# 合成聚合物

> 化学 · 爱德思IGCSE（4CH1）
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-synthetic-polymers/

本指南涵盖爱德思IGCSE化学（4CH1）所有核心内容和仅高阶要求的合成聚合物相关知识点，包括重复单元绘制、单体推导、处理相关问题以及高阶要求的聚酯形成内容。

**先修:** [烯烃的结构与性质](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-alkenes/); [羧酸、醇类与酯的生成](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-carboxylic-acids-alcohols/)

## 学习目标

- 定义加聚物并识别其烯烃单体单元
- 绘制聚乙烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)和聚(四氟乙烯)的重复单元
- 从加聚物的重复单元推导单体结构，反之亦然
- 解释与加聚物处理相关的环境问题
- （仅高阶内容）描述由二元羧酸和二醇形成聚酯的缩聚反应
- （仅高阶内容）根据给定的单体分子式绘制聚酯的重复单元
- （仅高阶内容）识记生物聚酯是可生物降解的

## 加聚反应入门

**加聚物** — 大量小分子烯烃单体断开自身C=C双键后相互结合形成的长链分子，反应过程中不产生小分子副产物。

所有加聚物的单体都含有碳碳双键。聚合反应发生时，双键断裂，每个碳原子与相邻单体的一个碳原子形成新的单键，构成连续的长链。

**例题:** 已知乙烯单体的结构为$CH_2=CH_2$，绘制聚乙烯的重复单元。

1. 1. 断开乙烯单体中的C=C双键，在每个碳原子上形成两个单键，得到$-CH_2-CH_2-$
2. 2. 将该单元放入方括号中，绘制从方括号两侧穿出的单键，以表示与相邻重复单元的连接
3. 3. 在闭合方括号外侧添加下标$n$，表示该单元会重复多次
4. $$[-CH_2-CH_2-]_n$$

> **考试提示:** 如果你绘制的化学键在方括号边缘就终止、没有穿出方括号，将会被扣分，因为这种画法错误地表示该单元与相邻单元没有连接。

## 单体与重复单元的相互推导

考试中会要求你完成加聚物重复单元和单体之间的相互转换。规则很简单：重复单元中的原子数量与单体中的原子数量完全相等，仅双键转化为用于连接的单键。

**例题:** 聚丙烯的重复单元为$[-CH_2-CH(CH_3)-]_n$，推导丙烯单体的结构式。

1. 1. 移除方括号、下标$n$以及从重复单元向外延伸的化学键
2. 2. 在构成重复单元主链的两个碳原子之间重新形成C=C双键
3. 3. 最终的单体结构为$CH_2=CHCH_3$，其中甲基连接在双键的其中一个碳原子上

**概念自测**

1. What is the correct repeat unit of poly(tetrafluoroethene), given its monomer is $CF_2=CF_2$?

   - $[-CF=CF-]_n$
   - $[-CF_2-CF_2-]_n$
   - $[-CF_3-CF_3-]_n$

   *答案:* $[-CF_2-CF_2-]_n$

   *解析:* Addition polymerisation breaks the C=C double bond completely, so no double bonds remain in the repeat unit, and no extra fluorine atoms are added.

## 加聚物的处理相关问题

加聚物性质惰性（不易反应），因为它们的碳主链由牢固的C-C单键构成，无法被环境中的微生物分解。这意味着它们不可生物降解，会在垃圾填埋场中留存数百年。

燃烧加聚聚合物以减少垃圾填埋场体积的过程中会释放有毒气体。例如，聚(氯乙烯)（PVC）含有氯原子，因此燃烧它会释放氯化氢（HCl）气体，该气体会对呼吸系统造成损害，还会促成酸雨的形成。

**例题:** 说明并解释聚(氯乙烯)（PVC）不当处置引发的两个环境问题。

1. 1. 第一个问题：PVC不可生物降解。其牢固的C-C主链无法被微生物分解，因此会在垃圾填埋场中留存数百年，占用空间并随时间释放污染物。
2. 2. 第二个问题：燃烧PVC会释放有毒的氯化氢（HCl）气体。HCl具有腐蚀性，被吸入后会损害呼吸系统，还会与大气中的水反应形成酸雨。

