新教材适用2023-2024学年高中化学第5章合成高分子第1节合成高分子的基本方法学案新人教版选择性必修3

第五章合成高分子情景切入高分子科学从诞生到现在还不足百年，但完整的高分子材料工业体系已经建立。现代高分子材料正向功能化、智能化、精细化方向发展，出现了具有光学、电学、生物医学、吸附分离等功能高分子，与能源、国防、航空航天、电子信息、医疗健康和现代农业等领域的需求密切相关。让我们走进教材，学习高分子的组成、结构、性质和制备。知识导航本章是确定高分子合成方法及应用的基础。本章知识分为两节：第一节主要学习聚合物的组成和结构特点，认识单体和单体单元；第二节主要学习塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点，新型高分子材料的优异性能。学法指导1．在复习聚乙烯等高分子制取反应的基础上，认识聚合物的结构特点及表示方法；明确单体、单体单元(链节或重复结构单元)的区别及与聚合物结构的关系；了解聚合度的概念，理解聚合物是混合物。2．通过具体的聚合反应，进一步明确加聚反应和缩聚反应的区别并建构其模型。3．结合实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的结构特点与其性能之间的关系，并建构相应的模型，形成微观—宏观之间的联系。4．以已知的新型(功能)高分子材料(如淡化海水的高分子分离膜)为例，认识新型高分子材料的结构特点、性能、特殊用途及其对经济发展、生活质量提高的价值和意义。

第一节合成高分子的基本方法学习目标1．结合典型实例，了解聚合物的组成与结构特点，认识单体和链节(重复结构单元)及其与聚合物结构的关系。2．通过聚氯乙烯、聚己二酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯的合成，了解加聚反应和缩聚反应的特点。核心素养1．宏观辨识与微观探析：通过单体或单体间的断键、成键方式，及单体与高聚物性质的不同，认识单体、链节、聚合度等基本概念。2．变化观念与模型认知：通过观察高聚物的模型，掌握加聚反应、缩聚反应的反应历程。随着社会的进步和科学技术的发展，人类对具有特殊功能有机物的需求日益增大。这些有机物的合成和使用，改变了人们的生活习惯，提高了人类的生活质量。从某种意义上讲，化学家为人类社会的发展合成了一个新的“自然界”。电视、电脑日益成为我们生活学习的必需品，在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子材料——感光性高分子也称为“光敏性高分子”，其结构简式为，该高聚物的单体及该物质可能的化学性质如何？它是如何合成的呢？请让我们一起走进教材第一节：合成高分子的基本方法。新知预习一、高分子1．高分子与一般小分子有机物的区别高分子化合物一般小分子有机物相对分子质量只是一个平均值，通常在104以上都有一个明确的数值，一般在1000以下类别混合物纯净物结构由若干个重复结构单元组成具有单一结构2.高分子的合成(1)含义：利用有机物相互反应的性能，得到相对分子质量较大的高分子的过程。(2)合成高分子的基本方法①加成聚合反应：一般是含有双键的烯类单体发生的聚合反应。②缩合聚合反应：一般是含有两个(或两个以上)官能团的单体之间发生的聚合反应。二、加成聚合反应1．含义：由含有不饱和键的相对分子质量小的化合物以加成反应的形式结合成相对分子质量大的高分子的化学反应叫加成聚合反应，简称加聚反应。2．高分子的组成三、缩合聚合反应1．含义：由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。2．缩聚物的结构简式端基原子团端基原子3．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有机物。(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)缩聚反应一般多为可逆反应，为提高产率，得到具有较高聚合度的缩聚物，需要及时移除反应产生的小分子副产物。4．书写聚合物及反应方程式的注意事项(1)方括号外侧写出端基原子或原子团。(2)各单体的物质的量与缩聚物结构式的下标一般要一致。(3)小分子物质的量①由一种单体进行的缩聚反应，生成的小分子物质的量一般为n－1；②由两种单体进行的缩聚反应，生成的小分子物质的量一般为2n－1。应用体验1．下列叙述正确的是(B)A．聚丙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色B．合成高分子的基本方法包括加成聚合反应与缩合聚合反应C．