2017 hệ thống lý thuyết bài tập (mức cơ bản)

Phân loại a Theo nguồn gốc: + Có nguồn gốc từ thiên nhiên + Xeunlulozo, tinh bột, tơ tằm, + Do con người tổng hợp nên + PE; PVC; nilon-6,6; teflon, … + Lấy polime thiên nhiên chế hó

ĐẠI CƯƠNG VỀ POLIME

I – KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP

1 Khái niệm

Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau.Ví dụ:

Nilon – 7 (NHCH26CO )n do các mắt xích –NH –[CH2]6 –CO– liên kết với nhau tạo nên Hệ số n được gọi là hệ

số polime hóa hay độ polime hóa Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi là monome

2 Phân loại

a) Theo nguồn gốc:

+ Có nguồn gốc từ thiên nhiên

+ Xeunlulozo, tinh bột, tơ tằm,

+ Do con người tổng hợp nên + PE; PVC; nilon-6,6; teflon, …

+ Lấy polime thiên nhiên chế hóa thành polime mới

+ Tơ axetat; tơ visco

b) Theo cách tổng hợp:

+ Tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp

+ Polieetilen (PE); poli(metyl metacrylat)

+ Tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng + Nilon-6; poli(phenol-fomandehit); nilon-6,6, …

c) Theo cấu trúc:

* Polime không phân nhánh

* Polime phân nhánh

* Polime mạng không gian

+) Lưu ý: để phân loại theo cấu trúc còn có cách phân loại sau:

→ polime điều hoà: các mắt xích liên kết với nhau theo một trật tự nhất định

-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-

→ polime không điều hoà: không theo trật tự xác định chỗ đầu-đuôi chỗ đuôi-đầu

-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CHCl-CH 2 -CH 2 -CHCl-

d) Theo tính chất

→ Poliamit : -CO-NH- (nilon-6, nilon-7, nilon-6,6)

→ Polieste: -COO- ( tơ Lapsan, PMM, PVA, )

3 Danh pháp

- Poli + tên của monone (nếu tên monome gồm 2 từ trở lên hoặc từ hai monome tạo nên polime thì tên của monome phải

để ở trong ngoặc đơn)

- Một số polime có tên riêng (tên thông thường) Ví dụ: …

(-CF2-CF2-)n : teflon (-NH-[CH2]5-CO-)n : policaproamit

II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ

 Polime là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định

 Chất nhiệt dẻo: là polime khi nóng chảy cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại

 Chất nhiệt rắn: là polime không nóng chảy khi đun mà bị phân hủy

 Đa số polime không tan trong các dung môi thông thường, tan trong dung môi thích hợp cho dung dịch nhớt: Ví dụ: Cao su sống tan trong benzen,

 Polime có tính dẻo: polietilen (PE), polipropilen (PP), poli(vinyl clorua) (PVC), …

 Polime có tính đàn hồi: polibutađien, poliisopren…

 Polime dễ kéo thành sợi dai, bền: nilon – 6, xenlulozơ…

 Polime trong suốt, không giòn: poli(metylmetacrylat)…

 Polime có tính cách điện, cách nhiệt: polietilen, polivinyl clorua…

 Polime bán dẫn: polianilin, polithiophen…

 Tất cả các tính chất đó của polime đều do cấu trúc polime quyết định

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng giữ nguyên mạch polime

a) Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:

b) Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl:

Cao su hiđroclo hóa

c) Poli(vinyl clorua) (PVC) tác dụng với Cl 2: (giả sử cứ 2 mắt xích thế 1 nguyên tử clo)

Tơ clorin d) Xenlulozo tác dụng với acid HNO3 (xúc tác H2SO4 đặc)

2 Phản ứng phân cắt mạch polime

a) Phản ứng thủy phân polieste:

b) Phản ứng thủy phân polipeptit hoặc poliamit:

Nilon – 6

c) Phản ứng thủy phân tinh bột, xenlulozơ

(C H O )6 10 5 n  nH O2  nC H O6 12 6

d) Phản ứng nhiệt phân polistiren

 Phản ứng nhiệt phân polime thành monome được gọi là phản ứng giải trùng hợp hay phản ứng đepolime hóa

3 Phản ứng khâu mạch polime

a) Sự lưu hóa cao su:

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu –S–S– (cầu đisunfua)

b) Nhựa rezit (nhựa bakelit):

Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH2– (nhóm metylen)

Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch

V – ĐIỀU CHẾ

Có thể điều chế polime bằng phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng

1 Phản ứng trùng hợp

a) Khái niệm:

- Trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome), giống nhau hay tương tự nhau thành phân tử rất lớn

(polime)

- Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp phải có là:

+ Liên kết bội Ví dụ: CH2 = CH2, CH2 = CH–C6H5

+ Hoặc vòng kém bền: Ví dụ:

b) Phân loại:

