高中化学专题3有机化合物的获得与应用第3单元人工合成有机化合物第2课时教学案苏教版必修2 16页

第 2 课时 有机高分 子的合成 [学习目标定位] 1.知道常见的有机高分子化合物和三大合成材料。2.熟知加聚反应、缩聚 反应的原理，会书写加聚反应的化学方程式，会判断加聚反应的单体。 一、加聚反应 1．在一定条件下，乙烯分子中的碳碳双键断开，相互结合生成高分子化合物聚乙烯。反应 的化学方程式是 (1)含有碳碳双键(或碳碳叁键)的相对分子质量小的化合物分子，在一定条件下，互相结合 成相对分子质量大的高分子，这样的反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。 (2)单体、链节和聚合度 ①单体：能合成高分子化合物的小分子物质。 ②链节：高分子化合物中的重复结构单元。 ③聚合度：链节的重复次数。 2．写出下列物质发生加聚反应的生成物： (1)氯乙烯的加聚： ――→催化剂 ； (2)丙烯的加聚：nCH2=====CHCH3 ――→催化剂 ； (3)苯乙烯的加聚： ――→催化剂 ； (4)四氟乙烯的加聚：nCF2===== CF2 ――→催化剂 CF2—CF2 。 1.加聚反应的特点 (1)反应物特征——含有不饱和键。 (2)产物特征——高分子化合物与反应物具有相同的化学组成。 (3)反应特征——没有小分子化合物生成。 2．加聚反应方程式的书写 (1)在加聚反应中，不饱和的碳原子作为端点相互连接成长链，而饱和的碳原子作为支链。 (2)含双键的化合物发生加聚反应时类似于乙烯的加聚反应，可理解为乙烯中的氢原子被其 他原子或原子团代替后而发生加聚反应。 1．据最新报道：我国限塑 3 年，少用 240 亿个塑料袋。下列有关说法错误的是( ) A．限塑的主要意义是减少白色污染 B．塑料袋的材料主要是聚乙烯、聚氯乙烯等 C．聚乙烯、聚氯乙烯等塑料都是天然高分子材料 D．聚乙烯是由乙烯分子通过加成反应聚合而成 答案 C 解析 聚乙烯、聚氯乙烯是人工合成的高分子材料，不是天然高分子材料。 2．丁腈橡胶 具有优良的耐油、耐高温性能，合 成丁腈橡胶的原料是( ) ①CH2==CH—CH==CH2 ②CH3—C≡C—CH3 ③CH2==CH—CN ④CH3—CH==CH—CN ⑤CH3—CH==CH2 ⑥CH3—CH==CH—CH3 A．③⑥ B．②③ C．①③ D．④⑤ 答案 C 解析 丁腈橡胶的链节是 去掉两端的短线后为 将链节主链单键变双键，双键变单键，断开错误的双键 ，即可得两种单体：CH2==CH—CH===CH2 与 CH2==CH—CN。 思维启迪 由高聚物推断单体的方法 (1)凡链节的主碳链全部为单键，则判断反应类型为单烯加聚：则每隔两个碳原子断开，单 键变双键，即得单体。 由高聚物的结构可以知道其单体只存在单键结构，从上图箭头处断开得到如下单体： CH2==CHCN、CH2==CH2 和 。 (2)如果链节的主碳链中有双键，则判断反应类型为双烯加聚或混烯加聚：把链节中主链上 以双键为中心的 4 个碳原子与其他碳原子断开，这 4 个碳原子“单改双，双改单”即为相应 的单体。若链节中主链上还有其他碳原子，则规律与(1)同。 由高聚物的结构可以知道其单体存在单双键交替的结构，从上图箭头处断开得到如下单体： CH2==CH—CH==CH—CH3 和 二、缩聚反应 1．甲醛和苯酚发生反应生成的酚醛树脂，是日常生活中常用电木的主要成分。合成酚醛树 脂的化学方程式： nHCHO＋ ――→催化剂 ＋nH2O 回答下列问题： (1)与加聚反应相比较，该反应产物种类上的不同是在生成高分子化合物的同时生成小分子 化合物(水)。 (2)相对分子质量小的化合物在生成高分子化合物的同时有小分子化合物生成的反应叫缩聚 反应。 2．对苯二甲酸与乙二醇发生缩聚反应生成聚酯纤维，在相应的横线上写出其结构简式。 ＋nHO—CH2—CH2—OH 对苯二甲酸 乙二醇 ―→ ＋2nH2O 聚酯纤维(涤纶) 缩聚反应的特点 (1)反应物具有两个或两个以上的官能团(基团)。 (2)在生成高分子化合物的同时有小分子化合物生成。 (3)生成的高分子化合物与反应物的化学组成不同。 3．