高分子化合物的合成教案和学案内容

课题3

高分子化合物与材料

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1.能举例说明合成高分子的组成与结构特点，能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体。2.知道加聚反应和缩聚反应的特点。3.了解塑料制品的加工和处理方法，了解高分子材料老化的原因和保护措施。

一、高分子化合物的合成

1．高分子化合物

(1)分类

高分子化合物可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。

(2)概念

①高分子化合物是指相对分子质量很大的有机化合物(相对分子质量一般在一万以上)，简称为高分子。

②合成高分子化合物是由小分子通过聚合反应制得的，所以也称为聚合物或高聚物。

(3)结构(以聚氯乙烯为例) 概念

单体

链节

聚合度

2.加聚反应和缩聚反应

(1)加成聚合反应

①加聚反应：在一定条件下，乙烯可以发生自身加成反应而形成高分子化合物，这一类反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。例如：

含义

形成高分子化合物的低分子化合物

高分子化合物中化学组成相同，可重复的最小单位

高分子链中含有链节的数目

n

CH2===CHCl

②加聚反应获得的常见高分子化合物

聚合物

聚乙烯(LDPE或HDPE) 结构简式

CH2—CH2

聚丙烯(PP)

聚苯乙烯(PS)

(2)缩合聚合反应

单体分子之间反应生成高分子化合物，同时产生小分子副产物的反应，简称缩聚反应。如：

[议一议]

1．属于有机高分子化合物吗？

答案

不是，它的相对分子质量为890，比高分子化合物的相对分子质量小得多，也不符合有机高分子化合物的结构特征。

2．有机高分子化合物为什么是混合物？

答案

对单个高分子来说，相对分子质量是确定的，但对一块高分子材料来说，它是由许多相对分子质量不等的高分子聚集起来的，实验测得的高分子的相对分子质量是平均值。

3．缩聚反应的产物一定是高分子吗？

答案

不是。缩聚反应的产物中有高分子化合物，也有小分子的副产物。

二、有机高分子材料

1．塑料制品的结构和性能

(1)线型高分子：分子呈长链状，可溶于有机溶剂，受热软化、熔融，有热塑性。

(2)体型高分子：高分子链之间通过化学键产生交联，形成立体网状结构。不易溶于有机溶剂，受热不熔化，有热固性。

2．性能优越的合成材料

(1)塑料的改性

常用的方法有填充改性、共混改性、共聚改性。

(2)功能高分子材料

高分子材料发展的主要趋势是高性能化、功能化、复合化、精细化和智能化。

(3)复合材料

①组成：复合材料由基体和增强体构成。

②性能：具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性好等优良性能。

3．环境中的高分子材料

(1)高分子材料的老化及其保护

①概念：高分子材料在使用过程中，由于环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变差的现象。

②高分子材料的保护

a．加入光稳定剂、抗氧剂和阻燃剂等精细化学品改善其性能。

b．避免接触能与其发生反应或催化这种反应的化学试剂和能使它们溶解的有机溶剂。

(2)环境降解高分子材料的开发

①降解是指化学和物理因素引起聚合物分子链断裂的过程。

②降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种过程。环境可降解材料的开发以生物降解材料为主。

(3)废旧高分子材料的回收利用

①通过再生和改性利用，重新做成多种有用的材料和制品。

②采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料。

③将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能。

[议一议]

1．热塑性塑料和热固性塑料有何异同？

答案

(1)热塑性

以热塑性树脂为基本成分，受热软化，可以反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，一般为线型结构，如图(a)，或支链型结构，如图(b)。

