新教材適用2023-2024學年高中化學第5章合成高分子第1節(jié)合成高分子的基本方法學案新人教版選擇性必修3

第五章合成高分子情景切入高分子科學從誕生到現在還不足百年，但完整的高分子材料工業(yè)體系已經建立?，F代高分子材料正向功能化、智能化、精細化方向發(fā)展，出現了具有光學、電學、生物醫(yī)學、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)療健康和現代農業(yè)等領域的需求密切相關。讓我們走進教材，學習高分子的組成、結構、性質和制備。知識導航本章是確定高分子合成方法及應用的基礎。本章知識分為兩節(jié)：第一節(jié)主要學習聚合物的組成和結構特點，認識單體和單體單元；第二節(jié)主要學習塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結構特點，新型高分子材料的優(yōu)異性能。學法指導1．在復習聚乙烯等高分子制取反應的基礎上，認識聚合物的結構特點及表示方法；明確單體、單體單元(鏈節(jié)或重復結構單元)的區(qū)別及與聚合物結構的關系；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，進一步明確加聚反應和縮聚反應的區(qū)別并建構其模型。3．結合實例，認識塑料、合成橡膠、合成纖維的結構特點與其性能之間的關系，并建構相應的模型，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，認識新型高分子材料的結構特點、性能、特殊用途及其對經濟發(fā)展、生活質量提高的價值和意義。

第一節(jié)合成高分子的基本方法學習目標1．結合典型實例，了解聚合物的組成與結構特點，認識單體和鏈節(jié)(重復結構單元)及其與聚合物結構的關系。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，了解加聚反應和縮聚反應的特點。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的不同，認識單體、鏈節(jié)、聚合度等基本概念。2．變化觀念與模型認知：通過觀察高聚物的模型，掌握加聚反應、縮聚反應的反應歷程。隨著社會的進步和科學技術的發(fā)展，人類對具有特殊功能有機物的需求日益增大。這些有機物的合成和使用，改變了人們的生活習慣，提高了人類的生活質量。從某種意義上講，化學家為人類社會的發(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習的必需品，在彩電熒光屏及大規(guī)模集成電路制造中應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”，其結構簡式為，該高聚物的單體及該物質可能的化學性質如何？它是如何合成的呢？請讓我們一起走進教材第一節(jié)：合成高分子的基本方法。新知預習一、高分子1．高分子與一般小分子有機物的區(qū)別高分子化合物一般小分子有機物相對分子質量只是一個平均值，通常在104以上都有一個明確的數值，一般在1000以下類別混合物純凈物結構由若干個重復結構單元組成具有單一結構2.高分子的合成(1)含義：利用有機物相互反應的性能，得到相對分子質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：一般是含有雙鍵的烯類單體發(fā)生的聚合反應。②縮合聚合反應：一般是含有兩個(或兩個以上)官能團的單體之間發(fā)生的聚合反應。二、加成聚合反應1．含義：由含有不飽和鍵的相對分子質量小的化合物以加成反應的形式結合成相對分子質量大的高分子的化學反應叫加成聚合反應，簡稱加聚反應。2．高分子的組成三、縮合聚合反應1．含義：由單體分子間通過縮合反應生成高分子的反應稱為縮合聚合反應，簡稱縮聚反應。2．縮聚物的結構簡式端基原子團端基原子3．縮聚反應的特點(1)縮聚反應的單體通常是具有雙官能團(如—OH、—COOH、—NH2、—X及活潑氫原子等)或多官能團的小分子有機物。(2)縮聚反應生成聚合物的同時，還有小分子副產物(如H2O、NH3、HCl等)生成。(3)縮聚反應一般多為可逆反應，為提高產率，得到具有較高聚合度的縮聚物，需要及時移除反應產生的小分子副產物。4．書寫聚合物及反應方程式的注意事項(1)方括號外側寫出端基原子或原子團。(2)各單體的物質的量與縮聚物結構式的下標一般要一致。(3)小分子物質的量①由一種單體進行的縮聚反應，生成的小分子物質的量一般為n－1；②由兩種單體進行的縮聚反應，生成的小分子物質的量一般為2n－1。應用體驗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與縮合聚合反應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、結構復雜、相對分子質量大(通常在104以上)解析：聚丙烯結構中無碳碳雙鍵，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，有機高分子化合物的結構并不復雜，它們由簡單的重復結構單元連接而成，D項錯誤。2．下列物質能夠自身聚合成高分子的是(C)A．CH3CH2OH B．C． D．CH3COOH解析：分子結構中含有碳碳雙鍵或三鍵的有機物，可以發(fā)生加聚反應；分子結構中同時含有羧基、羥基(或氨基)，可通過縮聚反應形成高分子。3．下列工業(yè)生產過程中，屬于應用縮聚反應制取高聚物的是(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加聚反應問題探究：(2)在彩電熒光屏及大規(guī)模集成電路制造中應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”，其結構簡式為，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，這都違背科學事實。