第五章合成高分子情景切入高分子科學(xué)從誕生到現(xiàn)在還不足百年，但完整的高分子材料工業(yè)體系已經(jīng)建立?，F(xiàn)代高分子材料正向功能化、智能化、精細(xì)化方向發(fā)展，出現(xiàn)了具有光學(xué)、電學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、吸附分離等功能高分子，與能源、國防、航空航天、電子信息、醫(yī)療健康和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的需求密切相關(guān)。讓我們走進(jìn)教材，學(xué)習(xí)高分子的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和制備。知識導(dǎo)航本章是確定高分子合成方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)。本章知識分為兩節(jié)：第一節(jié)主要學(xué)習(xí)聚合物的組成和結(jié)構(gòu)特點，認(rèn)識單體和單體單元；第二節(jié)主要學(xué)習(xí)塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點，新型高分子材料的優(yōu)異性能。學(xué)法指導(dǎo)1．在復(fù)習(xí)聚乙烯等高分子制取反應(yīng)的基礎(chǔ)上，認(rèn)識聚合物的結(jié)構(gòu)特點及表示方法；明確單體、單體單元(鏈節(jié)或重復(fù)結(jié)構(gòu)單元)的區(qū)別及與聚合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系；了解聚合度的概念，理解聚合物是混合物。2．通過具體的聚合反應(yīng)，進(jìn)一步明確加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的區(qū)別并建構(gòu)其模型。3．結(jié)合實例，認(rèn)識塑料、合成橡膠、合成纖維的結(jié)構(gòu)特點與其性能之間的關(guān)系，并建構(gòu)相應(yīng)的模型，形成微觀—宏觀之間的聯(lián)系。4．以已知的新型(功能)高分子材料(如淡化海水的高分子分離膜)為例，認(rèn)識新型高分子材料的結(jié)構(gòu)特點、性能、特殊用途及其對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活質(zhì)量提高的價值和意義。

第一節(jié)合成高分子的基本方法學(xué)習(xí)目標(biāo)1．結(jié)合典型實例，了解聚合物的組成與結(jié)構(gòu)特點，認(rèn)識單體和鏈節(jié)(重復(fù)結(jié)構(gòu)單元)及其與聚合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系。2．通過聚氯乙烯、聚己二酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯的合成，了解加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點。核心素養(yǎng)1．宏觀辨識與微觀探析：通過單體或單體間的斷鍵、成鍵方式，及單體與高聚物性質(zhì)的不同，認(rèn)識單體、鏈節(jié)、聚合度等基本概念。2．變化觀念與模型認(rèn)知：通過觀察高聚物的模型，掌握加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng)的反應(yīng)歷程。隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對具有特殊功能有機(jī)物的需求日益增大。這些有機(jī)物的合成和使用，改變了人們的生活習(xí)慣，提高了人類的生活質(zhì)量。從某種意義上講，化學(xué)家為人類社會的發(fā)展合成了一個新的“自然界”。電視、電腦日益成為我們生活學(xué)習(xí)的必需品，在彩電熒光屏及大規(guī)模集成電路制造中應(yīng)用較廣的新型高分子材料——感光性高分子也稱為“光敏性高分子”，其結(jié)構(gòu)簡式為，該高聚物的單體及該物質(zhì)可能的化學(xué)性質(zhì)如何？它是如何合成的呢？請讓我們一起走進(jìn)教材第一節(jié)：合成高分子的基本方法。新知預(yù)習(xí)一、高分子1．