下面是一种线型高分子化合物的一部分： 由此 分析， 这种高 分子化 合物 的单体 至少有________种， 它们的 结构简 式分别 为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 5 解析 从本题所示的高分子化合物的长链结构中可以看出多次出现类似酯结构的 结构单元，所以这种高分子化合物是由酸与醇缩聚而成的聚酯，据长链可知结 合处为 ，则断裂处也为 ，断裂后 部分加羟基，从左到 右得出的结构依次为① ；② 其 中③和⑤结构相同，故合成此高分子化合物的单体至少有 5 种。 4．使用一次性聚苯乙烯材料带来的“白色污染”问题日趋严重，成为国际性环境问题之一， 因为这种材料难分解，处理麻烦。最近研制出的一种能代替聚苯乙烯的新材料： 它是由乳酸缩聚而成，它能在乳酸菌的作用下降解，从而消除对环境 的污染。 (1)合成两种材料的单体的结构简式分别为________、________。 (2)合成聚乳酸的单体还能生成六元环状化合物，其结构简式为________________________， 该反应的反应类型为___________________________________________________。 (3)聚乳酸可以降解生成乳酸，化学反应方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 属于________反应。 答案 (1) (2) 取代反 应(或酯化反应) (3) ＋nH2O――→乳酸菌 取代(或水解) 解析 (1)聚苯乙烯的单体为苯乙烯；聚酯类单体的推导，先去掉两端“ …… ”，再在 的一端加上—OH 成 ，在—O—上加上—H 成—OH，即可得出合成高分子化 合物的单体。合成聚乳酸的单体为 (α羟基丙酸，又叫乳酸)。 (2)由乳酸生成六元环状化合物，可知应为两分子的乳酸发生酯化反应形成环状的酯。(3) 由题意可知聚乳酸在乳酸菌的作用下降解生成乳酸，应属于水解反应。 1．下列对于有机高分子化合物的认识不正确的是 ( ) A．有机高分子化合物称为聚合物或高聚物，是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应而 制得的 B．有机高分子化合物的相对分子质量很大，但其结构并不复杂 C．对于一块高分子材料来说，n 是一个整数值，因而它的相对分子质量是确定的 D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类 答案 C 解析 有机高分子化合物分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类，合成高分子化 合物主要由加聚、缩聚两类反应制备，加聚和缩聚是聚合反应的两个类型。对于高分子化合 物来说，尽管分子量很大，没有一个准确的相对分子质量，只有一个范围，但它们的结构均 是由若干个链节所组成。 2．下列关于乙烯和聚乙烯的叙述正确的是( ) A．二者都能使溴水褪色，性质相似 B．二者互为同系物 C．二者最简式相同 D．二者相对分子质量相同 答案 C 解析 单体 CH2===CH2 与链节—CH2—CH2—的组成元素相同，二者的区别是 CH2===CH2 分子中有 C===C 键，而 CH2—CH2 分子中无 C===C 键，结构上不相似，所以性质不同，不是同系物， 故正确答案为 C。 3．下列单体在一定条件下能发生加聚反应生成 的是( ) A．CH3CH===CH2 和 CH4 B．CH3CH===CH2 和 CH2===CH2 C． D． 答案 B 解析 加聚产物的链节为 。在链节上隔两个碳原子断开碳 碳共价单键，即： ，然后将两侧的半键闭合，即得对应的 单体 CH2===CH—CH3 和 CH2===CH2。 4．聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好，不易老化、耐擦 洗、色泽亮丽等优点。聚丙烯酸酯的结构简式可表示为 ，它由丙烯酸酯加 聚得到。下列关于聚丙烯酸酯的说法不正确的是( ) A．属于高分子化合物 B．链节为—CH2—CH— C．单体为 CH2===CH—COOR 为聚合度 答案 B 解析 重复的结构单元叫链节，聚丙烯酸酯的结构单元为 5.某新型合成材料的结构简式为 可涂在手术伤口的表面，在数 秒内发生固化并起黏结作用，以代替通常的缝合，是一种性能优良的功能高分子材料。据此 完成下列各题： 1该合成材料 填“能”或“不能”使溴水褪色，如果能，其化学方程式为 ________________________________________________________________________。 