(2)該高聚物的鏈節(jié)為知識歸納總結：1．加聚反應的特點2．常見的加聚反應類型(1)單烯烴的加聚單體由官能團(碳碳雙鍵)和非官能團兩部分組成。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，其他非官能團部分作為支鏈縱列。如：單體將含不飽和鍵的碳鏈單獨列出加聚物CH2=CH2CH2=CH2CH2—CH2CH2=CHCH3相應化學方程式為(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：nCH2=CH—CH=CH2CH2—CH=CH—CH2異戊二烯的加聚反應：(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：nCH2=CH—CH3＋nCH2=CH—CH=CH2(4)炔烴的加聚例如，乙炔的加聚反應：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：3．巧記加聚反應產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，并存在結構的聚合物，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為“兩兩一組，組間斷1鍵，組內加1鍵。”典例1(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有一種叫HEMA的高分子材料，具有良好的光學性能，還具有良好的透氣性和親水性，是用來制備軟質隱形眼鏡的優(yōu)質材料。其結構片段如圖，下列有關該高分子的說法錯誤的是(B)A．生成該聚合物的反應屬于加聚反應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．該聚合物的結構簡式為解析：該聚合物的單體為，由和HOCH2CH2OH合成。素養(yǎng)應用?下列化學方程式書寫正確的是(B)A．nCH2=CH—CH3CH2—CH2—CH2解析：A項中產物應為；C項中CH3COOH系數為n；D項中產物應為，故選B。知識點2縮聚反應問題探究：(1)試根據加聚反應和縮聚反應的原理，探討由有機物形成高聚物時可能發(fā)生的反應類型，試寫出相應反應的化學方程式。(2)聚合物(結構片段)可被人體吸收，常作為外科縫合手術的材料，該物質由哪種物質聚合而成的？探究提示：(1)因該有機物中既含有碳碳雙鍵，又含有羥基和羧基，當作為單體合成高聚物時，可發(fā)生加聚反應也可發(fā)生縮聚反應，化學方程式分別為(2)CH3CH(OH)COOH。由高聚物的部分結構可知，該高聚物中含有酯基，是由某單體通過縮聚反應制得，單體是CH3CH(OH)COOH。知識歸納總結：1．縮聚反應的特點2．常見的縮聚反應類型能夠發(fā)生縮聚反應的物質含有雙官能團或多官能團(—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合成水的方式而進行的縮聚，生成水分子的物質的量為2n－1。(2)氨基酸縮聚以氨基中的氫原子和羧基中的羥基結合成水的方式而進行的縮聚。(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中的活潑氫原子結合成水而進行的縮聚反應。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”去掉縮聚物結構簡式中的方括號與“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的結構片段如圖所示。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的合成反應為縮聚反應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，故A正確；縮聚反應為單體經多次縮合而聚合成大分子的反應，該反應常伴隨著小分子的生成，由P的結構片段可以看出，合成P的過程中伴隨有小分子出現，發(fā)生縮聚反應，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)應用?(1)鏈狀高分子化合物可由有機化工原料R和其他有機試劑通過加成、水解、氧化、縮聚反應得到，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，反應類型為縮聚反應。(3)已知滌綸樹脂的結構簡式為它是由和HOCH2CH2OH(填單體的結構簡式)通過縮合聚合(或縮聚)反應制得的，反應的化學方程式為。解析：(1)該高分子化合物是由乙二醇和乙二酸經縮聚反應得到的，故R為乙烯。(2)此聚合物中含有肽鍵，其單體是H2N(CH2)5COOH。(3)由高聚物的結構片段分析，此高聚物屬于高聚酯，因而屬于酯化型縮聚反應。聯(lián)想酯化反應的特征即可推出酸和醇的結構片段：和—OCH2CH2O—，再連接上—OH或—H即得到單體的結構簡式。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：結合ABS樹脂的結構可知，該高分子為加聚反應的產物，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)為其相對質量為56，根據聚合物的平均相對分子質量＝鏈節(jié)的相對質量×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．根據下列高分子回答問題。(1)合成聚丙烯酸鈉的單體的結構簡式是，反應類型是加聚反應。(2)①合成滌綸有兩種單體，其中能和NaHCO3反應的單體的結構簡式是，其核磁共振氫譜的峰面積比是12或(21)；②合成滌綸的化學反應方程式。(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)生反應的試劑是ad(選填字