# 加聚聚合物

> 化学 · CIE A-Level
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u24-addition-polymers/

本子主题涵盖加聚聚合物的形成、结构、重复单元绘制、单体识别和常见用途，是CIE A-Level化学试卷中经常考核的核心有机化学主题。

**先修:** [烯烃结构与加成反应](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u14-alkenes/)

## 学习目标

- 描述烯烃单体形成加聚聚合物的过程
- 根据给定单体画出加聚聚合物的重复单元
- 从加聚聚合物的重复单元识别出原单体
- 记住主要工业加聚聚合物的常见用途

## 1. 什么是加聚反应？

**加聚反应** — 许多小分子烯烃单体相互加成形成大聚合物链，不产生小分子副产物的反应。

*例:* 乙烯单体连接形成聚乙烯

与缩聚反应不同，加聚反应只要求单体至少含有一个碳碳双键。原单体的所有原子都保留在最终聚合物中，不会消除水或氯化氢等小分子。

**例题:** 展示丙烯单体形成聚丙烯的过程，并写出其重复单元。

1. 1. 先写出丙烯单体的结构：
2. $$CH_2=CH(CH_3)$$
3. 2. 断裂碳碳双键，在每个碳上形成开放成键位点：
4. $$\bullet CH_2-CH(CH_3) \bullet$$
5. 3. 将活化单元反复连接，形成长聚合物链：
6. $$...-CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH(CH_3)-...$$
7. 4. 画出考试要求的简化重复单元：
8. $$\ce{-[CH2-CH(CH3)]_n-}$$

> **考试提示:** 务必在重复单元的括号外画出延伸键，以显示它与相邻单元连接。阅卷官经常会给缺少外侧键的答案扣分。

## 2. 从单体绘制重复单元

对于通式为$CH_2=CHR$的任何烯烃单体，其中R是任意取代基（烷基、芳基、卤素等），重复单元遵循一致的规律：双键断裂，R保留在原碳上，双键的两个碳构成重复单元的主链。

> **记忆口诀**
>
> 双键断，R不变，两端连！

**例题:** 从单体$CH_2=CHCl$画出聚氯乙烯（PVC）的重复单元。

1. 1. 找到单体中的碳碳双键，确认氯取代基连接在双键的一个碳上。
2. 2. 断裂双键，在主链两个碳上形成两个开放单键。
3. 3. 氯取代基保留在原碳上，将两个碳的主链放入括号，添加延伸键和n下标。
4. 最终正确的重复单元：
5. $$\ce{-[CH2-CH(Cl)]_n-}$$

**概念自测**

测试你的理解：

1. 由单体$CH_2=CH(C_6H_5)$形成的聚苯乙烯，正确的重复单元是哪一个？

   - A: $\ce{-[CH2-CH(C6H5)]_n-}$
   - B: $\ce{-[CH(C6H5)-CH(C6H5)]_n-}$
   - C: $\ce{-[CH2-CH2-C6H5]_n-}$

   *解析:* 正确！苯基保留在双键的原碳上。

## 3. 从重复单元识别单体

考试中常见的问题要求你从给定的重复单元反向推导原烯烃单体。过程就是聚合的逆过程：在相邻重复单元的连接键之间断开聚合物主链，然后在主链的两个碳之间重新形成双键。

**例题:** 识别重复单元为$\ce{-[CH2-C(CH3)2]_n-}$的加聚聚合物的单体。

1. 1. 在连接相邻重复单元的碳原子之间断开主链，得到片段$CH_2-C(CH_3)_2$。
2. 2. 在这两个碳之间重新形成双键，这就是单体中原有的双键。
3. 3. 最终单体为：
4. $$CH_2=C(CH_3)_2 (2-甲基丙烯)$$

> **考试提示:** 对于加聚聚合物，单体的分子式与重复单元的分子式完全相同。如果你不确定答案，可以用这个规律验证。

## 4. 常见加聚聚合物及其用途

CIE考试经常考核常见工业加聚聚合物的名称、单体和常见用途，如下表所示：

| 聚合物名称 | 单体名称 | 常见用途 |
| --- | --- | --- |
| 聚乙烯（PE） | 乙烯 | 塑料袋、食品包装 |
| 聚丙烯（PP） | 丙烯 | 绳索、塑料箱、合成纤维 |
| 聚氯乙烯（PVC） | 氯乙烯（乙烯基氯） | 管道、窗框、电绝缘材料 |
| 聚苯乙烯（PS） | 苯乙烯（苯基乙烯） | 包装泡沫、一次性容器 |
| 聚四氟乙烯（PTFE） | 四氟乙烯 | 不粘涂层、低摩擦轴承 |

## 常见错误

- **错误做法:** 绘制重复单元时，没有在括号外画出延伸键
  - 原因: 阅卷官要求画出延伸键以显示重复单元与链其余部分连接，缺少延伸键会被扣分
  - 正确做法: 始终在括号的两侧各画出一条向外延伸的单键，并添加n下标
- **错误做法:** 绘制重复单元时移动取代基R，例如将聚丙烯写为$\ce{-[CH2-CH2-CH2]_n-}$
  - 原因: 混淆了加聚物主链结构和直链烷烃，忘记R应保留在原双键碳上
  - 正确做法: 断裂双键后，所有取代基都保留在相对于两个双键碳的原有位置
- **错误做法:** 认为加聚反应会生成水等小分子副产物
  - 原因: 混淆了加聚反应和缩聚反应，这是考试中常见的陷阱题
  - 正确做法: 加聚反应不产生任何副产物；单体的所有原子都进入聚合物链
- **错误做法:** 从两个碳的重复单元识别出含多个双键的单体
  - 原因: 错误地在超过两个碳的位置断开聚合物主链
  - 正确做法: 对于单烯烃单体形成的加聚聚合物，每两个碳断开一次主链，然后在这两个碳之间重新形成双键
- **错误做法:** 将PTFE的单体写为$CH_2=CF_2$
  - 原因: 记错了这种常见加聚聚合物的结构
  - 正确做法: PTFE由四氟乙烯$CF_2=CF_2$制得，双键上四个位置都被氟取代

## 速查表

| 任务 | 分步规则 |
| --- | --- |
| 从单体绘制重复单元 | 1. 找到单体中的C=C 2. 将双键断为单键 3. 两端各加延伸键 4. 放入括号，添加n |
| 从重复单元找单体 | 1. 在相邻单元之间断开链 2. 在两个主链碳之间重新形成C=C 3. 得到的就是单体 |
| 核心要点 | 无副产物生成，所有单体都有C=C，单体分子式 = 重复单元分子式 |
| 常见聚合物 | PE: 乙烯 → 聚乙烯，PVC: 氯乙烯 → PVC，PTFE: CF₂=CF₂ → PTFE |

## 下一步

加聚聚合物是CIE A-Level聚合物单元的基础聚合物类型，绘制重复单元和识别单体的核心技能是所有后续聚合物主题的基础。大多数CIE试卷至少有一道题考核这些技能，所以掌握本主题可以保证你在考试中轻松拿到分数。这些知识也为你比较加聚聚合物和缩聚聚合物（第二大类聚合物）做好准备，也为回答聚合物性质、生物降解性和处理方式的问题做好准备，这些内容经常在扩展回答题中考核。

- [缩聚聚合物](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u24-condensation-polymers/)
- [氨基酸、蛋白质与DNA](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u25-overview/)
- [氨基酸](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u25-amino-acids/)

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