式为________________。答案　(1)D(2)H2N—(CH2)5COOH　(3)　HOCH2CH2OH＋nHOCH2CH2OH＋(2n－1)H2O解析　(1)该高分子化合物是由乙二醇和乙二酸经缩聚反应得到的，故R为乙烯。(2)此聚合物的单体是H2N(CH2)5COOH。(3)由高聚物的结构片段分析，此高聚物属于高聚酯，因而属于酯化型缩聚反应。联想酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构片段：和—OCH2CH2O—，再连接上—OH或—H即得到单体的结构简式。方法点拨——缩聚产物单体的推断(1)若链节中含有以下结构，HO—ROH、、，其单体必为一种，如HO—CH2CH2OH的单体为HO—CH2CH2—OH，的单体为，方法是去中括号和n即为单体。(2)若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中C—O单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。n(3)若链节中含有部分，则单体一般为氨基酸，将中C—N单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，如的单体为H2NCH2COOH和思维启迪严格按照单体判断的方法确定聚合物的单体，构建聚合物单体判断的思维模型，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。相关链接加聚反应与缩聚反应的比较加聚反应缩聚反应相同①单体是相对分子质量小的有机物；②生成物有高分子化合物；③单体可相同，也可不相同生成物无小分子有小分子(如H2O等)高分子与单体组成相同组成不相同高分子相对分子质量是单体相对分子质量的整数倍是单体的相对分子质量与缩去分子(小分子)的相对分子质量之差的n倍反应特点单体中含有不饱和键是加聚反应的必要条件，打开不饱和键，相互连成长碳链单体通常含有两个或两个以上能够相互作用的官能团，如—NH2、—OH、—COOH；官能团与官能团间缩去一个小分子，逐步缩合n1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)有机高分子化合物都是由小分子通过加聚反应合成的(×)(2)链节是高分子化合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的链节是CH2==CH2(×)(3)加聚反应的原子利用率为100%(√)(4)缩聚反应生成高分子化合物的同时，还有H2O等小分子物质生成(√)(5)丙烯和聚丙烯都能使溴水褪色(×)(6)将缩聚高分子化合物的中括号去掉，即得到单体(×)(7)缩聚反应聚合物的链节和单体的化学组成不相同(√)(8)高分子化合物都没有固定的熔、沸点(√)2．下列说法正确的是(　　)A．高分子化合物是指相对分子质量很大的物质，如B．对于一块高分子材料来说，n是一个整数值，则它的相对分子质量是确定的C．乙烯和聚乙烯的最简式相同D．聚氯乙烯是天然有机高分子化合物答案　C解析　是硬脂酸甘油酯，不属于高分子化合物，A项错误；对于一块高分子材料来说，它是由许多聚合度相同或不同的高分子化合物组成的，n是一个平均值，即它的相对分子质量只能是一个平均值，B项错误；乙烯和聚乙烯的最简式均为CH2，C项正确；聚氯乙烯是合成有机高分子化合物，D项错误。3．某聚合物具有如下结构片段：下列关于其单体的说法不正确的是(　　)A．能使酸性KMnO4溶液褪色B．与NaOH溶液共热可生一种钠盐C．能催化加氢生成2甲基丙酸甲酯D．可形成顺反异构体答案　Dn解析　由该聚合物的结构片断可知其单体为分子中含有碳碳双键和酯基。由于含有碳碳双键可使酸性KMnO4溶液褪色，可与H2发生加成反应生成(2甲基丙酸甲酯)，A、C项正确；含有酯基可在碱性条件下水解生成钠盐，B项正确；由于单体中其中一个双键碳上有两个氢原子，不可能形成顺反异构体，D项错误。【考点】加聚反应的考查【题点】单体的推断4．下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是(　　)答案　D解析　A项是由CH2==CH2和CH2==CHCN加聚而成的；B项是由CH2==CH—CH==CH2加聚而成的；C项是由CH2==CH—CH==CH2和CH2==CHC6H5加聚而成的；只有D项中含有官能团—COO—，故D项是通过缩聚反应生成的。【考点】聚合反应的考查【题点】加聚反应和缩聚反应的辨析5．聚乳酸可在乳酸菌作用下降解，下列有关聚乳酸的说法正确的是(　　)A．聚乳酸是一种纯净物B．聚乳酸是一种酸性高分子材料C．聚乳酸的单体为D．聚乳酸是由单体之间通过加聚反应合成的答案　Cn解析　高分子化合物是混合物，A错；由聚乳酸的结构可知，该物质是由乳酸的羟基和羧基脱水而生成的，属于缩聚反应，C对、D错；乳酸显酸性，但聚乳酸不显酸性，B错。【考点】缩聚反应的考查【题点】缩聚反应及单体的推断6．下列化合物中：A．HO(CH2)3COOHB．HO(CH2)2OHC．CH3CH==CH—CNE．