化石燃料和碳化合物 / 子課題
加成聚合物
Addition Polymers
單體、聚合物、重複單位的定義及五種常見加成聚合物的性質和用途
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 加成聚合的基本概念
考評提示：單體→聚合物結構推斷；重複單位書寫格式
- 定義：單體(monomer)為含C=C的小分子；聚合物(polymer)為由大量單體經化學反應連結成的長鏈大分子；重複單位(repeat unit)為聚合物中不斷重複的最小結構片段。
- 加成聚合(addition polymerisation)：烯烴單體的C=C斷開並相連，過程中無其他分子釋出。通式n CH₂=CHX → —[CH₂—CHX]ₙ—。重複單位的書寫須用方括號及下標n。
2. 五種常見加成聚合物
考評提示：PE/PP/PVC/PS/PMMA的單體結構、性質和用途配對
- 聚乙烯(PE)：單體 CH₂=CH₂；重複單位 —[CH₂—CH₂]ₙ—；軟韌柔、用於膠袋、保鮮紙。聚丙烯(PP)：單體 CH₂=CH(CH₃)；較硬耐熱、用於容器、繩索。
- 聚氯乙烯(PVC)：單體 CH₂=CHCl；堅硬、耐化學、絕緣，用於水管、電線絕緣層、膠布。聚苯乙烯(PS)：單體 CH₂=CH(C₆H₅)；硬脆、透明/發泡態絕熱，用於飯盒、包裝發泡膠。
- 有機玻璃(PMMA)：單體 CH₂=C(CH₃)COOCH₃ (methyl methacrylate)；高透明度堅硬，用作玻璃替代品、水族箱、飛機窗。
常見題型 · scoring points
定義單體、聚合物和重複單位，並以聚乙烯為例說明
- 單體：含C=C的小分子，如CH₂=CH₂（乙烯）。
- 聚合物：由大量單體經化學反應連結成的長鏈大分子，如聚乙烯。
- 重複單位：聚合物中不斷重複的最小結構片段，聚乙烯為—[CH₂—CH₂]ₙ—。
- 加成聚合方程式：n CH₂=CH₂ → —[CH₂—CH₂]ₙ—，沒有小分子副產物生成。
寫出下列單體生成的加成聚合物的重複單位：(a)丙烯CH₂=CHCH₃、(b)氯乙烯CH₂=CHCl、(c)苯乙烯CH₂=CHC₆H₅
- (a) 聚丙烯重複單位：—[CH₂—CH(CH₃)]ₙ—；甲基保留在每個重複單位上。
- (b) 聚氯乙烯重複單位：—[CH₂—CHCl]ₙ—；氯原子保留在每個重複單位上。
- (c) 聚苯乙烯重複單位：—[CH₂—CH(C₆H₅)]ₙ—；苯基保留在每個重複單位上。
- 通則：C=C斷裂成C—C，原取代基完整保留於主鏈的側基位置。
根據給定重複單位 —[CH₂—CHF]ₙ— 推斷其單體並寫出聚合方程
- 重複單位結構：—CH₂—CHF— 的兩碳片段具一個C—C單鍵，單體原是C=C雙鍵。
- 將中央C—C「恢復」為C=C雙鍵，還原其他取代基位置，得單體CH₂=CHF（氟乙烯）。
- 聚合方程：n CH₂=CHF → —[CH₂—CHF]ₙ—。
- 此聚合物為聚氟乙烯(PVF)，具良好化學穩定性和耐候性。
列舉五種常見加成聚合物及其用途
- 聚乙烯(PE)：用於膠袋、保鮮紙、瓶子；柔軟、防水。
- 聚丙烯(PP)：用於食物容器、繩索、地毯；較硬耐熱（m.p.較PE高）。
- 聚氯乙烯(PVC)：用於水管、電線絕緣層、雨衣、地板；堅硬且化學穩定。
- 聚苯乙烯(PS)：發泡製作外賣飯盒、保溫包裝；透明型用於一次性餐具。有機玻璃(PMMA)：用於水族箱、飛機窗、招牌；透明度極高。
解釋為何加成聚合物難以自然降解並討論環境影響
- 加成聚合物主鏈為穩定的C—C單鍵，無容易受水/酵素攻擊的鍵結（如酯鍵、醯胺鍵）。
- 微生物缺乏分解這類非生物源大分子的酵素，故降解極慢（可達百年）。
- 環境影響：填埋佔地、海洋塑膠導致海洋生物誤食，微塑膠進入食物鏈。
- 對策：減少使用、回收循環利用、發展可生物降解聚合物（如PLA）。
比較加成聚合物與其單體的物理性質
- 熔點/沸點：聚合物分子量極大→范德華力強→m.p./b.p.遠高於單體（單體多為氣體或低沸點液體）。
- 物理狀態：室溫下單體多為氣體（乙烯、丙烯）或液體（苯乙烯）；聚合物為固體。
- 溶解度：聚合物多不溶於水，部分可溶於有機溶劑；單體溶解度依官能基而異。
- 化學反應活性：單體因含C=C可進行加成反應；聚合物為飽和主鏈，化學穩定。
描述實驗室製備聚苯乙烯的方法
- 試劑：液態苯乙烯（CH₂=CHC₆H₅）及少量過氧化物（如過氧化苯甲醯BPO）作引發劑。
- 裝置：試管，置於熱水浴（80-90°C）加熱。
- 過程：加熱引發自由基聚合；苯乙烯液體逐漸變稠變為透明固體聚苯乙烯。
- 注意：苯乙烯易揮發有毒，須在抽氣櫃進行；切勿直火加熱以防過熱爆沸。
解釋為何聚丙烯的熔點比聚乙烯高
- 兩者皆為非極性共價大分子，分子間引力主要為范德華力。
- 聚丙烯的重複單位 —CH₂—CH(CH₃)— 每個含3個碳，比聚乙烯的 —CH₂—CH₂— 含更多電子。
- 電子數增加→瞬時偶極極化效應增強→vdW力增大。
- 熔化需破壞更強的vdW，故聚丙烯熔點(~160°C)高於聚乙烯(~110°C)。
化石燃料和碳化合物 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
