Giải bài tập SGK Hóa 12 Nâng cao Bài 17: Vật liệu polime

Nhóm các vật liệu được chế tạo từ các polime trùng ngưng là:

A. Cao su: nilon-6,6; tơ nitron.

B. Nilon-6,6, tơ lapsan, thủy tinh plexiglas.

C. Tơ axetat, nilon-6,6.

D. Nilon-6,6, tơ lapsan, nilon-6.

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cầ nắm rõ bản chất của phản ứng trùng ngưng.

Hướng dẫn giải

Nhóm các vật liệu được chế tạo từ các polime trùng ngưng là: nilon-6,6, tơ lapsan, nilon-6.

⇒ Đáp án D.

a. Nêu những điểm giống và khác nhau về tính chất giữa các vật liệu polime : Chất dẻo, tơ, cao su và keo dán?

b. Phân biệt chất dỏe và vật liệu compozit

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cầ nắm rõ bản chất của phản ứng trùng ngưng.

Hướng dẫn giải

Câu a

Giống nhau: Đều có thành phần polime.

Khác nhau: Về tính chất:

• Chất dẻo: có tính dẻo.
• Tơ: hình sợi dài, mảnh, mềm, dai.
• Cao su; Có tính đàn hồi.
• Keo dán: có khả năng kết dính.

Câu b

• Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo.
• Vật liệu compozit gồm nhiều thành phần (cả hữu cơ, vô cơ, cả chất dẻo hoặc không chất dẻo) trong đó chất dẻo không cần phải là chủ yếu.

⇒ Nên vật liệu compozit thường không có tính dẻo, còn chất dẻo nhất thiết phải có tính dẻo nổi bật.

a) Viết phương trình hóa học của các phản ứng từ metan điều chế ra: vinyl clorua, vinyl axetat, acrilonitrin (vinyl xianua, CH₂=CH−CN) và metyl acrylat (CH₂=CHCOOCH₃).

b) Hãy nêu một thí dụ (có viết phương trình phản ứng) để chứng tở rằng có thể đi từ etilen điều chế các monome trên với giá thành thấp hơn. Giải thích?

c) Viết phương trình phản ứng trùng hợp mỗi monone ở trên và gọi tên polime tạo thành.

Phương pháp giải

a) Để viết các phương trình hóa học của các chất trên cần nắm rõ quy trình điều chế các chất đó.

b) Viết phương trình hóa học sau đó dựa vào hiệu suất của quá trình và giá trành để kết luận etilen điều chế các monome trên với giá thành thấp hơn.

c) Nắm rõ cách viết phương trình của phản ứng trùng hợp.

Hướng dẫn giải

Câu a: Các phương trình hóa học điều chế các chất từ metan

Vinyl clorua:

2CH₄  \(\xrightarrow{{(la m{\text{ }}lanh{\text{ }}nhanh,{\text{ }}{{1500}^o}C)}}\) C₂H₂ + 3H₂

C₂H₂ + HCl → CH₂=CHCl

Vinyl axetat:

2CH4 \(\xrightarrow{{(la m{\text{ }}lanh{\text{ }}nhanh,{\text{ }}{{1500}^o}C)}}\) C2H2 + 3H2

C₂H₂ + H₂O \(\xrightarrow{{{H_2}S{O_4},{{80}^o}C}}\) CH₃-CHO

CH₃-CHO + 1/2O₂ \(\xrightarrow{{M{n^{2 + }}}}\) CH₃COOH

CH₃COOH + C₂H₂ → CH₂=CH-OCO-CH₃

Vinyl xianua:

2CH4 \(\xrightarrow{{(la m{\text{ }}lanh{\text{ }}nhanh,{\text{ }}{{1500}^o}C)}}\) C2H2 + 3H2

C₂H₂ + HCN → CH₂=CH-CN

Metyl acrylat:

CH₂=CH-CN + 2H₂O \(\xrightarrow{{as}}\) CH₂-CH-COOH + NH₃

CH₄ + Cl₂ \(\xrightarrow{{as}}\) CH₃Cl + HCl 

CH₃Cl + NaOH → CH₃OH + NaCl

CH₂=CH-COOH + CH₃OH \(\overset {{H_2}S{O_4},{t^o}} \leftrightarrows \) CH₂=CH-COOCH₃ + H₂O  

Câu b: Thí dụ chứng tỏ có thể đi từ etilen điều chế các monome trên với giá thành thấp hơn

• Từ elilen điều chế PVC:

CH₂=CH₂ \(\xrightarrow{{C{l_2}}}\) CH₂Cl-CH₂Cl \(\xrightarrow{{ - HCl,{\text{ }}{{500}^o}C}}\)CH₂=CHCl → PVC.

• Từ metan điều chế PVC:

CH₄ → HC≡CH → CH₂=CHCl → PVC

Hai sơ đồ trên được thực hiện cùng một số phản ứng, tuy nhiên từ metan phải trải qua phản ứng nhiệt phân hiệu suất thấp, tốn kém hơn so với đi từ etilen.

⇒ Tóm lại, trong các hóa chất hữu cơ do con người sản xuất ra thì etilen đứng hàng đầu về sản lượng. Etilen là nguyên liệu quan trọng của công nghệ tổng hợp polime.

Câu c

Phản ứng trùng hợp các monome:

nCH₂=CHCl \(\xrightarrow{{xt,{t^o},p}}\) (-CH₂=CHCl-)_n

                                 PVC poli (vinyl clorua)

nCH₂=CH-OOCCH₃ \(\xrightarrow{{xt,{t^o},p}}\) (-CH₂-CH(OCOCH₃-CH-)_n

                                                PVA poli (vinyl axetat)

nCH₂=CHCN \(\xrightarrow{{xt,{t^o},p}}\) (-CH₂=CHCN-)_n

                                   poli (vinyl xianua)

nCH₂=CH-COOCH₃ \(\xrightarrow{{xt,{t^o},p}}\) (-CH₂-CH(COOCH₃)-)_n

                                               poli (metyl acrilat)

Phân tử khối trung bình của poli (hexametylen ađipamit) để chế tạo nilon 6,6 là 30.000, của cao su tự nhiên là 105.000. Hãy tính số mắt xích (trị số n) trung bình trong phân tử của mỗi loại polime trên.

Phương pháp giải

Để tính số mắt xích: M_polime / M_monome

Hướng dẫn giải

• Tơ nilon -6,6 (-HN-[CH₂]₆-NH-CO-[CH₂]₄-CO-)n có M = 30000 = 226n 

Số mắt xích: n = 30000 / 226 = 133.

• Cao su tự nhiên (-C₅H₈-)n có M = 105000 = 68n 

Số mắt xích: n = 105000 / 68 = 1544.

Cao su lưu hóa chứa 2% lưu huỳnh. Hãy tính xem khoảng bao nhiêu mắt xích isopren có một cầu nối đisunfua -S-S-, giải thiết rằng S đã thay thế cho H ở nhóm metylen trong mạch cao su.

Phương pháp giải

Để tính số mắt xích ta dựa vào phương trình hóa học và biểu thức: \(\%S = \frac{2.32}{68n + 62}.100 = 2 \Rightarrow n = ?\)

Hướng dẫn giải

Giả sử n là số mắt xích isopren có một cầu nối -S-S-:

(-C₅H₈-)n + 2S → C_5nH_8n-2S₂

\(\%S = \frac{2.32}{68n + 62}.100 = 2 \Rightarrow n = 46\)

Vậy có khoảng 46 mắt xích isopren có một cầu nối -S-S-