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反应生成的缩聚物的结构简式为__________________________。答案　(1)C　(2)A　(3)解析　C分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；A分子结构中含有两种不同的官能团，所以单体间可发生缩聚反应。【考点】聚合反应的考查【题点】加聚反应和缩聚反应的辨析题组一　有机高分子化合物1．下列有关高聚物的叙述中，正确的是(　　)A．相对分子质量都很大，结构都很复杂B．相对分子质量很大，结构往往并不复杂C．相对分子质量很少上千，但结构比较复杂nD．高聚物都是通过聚合反应制得的答案　B解析　高聚物虽然相对分子质量很大，但在通常情况下，结构并不复杂，它们是由简单的结构单元重复连接而成的。【考点】有机高分子化合物的有关概念【题点】有机高分子化合物结构和特点2．下列说法中正确的是(　　)A．油脂是高级脂肪酸甘油三酯，其相对分子质量较大，所以是有机高分子化合物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，而有机高分子化合物的相对分子质量一般高达104～106，所以，油脂不是有机高分子化合物，A错；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；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。【考点】有机高分子化合物的有关概念【题点】有机高分子和小分子化合物的比较3．下列关于高分子化合物的组成、结构、性质的说法正确的是(　　)A．高分子化合物的单体中一定含有B．高分子化合物的链节和单体组成相同C．缩聚反应的单体至少有两种物质D．从实验中测得的某种高分子化合物的相对分子质量只能是平均值答案　D解析　高分子化合物的单体中不一定含有碳碳双键，A错误；高分子化合物的链节和单体组成不一定完全相同，B错误；缩聚反应的单体可以是一种物质，C错误；高分子化合物为混合物，测得的相对分子质量为平均值，D正确。【考点】有机高分子化合物的有关概念【题点】有机高分子化合物结构和特点题组二　加聚反应和缩聚反应4．(2018·北京四中高二下学期期末)下列四种有机物在一定条件下不能作为合成高分子化合物单体的是(　　)nA．丙烯酸B．乳酸CH3CH(OH)COOHC．甘氨酸NH2CH2COOHD.丙酸CH3CH2COOH答案　D解析　丙烯酸中含碳碳双键，可以是加聚反应的单体，A不选；乳酸中含—OH、—COOH，可以是缩聚反应的单体，B不选；甘氨酸中含—NH2、—COOH，可为缩聚反应的单体，C不选；丙酸中只含—COOH，不能作为合成高分子化合物的单体，D选。5．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答案　B解析　加聚反应仅与小分子中的不饱和原子有关，原不饱和碳原子上的原子或基团在高分子化合物中作支链，故高分子化合物主链上的原子数一定为偶数。【考点】合成高分子化合物的方法【题点】加聚反应的考查6．下列合成有机高分子材料的化学方程式和反应类型都正确的是(　　)①nCH2==CH—CN—→CH2—CH—CN　加聚反应＋nHOCH2CH2OH缩聚反应③nCH2==CH2＋nCH2==CH—CH3　加聚反应④nHCHO—→CH2—O　缩聚反应A．①②B．②③C．②④D．①④答案　Bn解析　①为nCH2==CH—CN―→④为应是加聚反应；②中有—COOH和—OH，为缩聚反应；③中仅有为加聚反应。【考点】合成高分子化合物的方法【题点】加聚反应和缩聚反应的辨析7．ABS合成树脂的结构可表示为则生成该树脂的单体的种类和化学反应所属类型正确的是(　　)A．1种；加聚反应B．2种；缩聚反应C．3种；加聚反应D．3种；缩聚反应答案　C【考点】合成高分子化合物的方法【题点】加聚反应的特点题组三　高分子化合物单体的判断8．某高分子化合物的结构简式为下列有关叙述正确的是(　　)A．其单体是CH2==CH2和HCOOC2H5B．它是缩聚反应的产物C．其链节是CH3CH2—COOC2H5D．其单体是CH2==CH—COOC2H5答案　D解析　高分子化合物的链节是其单体是CH2==CH—COOC2H5；它是加聚反应的产物。【考点】高分子化合物单体的判断【题点】加聚反应及单体的推断9．某高分子化合物的结构如下所示，可用于合成该聚合物的单体是(　　)①甘氨酸　②丙氨酸　③苯丙氨酸　④谷氨酸nA．①②B．③④C．②③D．①③答案　D解析　分子中有肽键，则该高分子化合物水解即可得到①③。【考点】高分子化合物单体的判断【题点】缩聚反应及单体的推断10．某高分子化合物的部分结构如下：下列说法中正确的是(　　)①聚合物的链节是　②聚合物的分子式是C3H3Cl3　③合成该聚合物的单体是CHCl==CHCl④若n表示聚合度，则其相对分子质量为97nA．①②B．③④C．①③D．②④答案　B解析　碳碳单键可以旋转，则题中聚合物的重复结构单元(即链节)为，该聚合物的结构简式为其分子式为(C2H2Cl2)n，相对分子质量为97n，合成它的单体是CHCl==CHCl。