高分子與一般小分子有機(jī)物的區(qū)別高分子化合物一般小分子有機(jī)物相對分子質(zhì)量只是一個平均值，通常在104以上都有一個明確的數(shù)值，一般在1000以下類別混合物純凈物結(jié)構(gòu)由若干個重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成具有單一結(jié)構(gòu)2.高分子的合成(1)含義：利用有機(jī)物相互反應(yīng)的性能，得到相對分子質(zhì)量較大的高分子的過程。(2)合成高分子的基本方法①加成聚合反應(yīng)：一般是含有雙鍵的烯類單體發(fā)生的聚合反應(yīng)。②縮合聚合反應(yīng)：一般是含有兩個(或兩個以上)官能團(tuán)的單體之間發(fā)生的聚合反應(yīng)。二、加成聚合反應(yīng)1．含義：由含有不飽和鍵的相對分子質(zhì)量小的化合物以加成反應(yīng)的形式結(jié)合成相對分子質(zhì)量大的高分子的化學(xué)反應(yīng)叫加成聚合反應(yīng)，簡稱加聚反應(yīng)。2．高分子的組成三、縮合聚合反應(yīng)1．含義：由單體分子間通過縮合反應(yīng)生成高分子的反應(yīng)稱為縮合聚合反應(yīng)，簡稱縮聚反應(yīng)。2．縮聚物的結(jié)構(gòu)簡式端基原子團(tuán)端基原子3．縮聚反應(yīng)的特點(1)縮聚反應(yīng)的單體通常是具有雙官能團(tuán)(如—OH、—COOH、—NH2、—X及活潑氫原子等)或多官能團(tuán)的小分子有機(jī)物。(2)縮聚反應(yīng)生成聚合物的同時，還有小分子副產(chǎn)物(如H2O、NH3、HCl等)生成。(3)縮聚反應(yīng)一般多為可逆反應(yīng)，為提高產(chǎn)率，得到具有較高聚合度的縮聚物，需要及時移除反應(yīng)產(chǎn)生的小分子副產(chǎn)物。4．書寫聚合物及反應(yīng)方程式的注意事項(1)方括號外側(cè)寫出端基原子或原子團(tuán)。(2)各單體的物質(zhì)的量與縮聚物結(jié)構(gòu)式的下標(biāo)一般要一致。(3)小分子物質(zhì)的量①由一種單體進(jìn)行的縮聚反應(yīng)，生成的小分子物質(zhì)的量一般為n－1；②由兩種單體進(jìn)行的縮聚反應(yīng)，生成的小分子物質(zhì)的量一般為2n－1。應(yīng)用體驗1．下列敘述正確的是(B)A．聚丙烯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色B．合成高分子的基本方法包括加成聚合反應(yīng)與縮合聚合反應(yīng)C．聚乙烯有固定的熔點D．高分子化合物的特點之一是組成元素簡單、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相對分子質(zhì)量大(通常在104以上)解析：聚丙烯結(jié)構(gòu)中無碳碳雙鍵，不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，A項錯誤；聚乙烯屬于混合物，無固定的熔點，C項錯誤；通常情況下，有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，它們由簡單的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元連接而成，D項錯誤。2．下列物質(zhì)能夠自身聚合成高分子的是(C)A．CH3CH2OH B．C． D．CH3COOH解析：分子結(jié)構(gòu)中含有碳碳雙鍵或三鍵的有機(jī)物，可以發(fā)生加聚反應(yīng)；分子結(jié)構(gòu)中同時含有羧基、羥基(或氨基)，可通過縮聚反應(yīng)形成高分子。3．下列工業(yè)生產(chǎn)過程中，屬于應(yīng)用縮聚反應(yīng)制取高聚物的是(D)A．單體CH2=CH2制高聚物CH2—CH2C．單體CH2=CH—CH3制高聚物CHCH2CH3解析：A、B、C中單體均含不飽和鍵且高聚物均由單體之間不飽和鍵斷裂形成，D中單體制高聚物的過程中會有小分子化合物(H2O)生成，故D正確。要點歸納知識點1加聚反應(yīng)問題探究：(2)在彩電熒光屏及大規(guī)模集成電路制造中應(yīng)用較廣的新型高分子材料——感光性高分子也稱為“光敏性高分子”，其結(jié)構(gòu)簡式為，試分析該高聚物的鏈節(jié)、單體及原料。探究提示：(1)不能，若寫成CH2—CH—CH3，則右端的C原子就形成5價鍵，而中間的碳原子只形成了3價鍵，這都違背科學(xué)事實。(2)該高聚物的鏈節(jié)為知識歸納總結(jié)：1．加聚反應(yīng)的特點2．常見的加聚反應(yīng)類型(1)單烯烴的加聚單體由官能團(tuán)(碳碳雙鍵)和非官能團(tuán)兩部分組成。