2该合成材料 填“是”或“不是”高分子化合物；它固化时反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 3该合成材料 填“能”或“不能”发生水解反应；若能发生，其在碱性NaOH条 件下水解的化学方程式为______________________________________________________。 答案 1能 ＋Br2―→ 2不是 3能 ＋NaOH―→ ＋C2H5OH 解析 1该合成材料中含有双键，可与 Br2 发生加成反应，可使溴水褪色。2由于它的相对 分子质量较小，故不是高分子化合物。该材料的结构简式中含有碳碳双键，可以得出应该是 断裂碳碳双键，即发生加成聚合,反应而形成高分子化合物。3分子中含有 官能 团 ， 能 发 生 水 解 反 应 ， 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ＋ NaOH―→ ＋C2H5OH。 [基础过关] 题组一 认识有机高分子化合物 1.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。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。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。 2.下列有关高分子化合物的叙述中不正确的是  A.高分子化合物均为纯净物 B.淀粉、纤维素、天然橡胶均属于天然有机高分子化合物 C.利用加聚反应或缩聚反应均可以制得高分子化合物 D.高分子化合物的特点之一是相对分子质量很大从几万到几百万或更大 答案 A 解析 高分子化合物的聚合度 n 并不是一个定值，故高分子化合物为混合物。 3.下列对聚丙烯的描述错误的是  A.聚丙烯的分子长链是由 C—C 键连接而成的 B.聚丙烯的分子长链上有支链 C.聚丙烯每个链节主链上有 2 个碳原子 D.聚丙烯能使溴水褪色 答案 D 解析 聚丙烯是由丙烯通过加聚反应形成的高分子化合物，其链节为 聚丙 烯中不含碳碳双键，不能使溴水褪色。 题组二 高聚物单体的判断 4.今有高聚物 下列对此高聚物的分析中，正确的是  A.其单体是 CH2===CH2 和 HCOOC2H5 B.这是缩聚反应产物 C.其链节是 CH3CH2—COOC2H5 D.其单体是 CH2===CH—COOC2H5 答案 D 解析 本题考查有机高分子化合物单体的判断，把上述物质变为 ①号碳四价，说明①②之间双键可存在，而此时②号碳上的化合价超过＋4，则②③之间的 双键必须切断，依次分析，断裂之处还有④⑤之间，故正确答案为 D。 5.下列说法不正确的是  A. 的单体是 CH2===CH2 和 CH2===CHCH3 B.聚氯乙烯塑料不适合用来包装蔬菜、水果及熟食 C.透光性好的塑料制品有机玻璃 能发生水解反应 D.控制塑料购物袋的使用主要是为了节约成本 答案 D 解析 加聚产物的链节为 在链节上隔两个碳原子断开碳 碳共价单键，如： 然后将两侧的半键闭合，即得对应的 单体 CH2===CH—CH3 和 CH2===CH2，A 正确；控制塑料购物袋的使用主要是为了减少污染，D 不 正确。 题组三 聚合反应类型及其产物 6.国家游泳中心水立方的建筑采用了膜材料 ETFE，该材料为四氟乙烯CF2===CF2与乙烯的 共聚物，四氟乙烯CF2===CF2也可与六氟丙烯CF3—CF===CF2共聚成全氟乙丙烯。下列说法错 误的是  分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的连接方式 B.合成 ETFE 及合成聚全氟乙丙烯的反应均为加聚反应 C.聚全氟乙丙烯分子的结构简式可能为 CF2—CF2—CF2—CF2—CF2 D.四氟乙烯能发生加成反应 答案 C 解析 ETFE 为四氟乙烯与乙烯的共聚物，结构简式为 CH2—CH2—CF2—CF2 ，A 正确；四 氟乙烯CF2===CF2与六氟丙烯CF2===CF—CF3共聚生成的全氟乙丙烯应带有支链—CF3，B 正 确，C 错误；四氟乙烯中含有碳碳双键，能发生加成反应，D 正确。 7.有机化合物 Y 的结构简式为 HOCH2CH2CH===CHCH2COOH，下列有关 Y 的叙述中正确的是  ①可发生加成反应 ②可发生加聚反应 ③可发生缩聚反应 ④可发生取代反应 A.