> **考试提示:** 当题目问到PVC（聚氯乙烯）燃烧的相关问题时，一定要明确指出有毒气体是氯化氢（HCl），这样你才能拿到满分，而不是仅笼统说“有毒气体”只能拿到部分分数。

## 缩聚反应（仅高阶大纲要求）

**缩聚反应（聚酯生成）** — 二元羧酸（含两个-COOH基团）与二元醇（含两个-OH基团）发生的反应，生成长聚酯链并以水作为副产物。

在聚酯生成过程中，二元羧酸的每个羧基上脱去一个-OH基团，二元醇的每个醇羟基上脱去一个-H原子。这些基团结合形成水分子，而单体的剩余部分通过酯键连接形成聚合物链。

**例题:** 画出由乙二酸（$HOOC-COOH$）和乙二醇（$HOCH_2CH_2OH$）生成的聚酯的重复单元。

1. 1. 从乙二酸的两端脱去-OH，从乙二醇的两端脱去-H：每生成一个重复单元会形成2个水分子
2. 2. 将酸剩余的羰基碳与醇剩余的氧原子连接，在该单元的两端形成酯键
3. 3. 将组合得到的单元放入括号中，两侧的键延伸出括号外，添加上下标$n$
4. $$[-OCH_2CH_2OCOCO-]_n$$

部分被称为生物聚酯的聚酯是可生物降解的，即它们可以被环境中的微生物分解，减少塑料废弃物的累积。

## 常见错误

- **错误做法:** Leaving a C=C double bond in the addition polymer repeat unit
  - 原因: Addition polymerisation breaks the double bond of the monomer completely to form single bonds linking adjacent units, so no double bonds remain in the polymer backbone
  - 正确做法: Replace the double bond in the monomer with single bonds extending out from both carbons for the repeat unit
- **错误做法:** Drawing bonds that end at the edge of the repeat unit brackets instead of extending through them
  - 原因: This is a common marking point loss, as it incorrectly indicates no link to adjacent repeat units in the polymer chain
  - 正确做法: Draw single bonds through both sides of the square bracket surrounding the repeat unit, before adding the $n$ subscript
- **错误做法:** Forgetting that condensation polymerisation produces small byproducts (water)
  - 原因: The presence of a byproduct is the key defining difference between addition and condensation polymerisation, a frequently tested exam question
  - 正确做法: State that condensation polymerisation produces both the polymer and small byproducts (e.g. water) when comparing the two processes
- **错误做法:** Naming carbon dioxide as the main toxic gas released when burning PVC
  - 原因: While CO2 is produced, the specific toxic gas expected for chlorinated polymers like PVC is hydrogen chloride, which carries the marks for this question
  - 正确做法: Name hydrogen chloride (HCl) as the toxic gas released when poly(chloroethene) is burned
- **错误做法:** Including extra H and OH atoms in polyester repeat units that are lost as water
  - 原因: The -OH from the diacid and -H from the diol are removed to form water, so they are not part of the final polymer backbone
  - 正确做法: Remove the relevant H and OH groups before joining the monomers via ester linkages to form the polyester repeat unit

## 速查表

| Polymer Type | Monomer Type | Repeat Unit Rule | Byproduct | Disposal Notes |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Addition Polymer | Alkene with C=C double bond | Break C=C, extend bonds out, bracket + $n$ | None | Non-biodegradable, may release toxic gases if burned |
| Polyester (Condensation, Higher only) | Dicarboxylic acid + diol | Form ester linkages, remove H2O, bracket + $n$ | Water | Biopolyesters are biodegradable |

## 下一步

Now that you have mastered synthetic polymers for Edexcel IGCSE Chemistry, you are ready to consolidate your organic chemistry knowledge and practice exam-style questions. Polymers are frequently tested alongside other functional groups, so make sure you are confident linking alkene, carboxylic acid and alcohol chemistry to polymer formation for high-mark extended response questions. For higher-tier candidates, practice converting between diacid/diol monomers and polyester repeat units to pick up easy marks in Paper 2C. You should also practice past paper questions on polymer disposal, as these 3-4 mark explanation questions are common and easy to score full marks on if you learn the key points.

- [Alkenes Revision Guide](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-alkenes/)

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-synthetic-polymers/