單體中含有不飽和鍵(碳碳雙鍵)的碳鏈單獨列成一行，斷開不飽和鍵，展放在中括號內(nèi)，其他非官能團(tuán)部分作為支鏈縱列。如：單體將含不飽和鍵的碳鏈單獨列出加聚物CH2=CH2CH2=CH2CH2—CH2CH2=CHCH3相應(yīng)化學(xué)方程式為(2)二烯烴的加聚二烯烴單體自聚時，單體的兩個雙鍵同時打開，中間單鍵變雙鍵，單體之間直接連接形成鏈節(jié)而成為高分子。1,3-丁二烯的加聚反應(yīng)：nCH2=CH—CH=CH2CH2—CH=CH—CH2異戊二烯的加聚反應(yīng)：(3)多種單體的加聚——共聚①不同單烯烴的共聚不同單烯烴均打開雙鍵，不同單體之間直接連接形成鏈節(jié)而成為高分子。nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH3②單烯烴與二烯烴共聚單烯烴打開雙鍵，二烯烴的兩個雙鍵也同時打開，彼此相互連接而二烯烴又形成一個新雙鍵成為高分子。例如：丙烯與1,3-丁二烯的加聚反應(yīng)：nCH2=CH—CH3＋nCH2=CH—CH=CH2(4)炔烴的加聚例如，乙炔的加聚反應(yīng)：nCH≡CHCH=CH(5)環(huán)狀化合物的加聚例如，環(huán)氧乙烷的加聚反應(yīng)：3．巧記加聚反應(yīng)產(chǎn)物的書寫方法單烯加聚雙改單，鏈節(jié)主鏈兩個碳，其他部分連原碳，寫成支鏈不改變。共軛雙鍵(兩個雙鍵之間間隔一個碳碳單鍵)要加聚，鏈節(jié)四碳要牢記，兩端雙鍵變單鍵，中間單鍵變雙鍵，其他部分連原碳，寫成支鏈不改變。共聚鏈節(jié)靈活寫，規(guī)律總結(jié)兩方面，開環(huán)加聚成長鏈，斷開之處前后連，鏈節(jié)再加方括號，聚合度n跟后面。4．由加聚物推斷單體的方法(1)凡鏈節(jié)的主鏈只有兩個碳原子(無其他原子)的聚合物，其合成單體必為一種，將鏈節(jié)兩端兩個半鍵斷開向內(nèi)閉合即可。(2)凡鏈節(jié)主鏈上只有四個碳原子，且鏈節(jié)無雙鍵的聚合物，其單體必為兩種，在鏈節(jié)兩端及正中央劃線斷開，然后左右兩個半鍵閉合即可。如的單體為CH2=CH2和。(3)凡鏈節(jié)主鏈中只有碳原子，并存在結(jié)構(gòu)的聚合物，其規(guī)律是“見雙鍵，四個碳；無雙鍵，兩個碳”。從一端劃線斷開，隔一鍵斷一鍵，然后將半鍵閉合，即單雙鍵互換。如的單體是CH2=CH—CH=CH2和。由加聚物推斷單體的方法可簡要總結(jié)為“兩兩一組，組間斷1鍵，組內(nèi)加1鍵?！钡淅?(2023·青島高二檢測)能源、信息、材料是新科技革命的三大支柱?，F(xiàn)有一種叫HEMA的高分子材料，具有良好的光學(xué)性能，還具有良好的透氣性和親水性，是用來制備軟質(zhì)隱形眼鏡的優(yōu)質(zhì)材料。其結(jié)構(gòu)片段如圖，下列有關(guān)該高分子的說法錯誤的是(B)A．生成該聚合物的反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)B．該聚合物的單體由CH3—CH=CH—COOH和CH3CH2OH合成C．該聚合物分子中存在大量的—OH，所以具有較好的親水性D．該聚合物的結(jié)構(gòu)簡式為解析：該聚合物的單體為，由和HOCH2CH2OH合成。素養(yǎng)應(yīng)用?下列化學(xué)方程式書寫正確的是(B)A．nCH2=CH—CH3CH2—CH2—CH2解析：A項中產(chǎn)物應(yīng)為；C項中CH3COOH系數(shù)為n；D項中產(chǎn)物應(yīng)為，故選B。知識點2縮聚反應(yīng)問題探究：(1)試根據(jù)加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的原理，探討由有機(jī)物形成高聚物時可能發(fā)生的反應(yīng)類型，試寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)聚合物(結(jié)構(gòu)片段)可被人體吸收，常作為外科縫合手術(shù)的材料，該物質(zhì)由哪種物質(zhì)聚合而成的？探究提示：(1)因該有機(jī)物中既含有碳碳雙鍵，又含有羥基和羧基，當(dāng)作為單體合成高聚物時，可發(fā)生加聚反應(yīng)也可發(fā)生縮聚反應(yīng)，化學(xué)方程式分別為(2)CH3CH(OH)COOH。由高聚物的部分結(jié)構(gòu)可知，該高聚物中含有酯基，是由某單體通過縮聚反應(yīng)制得，單體是CH3CH(OH)COOH。知識歸納總結(jié)：1．縮聚反應(yīng)的特點2．