(2)热固性

以热固性树脂为基本成分，加工成型以后变为不熔状态，如酚醛、脲醛树脂等，一般为体型结构，如图。

2．功能高分子材料的特定功能主要通过哪些途径获得？

答案

(1)由含有某种特定功能官能团的单体直接聚合；

(2)通过化学反应在高分子主链和侧链上引入某些具有特定功能的基团；

(3)通过合理的加工成型实现材料的功能化。

3．引起高分子材料老化的原因有哪些？

答案

(1)外因：外力、热、光的作用，接触空气、水、微生物和化学试剂等。

(2)内因：高分子链之间发生交联而变硬、变脆、丧失弹性；高分子链发生断裂、相对分子质量降低而变软、发黏等。

一、高聚物单体的确定方法

1．确定聚合物的类型

聚合物可以通过加聚反应或缩聚反应得到。要推断一种聚合物的单体，必须首先根据聚合物链节主链的特点确定这种聚合物是加聚产物还是缩聚产物。

2．确定聚合物的单体

根据聚合物的类型以及链节的特点，聚合物的单体推断方法如下：

链节特点

全是C—C或有C—C推断方法

取出链节，单键改为双键，双键改为单键，断开错误的加聚产物的单体推断

和

键

将高聚物的链节两端相连成有C—C和C—O 环，然后形成含“—COO—”(酯基)或“—CO—NH—”(肽缩聚产物的单体推断

键) 含有—C6H4(OH)—CH2—

例1

现有高分子化合物A和B的结构如下：

A的结构简式为

的C—N断开；氧、氮原子都连氢

一般为醛类和酚类的缩聚产物，苯环补氢，另一部分的碳上加氧

连羟基，即为单体

酯基中的C—O断开，肽键中

B的部分结构为

(1)合成A的单体的结构简式为

，合成A的反应类型是

。

(2)合成B的单体最少有

种，合成B的反应类型是

。

答案

(2)3

加聚反应

解析

(1)分析A的链节主链特点知，依据生成肽键原理，由两种单体通过缩聚反应合成A。

(2)以主链上每两个碳原子为一单元断开碳碳单键，并将两个碳原子之间的单键改成双键，可得3种单体：

CH2===CH2、、。

变式训练1

某高聚物的结构片断如下：

下列分析正确的是(

) A．它是缩聚反应的产物

B．其单体是CH2===CH2和

C．其链节是

D．其单体是答案

D

解析

由单体合成高分子时，若单体由加聚反应形成高分子，单体与高分子的链节组成相同；若单体由缩聚反应形成高分子，因缩去了小分子，单体与高分子链节的组成就不相同了。本

题中单体和高分子链节的组成相同，所以可以断定这种高分子化合物是由同种单体加聚而成的。主链是碳链的高分子的链节和单体，首先要从主链的结构特点去分析。若主链内只有C—C，每两个碳原子为一链节，取这个片断，将C—C变为C===C，就找到合成这种高分子的单体。若主链内有C===C，则以C===C为中心取四个碳原子为一个片断，变C===C为C—C，把原来与C===C相邻的单键变为双键，即找到单体。本题属于第一种情况，主碳链只有C—C。

二、加聚反应和缩聚反应的对比

单体

结构

反应

机理

聚合

方式

反应

特点

聚合

物化

学组

成

例2

下列工业生产过程中，属于应用缩聚反应制取高聚物的是(

) A．单体CH2===CH2制高聚物CH2—CH2

加聚反应

单体必须是含有双键等不饱和键的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等) 缩聚反应

单体为含有两个或两个以上官能团的(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)化合物

反应发生在不同的官能团之间

反应发生在不饱和键上

通过碳碳双键上的加成连接

通过缩合脱去小分子而连接

生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成(如H2O、NH3、HCl) 所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同，其相对分子质量Mr＜Mr(单体)×n(聚合度) 只生成高聚物，没有副产物生成

所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成相同，其相对分子质量Mr＝Mr(单体)×n(聚合度)

答案

D 解析

选项A、B、C中的物质都是通过所给单体的加聚反应制得的，只有D是—COOH和—OH通过缩合脱去H2O而成的。往往受缩聚反应的链节部分相对于加聚而言要复杂些的影响，而错误地认为B选项的高聚物结构也很复杂，错选B。

变式训练2

下列有机物在一定条件下自身分子间能发生缩聚反应，而在适宜条件下分子内又能形成稳定环状结构的是(

)

