题目
指出下列单体聚合反应热(-Delta H)的大小顺序:乙烯、丙烯、异丁烯、苯乙烯、alpha-甲基苯乙烯、氯乙烯、四氟乙烯,并解释原因。
指出下列单体聚合反应热($-\Delta H$)的大小顺序:乙烯、丙烯、异丁烯、苯乙烯、$\alpha$-甲基苯乙烯、氯乙烯、四氟乙烯,并解释原因。
题目解答
答案
根据单体结构分析:
1. 四氟乙烯(F₂C=CF₂)中氟原子的强吸电子效应使双键最不稳定,聚合热最高。
2. 氯乙烯(Cl-CH=CH₂)中氯原子的吸电子效应使双键较不稳定,聚合热次高。
3. 乙烯(CH₂=CH₂)无取代基,聚合热较高。
4. 丙烯(CH₃-CH=CH₂)中甲基的+I效应使双键略稳定,聚合热降低。
5. 异丁烯(CH₃-C(CH₃)=CH₂)中两个甲基的+I效应使双键更稳定,聚合热更低。
6. 苯乙烯(C₆H₅-CH=CH₂)中苯环共轭使双键非常稳定,聚合热低。
7. α-甲基苯乙烯(C₆H₅-C(CH₃)=CH₂)中苯环共轭 + 甲基+I效应使双键最稳定,聚合热最低。
综上,聚合热顺序为:
四氟乙烯 > 氯乙烯 > 乙烯 > 丙烯 > 异丁烯 > 苯乙烯 > α-甲基苯乙烯。
解析
本题考查的知识点是不同单体聚合反应热大小顺序的判断,解题思路是根据单体结构中取代基的电子效应和共轭效应来分析双键的稳定性,进而确定聚合反应热的大小。聚合反应热($-\Delta H$)与单体双键的稳定性有关,双键越不稳定,聚合时释放的能量就越多,聚合反应热就越大。
下面我们来详细分析每个单体:
- 四氟乙烯($F_2C=CF_2$):
氟原子是强吸电子基,具有很强的吸电子诱导效应($-I$效应)。这种强吸电子效应会使双键上的电子云密度降低,从而使双键变得非常不稳定。在聚合过程中,双键打开形成聚合物时会释放出大量的能量,所以四氟乙烯的聚合热最高。 - 氯乙烯($Cl - CH=CH_2$):
氯原子具有吸电子诱导效应($-I$效应),它会使双键上的电子云密度有所降低,导致双键的稳定性下降。但氯原子的吸电子能力比氟原子弱,所以氯乙烯双键的不稳定性不如四氟乙烯,其聚合热次高。 - 乙烯($CH_2=CH_2$):
乙烯分子中没有取代基,不存在取代基的电子效应影响。其双键的稳定性处于一个相对基础的水平,聚合时会释放出一定的能量,聚合热较高。 - 丙烯($CH_3 - CH=CH_2$):
甲基具有供电子诱导效应($+I$效应),它会使双键上的电子云密度增加,从而使双键的稳定性略有提高。与乙烯相比,丙烯双键更稳定,所以聚合时释放的能量相对较少,聚合热降低。 - 异丁烯($CH_3 - C(CH_3)=CH_2$):
异丁烯分子中有两个甲基,两个甲基的供电子诱导效应($+I$效应)更强,会使双键上的电子云密度进一步增加,双键的稳定性比丙烯更高。因此,异丁烯聚合时释放的能量更少,聚合热更低。 - 苯乙烯($C_6H_5 - CH=CH_2$):
苯环具有共轭效应,苯环与双键形成了大$\pi$键,使电子云能够在整个共轭体系中离域。这种共轭效应大大提高了双键的稳定性,使得苯乙烯在聚合时释放的能量较少,聚合热低。 - $\alpha$-甲基苯乙烯($C_6H_5 - C(CH_3)=CH_2$):
$\alpha$-甲基苯乙烯分子中既有苯环的共轭效应,又有甲基的供电子诱导效应($+I$效应)。这两种效应共同作用,使双键的稳定性达到了这几种单体中的最高水平。所以,$\alpha$-甲基苯乙烯在聚合时释放的能量最少,聚合热最低。