聚乙烯有固定的熔点D．高分子化合物的特点之一是组成元素简单、结构复杂、相对分子质量大(通常在104以上)解析：聚丙烯结构中无碳碳双键，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A项错误；聚乙烯属于混合物，无固定的熔点，C项错误；通常情况下，有机高分子化合物的结构并不复杂，它们由简单的重复结构单元连接而成，D项错误。2．下列物质能够自身聚合成高分子的是(C)A．CH3CH2OH B．C． D．CH3COOH解析：分子结构中含有碳碳双键或三键的有机物，可以发生加聚反应；分子结构中同时含有羧基、羟基(或氨基)，可通过缩聚反应形成高分子。3．下列工业生产过程中，属于应用缩聚反应制取高聚物的是(D)A．单体CH2=CH2制高聚物CH2—CH2C．单体CH2=CH—CH3制高聚物CHCH2CH3解析：A、B、C中单体均含不饱和键且高聚物均由单体之间不饱和键断裂形成，D中单体制高聚物的过程中会有小分子化合物(H2O)生成，故D正确。要点归纳知识点1加聚反应问题探究：(2)在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子材料——感光性高分子也称为“光敏性高分子”，其结构简式为，试分析该高聚物的链节、单体及原料。探究提示：(1)不能，若写成CH2—CH—CH3，则右端的C原子就形成5价键，而中间的碳原子只形成了3价键，这都违背科学事实。(2)该高聚物的链节为知识归纳总结：1．加聚反应的特点2．常见的加聚反应类型(1)单烯烃的加聚单体由官能团(碳碳双键)和非官能团两部分组成。单体中含有不饱和键(碳碳双键)的碳链单独列成一行，断开不饱和键，展放在中括号内，其他非官能团部分作为支链纵列。如：单体将含不饱和键的碳链单独列出加聚物CH2=CH2CH2=CH2CH2—CH2CH2=CHCH3相应化学方程式为(2)二烯烃的加聚二烯烃单体自聚时，单体的两个双键同时打开，中间单键变双键，单体之间直接连接形成链节而成为高分子。1,3-丁二烯的加聚反应：nCH2=CH—CH=CH2CH2—CH=CH—CH2异戊二烯的加聚反应：(3)多种单体的加聚——共聚①不同单烯烃的共聚不同单烯烃均打开双键，不同单体之间直接连接形成链节而成为高分子。nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH3②单烯烃与二烯烃共聚单烯烃打开双键，二烯烃的两个双键也同时打开，彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键成为高分子。例如：丙烯与1,3-丁二烯的加聚反应：nCH2=CH—CH3＋nCH2=CH—CH=CH2(4)炔烃的加聚例如，乙炔的加聚反应：nCH≡CHCH=CH(5)环状化合物的加聚例如，环氧乙烷的加聚反应：3．巧记加聚反应产物的书写方法单烯加聚双改单，链节主链两个碳，其他部分连原碳，写成支链不改变。共轭双键(两个双键之间间隔一个碳碳单键)要加聚，链节四碳要牢记，两端双键变单键，中间单键变双键，其他部分连原碳，写成支链不改变。共聚链节灵活写，规律总结两方面，开环加聚成长链，断开之处前后连，链节再加方括号，聚合度n跟后面。4．由加聚物推断单体的方法(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，将链节两端两个半键断开向内闭合即可。(2)凡链节主链上只有四个碳原子，且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在链节两端及正中央划线断开，然后左右两个半键闭合即可。如的单体为CH2=CH2和。(3)凡链节主链中只有碳原子，并存在结构的聚合物，其规律是“见双键，四个碳；无双键，两个碳”。从一端划线断开，隔一键断一键，然后将半键闭合，即单双键互换。如的单体是CH2=CH—CH=CH2和。由加聚物推断单体的方法可简要总结为“两两一组，组间断1键，组内加1键。”典例1(2023·青岛高二检测)能源、信息、材料是新科技革命的三大支柱。现有一种叫HEMA的高分子材料，具有良好的光学性能，还具有良好的透气性和亲水性，是用来制备软质隐形眼镜的优质材料。其结构片段如图，下列有关该高分子的说法错误的是(B)A．生成该聚合物的反应属于加聚反应B．该聚合物的单体由CH3—CH=CH—COOH和CH3CH2OH合成C．该聚合物分子中存在大量的—OH，所以具有较好的亲水性D．该聚合物的结构简式为解析：该聚合物的单体为，由和HOCH2CH2OH合成。素养应用❶下列化学方程式书写正确的是(B)A．