【考点】高分子化合物单体的判断【题点】单体、链节、聚合度的推断11．某高聚物可表示为下列有关叙述不正确的是(　　)A．该高聚物是通过加聚反应生成的B．合成该高聚物的单体有三种nC．1mol该物质能与1molH2加成，生成不含的物质D．该高聚物能被酸性KMnO4溶液氧化答案　C解析　合成该高聚物的单体有、CH—CH3==CH2、CH2==CH2，它们通过加聚反应而生成此高聚物，故A、B正确；1mol该高聚物分子结构中含nmol碳碳双键，能与nmolH2发生加成反应，故C不正确；该高聚物中含有碳碳双键，能被酸性KMnO4溶液氧化，故D正确。【考点】高分子化合物单体的判断【题点】单体的推断及高聚物的性质12．合成导电高分子化合物PPV的反应为PPV下列说法正确的是(　　)A．PPV是聚苯乙炔B．该反应为缩聚反应C．PPV与聚苯乙烯的最小结构单元组成相同D．1mol最多可与2molH2发生反应答案　B解析　A项，根据物质的分子结构可知该物质不是聚苯乙炔，错误；B项，该反应除生成高分子化合物外，还有小分子生成，属于缩聚反应，正确；C项，PPV与聚苯乙烯的重复单元不相同，错误；D项，该物质一个分子中含有2个碳碳双键和一个苯环，都可以与氢气发生加成反应，故1mol最多可以与5mol氢气发生加成反应，错误。13．下列化合物中nc．HO(CH2)2OHd．CH3CH==CH—CNf．HOOC(CH2)4COOH(1)同分子间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)同分子间可发生缩聚反应的化合物是______________________________________(填字母)，缩聚物的结构简式为___________________________________________。(3)不同分子间可发生缩聚反应的化合物是____________________________________(填字母)和________，缩聚物的结构简式为____________________________________。答案　(1)bd　(2)ac　HO(CH2)2OH(3)c　f　HO(CH2)2OOC(CH2)4COOH【考点】合成高分子化合物的方法【题点】加聚反应和缩聚反应的综合14．(1)苯氯乙酮是一种具有荷花香味且有强催泪作用的化学试剂，它的结构简式如图所示，则苯氯乙酮不可能具有的化学性质是________(填字母)。a．加成反应　b．取代反应　c．消去反应　d．水解反应　e．银镜反应　f．还原反应(2)由丙烯经下列反应可制得F、G两种高分子化合物，它们都是常用的塑料。n①聚合物F的结构简式：_________。②C与新制的Cu(OH)2碱性悬浊液共热转化为D的化学方程式________________________。③在一定条件下，两分子E能脱去两分子水形成一种六元环状化合物，该化合物的结构简式是________________________________________________________________________。答案　(1)ce(2)①②＋2Cu(OH)2＋NaOH＋Cu2O↓＋3H2O③解析　(1)苯氯乙酮的结构中含有苯环、羰基、Cl原子，所以可以发生加成反应、水解反应(取代反应)、还原反应，不能发生消去反应、银镜反应，答案选ce。(2)①F是丙烯的聚合物，结构简式为②A是1,2二溴丙烷，B是1,2丙二醇，所以C是B发生氧化反应的产物，结构简式为C与新制的Cu(OH)2碱性悬浊液共热发生氧化反应生成D，D的结构简式为发生反应的化学方程式为＋2Cu(OH)2＋NaOH③E是D发生加成反应的产物，结构简式为n两分子E发生酯化反应，生成六元环状化合物，结构简式为【考点】聚合反应的综合考查【题点】加聚反应和缩聚反应的综合考查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＋))(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—键。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．1molA完全燃烧消耗5molO2答案　(1)加成反应　HOOCCH2CH2COOH(2)碳碳三键、羟基　1,4丁二醇(3)(4)nHOOCCH2CH2COOH＋nHOCH2CH2CH2CH2OH＋(2n－1)H2On(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)利用已知信息和合成路线可知，C的结构简式为HOCH2—C≡C—CH2OH，其中所含官能团的名称为碳碳三键、羟基；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为缩聚反应。(5)物质A中含有碳碳双键，能使酸性KMnO4溶液褪色，能与溴的CCl4溶液发生加成反应使其褪色，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；1molA完全燃烧消耗3molO2，d项错误。