常見的縮聚反應(yīng)類型能夠發(fā)生縮聚反應(yīng)的物質(zhì)含有雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)(—OH、—COOH、—NH2等)，主要有如下幾種類型：(1)二元酸與二元醇縮聚以醇羥基中的氫原子和酸分子中的羥基結(jié)合成水的方式而進(jìn)行的縮聚，生成水分子的物質(zhì)的量為2n－1。(2)氨基酸縮聚以氨基中的氫原子和羧基中的羥基結(jié)合成水的方式而進(jìn)行的縮聚。(3)羥基酸縮聚(4)酚醛樹脂型縮聚以某分子中碳氧雙鍵中的氧原子與另一個基團(tuán)中的活潑氫原子結(jié)合成水而進(jìn)行的縮聚反應(yīng)。3．縮聚物及其單體的互推方法(1)由單體推縮聚物單體方法(官能團(tuán)書寫在鏈端)聚合物HOOC(CH2)4COOH和HOCH2CH2OH(2)由縮聚物推單體步驟第一步第二步第三步說明采用“切割法”去掉縮聚物結(jié)構(gòu)簡式中的方括號與“n”，變?yōu)樾》肿訑嚅_分子中的酰胺鍵或酯基將斷開的羰基碳原子上連接—OH；在氧或氮原子上連接—H，還原為單體小分子舉例單體為一種：H2N—R—COOH典例2聚合物P的結(jié)構(gòu)片段如圖所示。下列說法不正確的是(圖中表示鏈延長)(D)X—Y—X—Y—X—Y—X—Y已知：X為；Y為A．聚合物P中有酯基，能水解B．聚合物P的合成反應(yīng)為縮聚反應(yīng)C．聚合物P的原料之一可由油脂水解獲得D．聚合物P的單體為鄰苯二甲酸和乙二醇解析：X為，Y為則P的鏈節(jié)為，含有酯基，聚合物P能發(fā)生水解反應(yīng)，故A正確；縮聚反應(yīng)為單體經(jīng)多次縮合而聚合成大分子的反應(yīng)，該反應(yīng)常伴隨著小分子的生成，由P的結(jié)構(gòu)片段可以看出，合成P的過程中伴隨有小分子出現(xiàn)，發(fā)生縮聚反應(yīng)，故B正確；油脂是一種酯，在酸性條件和堿性條件下水解都可得到丙三醇，故C正確；由P的鏈節(jié)可知單體為鄰苯二甲酸和丙三醇，故D錯誤。素養(yǎng)應(yīng)用?(1)鏈狀高分子化合物可由有機(jī)化工原料R和其他有機(jī)試劑通過加成、水解、氧化、縮聚反應(yīng)得到，則R是D(填字母)。A．1-丁烯 B．2-丁烯C．1,3-丁二烯 D．乙烯(2)錦綸的單體為H2N(CH2)5COOH，反應(yīng)類型為縮聚反應(yīng)。(3)已知滌綸樹脂的結(jié)構(gòu)簡式為它是由和HOCH2CH2OH(填單體的結(jié)構(gòu)簡式)通過縮合聚合(或縮聚)反應(yīng)制得的，反應(yīng)的化學(xué)方程式為。解析：(1)該高分子化合物是由乙二醇和乙二酸經(jīng)縮聚反應(yīng)得到的，故R為乙烯。(2)此聚合物中含有肽鍵，其單體是H2N(CH2)5COOH。(3)由高聚物的結(jié)構(gòu)片段分析，此高聚物屬于高聚酯，因而屬于酯化型縮聚反應(yīng)。聯(lián)想酯化反應(yīng)的特征即可推出酸和醇的結(jié)構(gòu)片段：和—OCH2CH2O—，再連接上—OH或—H即得到單體的結(jié)構(gòu)簡式。1．ABS樹脂具有耐熱、耐腐蝕、強度高等特點，可用作3D打印的材料。下列不是ABS樹脂單體的是(A)A．B．CH2=CH—CNC．CH2=CH—CH=CH2D．解析：結(jié)合ABS樹脂的結(jié)構(gòu)可知，該高分子為加聚反應(yīng)的產(chǎn)物，按如圖所示虛線斷開碳碳單鍵，，然后將半鍵閉合，即可得到合成該高分子的單體：CH2=CH2—CN、CH2=CH—CH=CH2、CH2=CH，所以只有A不是ABS樹脂的單體，故選A。2．工業(yè)上用X()合成Y()，下列有關(guān)分析正確的是(C)A．X的名稱為1,1-二甲基乙烯B．若Y的平均相對分子質(zhì)量為19600，則n＝380C．Y的鏈節(jié)為D．Y能使溴的CCl4溶液褪色解析：X的名稱為2-甲基丙烯，A項錯誤；Y的鏈節(jié)為其相對質(zhì)量為56，根據(jù)聚合物的平均相對分子質(zhì)量＝鏈節(jié)的相對質(zhì)量×n，可得n＝350，B項錯誤、C項正確；Y的鏈節(jié)中不存在碳碳雙鍵，故Y不能使溴的CCl4溶液褪色，D項錯誤。3．根據(jù)下列高分子回答問題。(1)合成聚丙烯酸鈉的單體的結(jié)構(gòu)簡式是，反應(yīng)類型是加聚反應(yīng)。(2)①合成滌綸有兩種單體，其中能和NaHCO3反應(yīng)的單體的結(jié)構(gòu)簡式是，其核磁共振氫譜的峰面積比是12或(21)；②合成滌綸的化學(xué)反應(yīng)方程式。(3)合成酚醛樹脂需要兩種單體分別為苯酚和甲醛，和這兩種單體均可以發(fā)生反應(yīng)的試劑是ad(選填字