①② B.①②③ C.①②④ D.①②③④ 答案 D 解析 Y 分子内有 ，可发生加成反应和加聚反应。Y 分子内有—OH 和—COOH， 可发生缩聚反应和取代反应。 8.下列物质中能发生加成反应、加聚反应和自身缩聚反应的有  ===CH—COOH ===CH—CH2—OCH3 答案 B 9.下列合成高分子材料的化学方程式和反应类型均正确的是  ===CH—CN 一定条件下 CH2—CH—CN 加聚反应 B． ＋nHCHO ――→一定条件下 加聚反应 C． ――→一定条件下 加聚反应 D．nCH2===CH2＋nCH2===CH—CH3 ――→一定条件下 缩聚 反应 答案 C 解析 A、C、D 三个选项的反应都是分子结构中的 断裂形成单键，都属于加聚反 应，排除 D 选项；加聚产物的特点是其链节上只有 2 或 2 的整数倍个碳原子，排除 A 选项； 根据质量守恒定律，B 选项反应后少 2n 个氢原子和 n 个氧原子，应该有 n 个水生成，所以 该反应为缩聚反应。 10．某高聚物可表示为 下列有关叙述错 误的是( ) A．该高聚物是通过加聚反应制得的 B．合成该高聚物的单体有 3 种 C．该物质能被酸性高锰酸钾溶液氧化 D．1 mol 该物质最多可与 1 mol H2 发生加成反应 答案 D 解析 该高聚物是由 、CH3—CH===CH2、CH2===CH2 3 种单体经加 聚反应制得；该高聚物中含有碳碳双键，能被酸性高锰酸钾溶液氧化；1 mol 该物质中含有 n mol 碳碳双键，故可与 n mol H2 发生加成反应。 [能力提升] 11．含有碳碳双键结构的化合物与 CH2===CH2 一样，可在一定条件下聚合成高分子化合物。 (1)广泛用作农用薄膜的聚氯乙烯塑料，是由 CH2===CHCl 聚合成的，其化学方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)电器包装中大量使用的泡沫塑料的主要成分是聚苯乙烯 试回答下列问题： ①聚苯乙烯__________(填“能”或“不能”)使溴水褪色，聚苯乙烯的重复出现的结构单元 是________________，它是由__________________(写结构简式)聚合而成的。 ②实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量是 52 000(平均值)，则该高聚物的结构单元重复出 现的次数 n＝________。 (3)合成有机玻璃的化学方程式如下： 该 反 应 的 类 型 为 ________ 反 应 ， 其 中 单 体 是 ________ ， 高 分 子 化 合 物 的 链 节 为 ____________________，有机玻璃属________(填“纯净物”或“混合物”)。 (4)维通橡胶是一种耐腐蚀、耐油、耐高温、耐寒性能特别好的氟橡胶。它的结构简式为 则合成它的有机物结构简式为____________________；人 造羊毛分子里存在如下结构的有机物： 则合成它的有机物结构简式为________________、______________、____________(可不填 满，也可补充)。 (5)聚丙烯腈纤维商品名叫腈纶，性质极像羊毛，故被称为“人造羊毛”。以乙炔为原料， 其合成过程的化学方程式如下： CH≡CH＋HCN ――→CuCl2/NH4Cl 80～90 ℃ CH2===CHCN 乙炔 氢氰酸 丙烯腈 ①制备丙烯腈的反应类型是________。 ②由丙烯腈制人造羊毛的化学方程式为___________________________________ ________________________________________________________________________。 答 案 (1)nCH2===CH—Cl ――→催化剂 (2)① 不 能 ②500 (3)加聚 混合物 (4)CH2===CF2、CF2===CF—CF3 CH2===CH—CN CH2===CH—COOCH3 (5)①加成反应 ②nCH2===CH—CN――→催化剂 解析 (1)断开碳碳双键中的一个键，每个碳原子伸出一短线，加上 [ ] 并在其右下角写 上 n，即为加聚产物的结构简式。 (2)①聚苯乙烯是由苯乙烯通过加聚反应生成的，而聚苯乙烯分子中不含有碳碳双键等不饱 和键，不能使溴水褪色。