nCH2=CH—CH3CH2—CH2—CH2解析：A项中产物应为；C项中CH3COOH系数为n；D项中产物应为，故选B。知识点2缩聚反应问题探究：(1)试根据加聚反应和缩聚反应的原理，探讨由有机物形成高聚物时可能发生的反应类型，试写出相应反应的化学方程式。(2)聚合物(结构片段)可被人体吸收，常作为外科缝合手术的材料，该物质由哪种物质聚合而成的？探究提示：(1)因该有机物中既含有碳碳双键，又含有羟基和羧基，当作为单体合成高聚物时，可发生加聚反应也可发生缩聚反应，化学方程式分别为(2)CH3CH(OH)COOH。由高聚物的部分结构可知，该高聚物中含有酯基，是由某单体通过缩聚反应制得，单体是CH3CH(OH)COOH。知识归纳总结：1．缩聚反应的特点2．常见的缩聚反应类型能够发生缩聚反应的物质含有双官能团或多官能团(—OH、—COOH、—NH2等)，主要有如下几种类型：(1)二元酸与二元醇缩聚以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚，生成水分子的物质的量为2n－1。(2)氨基酸缩聚以氨基中的氢原子和羧基中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚。(3)羟基酸缩聚(4)酚醛树脂型缩聚以某分子中碳氧双键中的氧原子与另一个基团中的活泼氢原子结合成水而进行的缩聚反应。3．缩聚物及其单体的互推方法(1)由单体推缩聚物单体方法(官能团书写在链端)聚合物HOOC(CH2)4COOH和HOCH2CH2OH(2)由缩聚物推单体步骤第一步第二步第三步说明采用“切割法”去掉缩聚物结构简式中的方括号与“n”，变为小分子断开分子中的酰胺键或酯基将断开的羰基碳原子上连接—OH；在氧或氮原子上连接—H，还原为单体小分子举例单体为一种：H2N—R—COOH典例2聚合物P的结构片段如图所示。下列说法不正确的是(图中表示链延长)(D)X—Y—X—Y—X—Y—X—Y已知：X为；Y为A．聚合物P中有酯基，能水解B．聚合物P的合成反应为缩聚反应C．聚合物P的原料之一可由油脂水解获得D．聚合物P的单体为邻苯二甲酸和乙二醇解析：X为，Y为则P的链节为，含有酯基，聚合物P能发生水解反应，故A正确；缩聚反应为单体经多次缩合而聚合成大分子的反应，该反应常伴随着小分子的生成，由P的结构片段可以看出，合成P的过程中伴随有小分子出现，发生缩聚反应，故B正确；油脂是一种酯，在酸性条件和碱性条件下水解都可得到丙三醇，故C正确；由P的链节可知单体为邻苯二甲酸和丙三醇，故D错误。素养应用❷(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D(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H2N(CH2)5COOH，反应类型为缩聚反应。(3)已知涤纶树脂的结构简式为它是由和HOCH2CH2OH(填单体的结构简式)通过缩合聚合(或缩聚)反应制得的，反应的化学方程式为。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)此聚合物中含有肽键，其单体是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。1．ABS树脂具有耐热、耐腐蚀、强度高等特点，可用作3D打印的材料。下列不是ABS树脂单体的是(A)A．B．CH2=CH—CNC．CH2=CH—CH=CH2D．解析：结合ABS树脂的结构可知，该高分子为加聚反应的产物，按如图所示虚线断开碳碳单键，，然后将半键闭合，即可得到合成该高分子的单体：CH2=CH2—CN、CH2=CH—CH=CH2、CH2=CH，所以只有A不是ABS树脂的单体，故选A。2．工业上用X()合成Y()，下列有关分析正确的是(C)A．X的名称为1,1-二甲基乙烯B．若Y的平均相对分子质量为19600，则n＝380C．Y的链节为D．Y能使溴的CCl4溶液褪色解析：X的名称为2-甲基丙烯，A项错误；Y的链节为其相对质量为56，根据聚合物的平均相对分子质量＝链节的相对质量×n，可得n＝350，B项错误、C项正确；Y的链节中不存在碳碳双键，故Y不能使溴的CCl4溶液褪色，D项错误。3．根据下列高分子回答问题。(1)合成聚丙烯酸钠的单体的结构简式是，反应类型是加聚反应。(2)①合成涤纶有两种单体，其中能和NaHCO3反应的单体的结构简式是，其核磁共振氢谱的峰面积比是12或(21)；②合成涤纶的化学反应方程式。(3)合成酚醛树脂需要两种单体分别为苯酚和甲醛，和这两种单体均可以发生反应的试剂是ad(选填字