答案

D 解析

A项，苯酚自身分子间不能发生缩聚反应；B项，能发生加聚反应；C项，能发生缩聚反应，但分子内成环不大容易，即使成环，也是三元环，很不稳定；D项，含有—COOH和—OH，能发生缩聚反应，且自身分子内脱水可形成稳定的六元环状化合物。

三、线型结构、体型结构高分子材料比较

举例

线型结构

合成纤维、塑料(如聚乙烯) 以共价键结合成高分子链，链与链之间以分子间作用力结合

可溶，但溶解速度比小分子化合物慢，最后形成高分子溶液

体型结构

酚醛树脂(电木)塑料

以共价键结合成高分子链，链与链之间以共价键产生交联而成网状结构

不易溶解，长期浸泡在溶剂中只能发生溶胀

具有热固性，加热成型后受热不能熔化

较大

结构特点

性

质

特

点

溶解性

热塑性、

具有良好的热塑性，受热转化成热固性

强度

液体，冷却后又变成固体

电绝缘性

一般不易导电，通常是电绝缘材料

例3

现有两种高聚物A、B，A能溶于氯仿等有机溶剂，并加热到一定温度下熔融成黏稠状的液体，B不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中不正确的是(

) A．高聚物A可能具有弹性，而高聚物B一定没有弹性

B．高聚物A一定是线型高分子材料

C．高聚物A一定是体型高分子材料

D．高聚物B一定是体型高分子材料

答案

C 解析

高聚物若溶于有机溶剂，则为线型结构，若不溶于任何有机溶剂，加热时也不会熔化，则为体型结构，则推知A为线型结构，B为体型结构。

变式训练3

下列原料或制成的产品中，若出现破损不可以进行热修补的是(

) A．聚氯乙烯凉鞋

B．电木插座

C．自行车内胎

D．聚乙烯塑料膜

答案

B 解析

电木的主要成分是酚醛树脂，是体型高分子材料，具有热固性。

1．CCTV《科技博览》报道，2004年3月中科院首创用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳。下列相关说法中合理的是(

) A．聚二氧化碳塑料是通过加聚反应制得的

B．聚二氧化碳塑料与干冰互为同分异构体

C．聚二氧化碳塑料与干冰都是纯净物

D．聚二氧化碳塑料的使用会产生白色污染

答案

A 解析

本题运用推理法。从结构上分析，显然在由CO2到聚二氧化碳的过程中，二氧化碳分子内的一条碳氧双键打开，通过加聚反应而形成；B、C明显错误；聚二氧化碳有类似于酯类的结构，可以降解，D错误。

2．下列对于有机高分子化合物的认识中不正确的是(

) 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，但化学组成并不复杂

C．对于一块高分子材料，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

聚合度n值是不确定的，因而相对分子质量不确定。

3．下列塑料的合成，所发生的化学反应不同于另外三种的是(

) A．聚乙烯塑料

B．聚氯乙烯塑料

C．聚苯乙烯塑料

D．酚醛塑料

答案

D 解析

聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚苯乙烯塑料的合成均为加聚反应，而酚醛塑料的合成属于缩聚反应。

4．下列说法中正确的是(

) A．合成纤维和人造纤维统称为化学纤维

B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是热固性塑料

C．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦羽毛的气味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末

D．对于某些合成材料和塑料制品废弃物的处理可以倾倒到海洋中

答案

A 解析

B项，聚氯乙烯为热塑性塑料；C项，锦纶丝燃烧时无烧焦羽毛的气味，且灰烬不能压成粉末；D项，某些合成材料和塑料废弃物应分类回收处理，否则会导致白色污染。

5．写出形成下列高分子化合物的化学方程式：

(1)CH2===CH—CN发生加聚反应：

；

(2)CH2===CH2发生加聚反应：

；

；

(4)乙二酸与乙二醇发生缩聚反应：

。

答案

(2)nCH2===CH2――→CH2—CH2

催化剂