②聚苯乙烯结构单元的相对分子质量为 104，故 n＝52 000 104 ＝500。 (3)碳碳双键断开一个键，分子间彼此加成相互结合成高聚物，是加聚反应；该高分子化合 物的链节是 ，n 值为聚合度；所得高聚物因 n 值不确定，所以为混合物。 (4)结构单元上没有碳碳双键，则每两个碳为一段，去掉碳原子两端短线，单键变双键即得 到合成该高分子化合物的小分子。 (5)①反应属于加成反应。②反应属于加聚反应，丙烯腈与聚丙烯腈在组成上一致。 12．有机物 A、B、C、D、E、F、G 的转换关系如下图所示： 已知 1 mol A 和 1 mol HCl 加成可得到 B；1 mol A 和 1 mol H2 加成可得到 C，C 常用来做 水果催熟剂。据此回答下列问题： (1)A 的结构简式为________________，C 的结构简式为________。 (2)以 B 为原料经过加聚反应所得的合成树脂的结构简式为______________。 (3)写出 D 和 F 生成 G 的化学方程式：______________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)C 在催化剂和加热的条件下跟 O2 发生反应也能制得 F，该反应的化学方程式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)CH≡CH CH2===CH2 (2) (3)CH3CH2OH＋CH3COOH 浓 H2SO4 △ CH3COOCH2CH3＋H2O (4)CH2===CH2＋O2 ――→催化剂 △ CH3COOH 解析 C 常用来作水果的催熟剂，说明 C 为 CH2===CH2,1 mol A 和 1 mol H2 加成可得到乙烯， 说明 A 为 CH≡CH，由图中转化关系可知 B 为 CH2===CHCl，D 为 CH3CH2OH，E 为 CH3CHO，F 为 CH3COOH，G 为 CH3COOCH2CH3。(2)CH2===CHCl 通过加聚反应得到聚氯乙烯，反应方程式为 nCH2===CHCl――→引发剂 (3)乙酸和乙醇在催化剂和加热条件下反应生成乙 酸乙酯。(4)CH2===CH2 与 O2 在催化剂和加热条件下反应生成乙酸。 13．某人以淀粉为原料，设计了如下实验方案： 已知 A 是能催熟水果的气体催熟剂，B 是高分子化合物，D 是具有水果香味的有机物。请回 答下列问题： (1)A 的电子式为________，C 中含有的官能团的名称为________。 (2)A→B 的反应类型是________；C→D 的反应类型是________。 (3)写出下列反应的化学方程式。 C→D：_____________________________________________________________________； 淀粉→C6H12O6：__________________________________________________________； C6H12O6→CH3CH2OH：__________________________________________________。 (4)工业上可以用下列方法制取酒精：①重油裂解得到乙烯，乙烯与水加成得到酒精；②淀 粉水解得到葡萄糖，葡萄糖发酵得到酒精。下列说法正确的是________(填字母)。 A．从绿色化学的角度看，方法①的原子利用率达到 100% B．从原料的可再生性来说，方法②更好 C．方法②的产物乙醇储藏的化学能来自太阳能 答案 (1) 羧基 (2)加聚反应 酯化反应(或取代反应) (3)CH3COOH＋CH3CH2OH 浓硫酸 △ CH3COOCH2CH3 ＋H2O (C6H10O5)n(淀粉)＋nH2O ――→催化剂nC6H12O6 C6H12O6 ――→酒化酶2CH3CH2OH＋2CO2↑ (4)BC 解析 淀粉水解的最终产物是葡萄糖，葡萄糖发酵生成乙醇，乙醇经催化氧化生成乙醛，乙 醛再被氧化生成乙酸，乙酸和乙醇发生酯化反应生成乙酸乙酯。A 是能催熟水果的气体催熟 剂，则 A 是乙烯，乙烯发生加聚反应生成聚乙烯。乙烯是石油深度加工的产物，石油是不可 再生的化石燃料；用淀粉制取酒精，原料可以再生，有广阔的发展前景。淀粉为植物光合作 用的产物，而乙醇由淀粉制得，所以乙醇储藏的化学能来自太阳能。