- Trùng hợp chỉ từ một loại monome tạo homopolime Ví dụ:

- Trùng hợp mở vòng Ví dụ:

Nilon – 6 (tơ capron)

nCH2 CH2 t0, xt O

- Trùng hợp từ hai hay nhiều loại monome (gọi là đồng trùng hợp) tạo copolime Ví dụ:

Poli(butađien – stiren) (cao su buna – S)

2 Phản ứng trùng ngưng

a) Khái niệm:

- Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H2O)

- Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng là: các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng để tạo được liên kết với nhau

b) Một số phản ứng trùng ngưng:

axit ε-aminocaproic Nilon – 6 (tơ capron)

axit ω-aminoenantoic Nilon – 7 (tơ enan)

(Tơ lapsan còn được gọi là nhựa gliptan)

VẬT LIỆU POLIME

I – CHẤT DẺO

1 Khái niệm

- Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo

- Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng

- Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ giá thành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia công hơn)

2 Một số polime dùng làm chất dẻo

a) Polietilen (PE)

nCH2=CH2 xt, t

0 , p

CH2-CH2 n

PE là chất dẻo mềm, được dùng làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng…

b) Poli(vinyl clorua) (PVC)

Cl

xt, t0, p

CH2-CH n Cl

PVC là chất dẻo cứng, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, da giả…

c) Poli(metyl metacrylat) (thủy tinh hữu cơ PEXIGLAS)

CH3

t 0 , p, xt

CH2-C

CH3

n

n

Poli(metyl metacrylat) là chất dẻo cứng, trong suốt, không vỡ…nên được gọi là thủy tinh hữu cơ Dùng để chế tạo kính máy bay, ô tô, kính bảo hiểm, dùng làm răng giả…

d) PVA: poli (vinylaxetat)

xt, t 0 , p

CH2-CH

n

e) PP: poli propilen

CH3

xt, t 0 , p

CH2-CH n

CH3

f) PS: poli stiren

nCH2=CH xt, t

0 , p

CH2-CH

n

g) Cupren:

  xt,t ,po  

n

h) Poli tetra flo etilen (Teflon):

  xt,t ,po  

k) Poli(phenol – fomanđehit) (PPF)

PPF có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit

Nhựa novolac:

n

to,xt,p

CH2

nHCHO +

Phenol andehit fomic

+ H2O

n

- Đun nĩng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xúc tác axit được nhựa novolac mạch khơng phân nhánh (cầu nối metylen –CH2– cĩ thể ở vị trí ortho hoặc para)

- Nhựa nhiệt dẻo, dễ nĩng chảy, tan trong một số dung mơi hữu cơ, dùng để sản xuất vecni, sơn…

Nhựa rezol:

- Đun nĩng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1 : 1,2 cĩ xúc tác kiềm Nhựa rezol khơng phân nhánh, một số nhân phenol cĩ gắn nhĩm –CH2OH ở vị trí số 4 hoặc 2

- Nhựa nhiệt rắn, dễ nĩng chảy, tan trong nhiều dung mơi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo, nhựa rezit

Nhựa rezit (cịn gọi là nhựa bakelit):

nhựa rezol đun nóng, để nguội nhựa rezit

- Đun nĩng nhựa rezol ở 150 o C được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) cĩ cấu trúc mạng lưới khơng gian

- Khơng nĩng chảy, khơng tan trong nhiều dung mơi hữu cơ, dùng sản xuất đồ điện, vỏ máy…

3 Khái niệm về vật liệu compozit

Khi trộn polime với chất độn thích hợp thu được vật liệu mới cĩ độ bền, độ chịu nhiệt…tăng lên so với polime thành phẩm Đĩ là vật liệu compozit

- Chất nền (polime): cĩ thể dùng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn

- Chất độn: phân tán (nhưng khơng tan) vào polime Chất độn cĩ thể là: sợi (bơng, đay, amiăng, sợi thủy tinh…) hoặc chất bột (silicat, bột nhẹ (CaCO3), bột tan (3MgO.4SiO2.2H2O))…

II – TƠ

1 Khái niệm

Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định

2 Phân loại

Tơ thiên nhiên Cĩ sẵn trong tự nhiên, được sử

Tơ hĩa học

Tơ tổng hợp Polime được tổng hợp bằng

phản ứng hĩa học

To polie amin (nilon, capron)

Tơ vinylic (nitron)

Tơ lapsan

Tơ bán tổng hợp Hay tơ nhân tạo

Chế biến polime thiên nhiên bằng phương pháp hĩa học

Tơ visco

Tơ xenlulozo axetat

3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a) Tơ poliamit (cĩ nhiều nhĩm amit –CO–NH–)

b) Tơ polieste (cĩ nhiều nhĩm este)

c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl)

d) Tơ visco:

III – CAO SU

1 Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi

- Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng

- Có hai loại cao su: cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

2 Cao su thiên nhiên (polime của isopren)

a) Cấu trúc:

- Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau:

b) Tính chất và ứng dụng:

- Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su, đàn hồi tốt (nhờ cấu trúc cis điều hòa), không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, etanol…nhưng tan trong xăng và benzen

- Cao su thiên nhiên cho phản ứng cộng H2, Cl2, HCl,… đặc biệt là cộng lưu huỳnh tạo cao su lưu hoá có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dung môi hơn cao su không lưu hóa

3 Cao su tổng hợp

a) Cao su buna, cao su buna –S và cao su buna –N :

- Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên Khi dùng buta-1,3-đien ở 10 o C, polime sinh ra chứa 77% đơn vị trans-1,4 và 7% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2) Còn ở 100 o C sinh ra polime chứa 56% đơn vị trans-1,4 và 25% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2)

Cao su buna – S

- Cao su buna –S có tính đàn hồi cao

Cao su buna –N

- Cao su buna – N có tính chống dầu tốt

b) Cao su isopren

- Trùng hợp isopren có hệ xúc tác đặc biệt, ta được poliisopren gọi là cao su isopren, cấu hình cis chiếm ≈ 94 %, gần giống cao su thiên nhiên

- Ngoài ra người ta còn sản xuất policloropren và polifloropren Các polime này đều có đặc tính đàn hồi nên được gọi là cao su cloropren và cao su floropren Chúng bền với dầu mỡ hơn cao su isopren

IV – KEO DÁN

1 Khái niệm

Keo dán là vật liệu polime có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu giống nhau hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính

2 Phân loại

a) Theo bản chất hóa hoc:

- Keo vô cơ (thủy tinh lỏng)

- Keo hữu cơ (hồ tinh bột, keo epoxi)

b) Dạng keo:

- Keo lỏng (hồ tinh bột)

- Keo nhựa dẻo (matit)

- Keo dán dạng bột hay bản mỏng

3 Một số loại keo dán tổng hợp thông dụng

a) Keo dán epoxi: gồm 2 hợp phần:

- Polime làm keo có chứa hai nhóm epoxi ở hai đầu

- Chất đóng rắn thường là các triamin như H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2

b) Keo dán ure – fomanđehit

Poli(ure – fomanđehit)

4 Một số loại keo dán tự nhiên

a) Nhựa vá săm: là dung dịch dạng keo của cao su thiên nhiên trong dung môi hữu cơ như toluen…

b) Keo hồ tinh bột: là dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dùng làm keo dán giấy

DẠNG 1: TÍNH SỐ MẮT XÍCH (HỆ SỐ POLIME HÓA)

- Số mắt xích = số phân tử monome = hệ số polime hóa (n) = 6,02.10 số mol mắt xích 23

(Lưu ý: số mắt xích phải là số tự nhiên, nếu lẻ phải làm tròn)

- Hệ số polime hóa (n) = hệ số trùng hợp lim lim

ono ono

- Loại polime (dựa vào phân tử khối) và số lượng polime (dựa vào nhóm chức)

- Các loại polime thường gặp:

CÁC VÍ DỤ

Câu 1 (ĐHKA – 2009): Khối lượng của một đoạn nilon – 6,6 là 27346 đvC và một đoạn mạch tơ capron là

17176 đvC Số lượng mắt xích trong đoạn mạch của 2 polime nêu trên lần lượt là?

Câu 2: Một đoạn tơ nilon – 6,6 có khối lượng 7,5mg thì số “mắt xích” trong đoạn tơ đó là?

Câu 3: Hệ số trùng hợp của poli(etylen) là bao nhiêu nếu trung bình một phân tử polime có khối lượng khoảng

120 000 đvC?

Câu 4: Tính khối lượng trung bình của một phân tử cao su poli isopren, biết số mắt xích trung bình là 7000?

Câu 5: Một polime X được xác định có phân tử khối là 39026,5 đvC với hệ số trùng hợp để tạo nên polime này

là 625 Polime X là?

Câu 6 : Nếu đốt cháy hết m (g) PE cần 6720 lít oxi (đktc) Giá trị m và hệ số trùng hợp polime lần lượt là ?

DẠNG 2 : PHẢN ỨNG ĐIỀU CHẾ POLIME

- ĐLBT khối lượng: Monomext p t, ,0 polime(cao su, nhựa, thủy tinh, tơ, chất dẻo…) + monome dư

- ĐIỀU CHẾ POLIME :

♦ BÀI TOÁN 1 : Điều chế cao su buna

3

XenlulozoGlucozoancoletylicc ubuna

♦ BÀI TOÁN 2 : Điều chế PVC

CH4 C2H2 C2H3Cl PVC

♦ BÀI TOÁN 3 : Trùng hợp polistiren

n CH2 = CH t p xt, ,  n[ - CH2 – CH - ]

C6H5

C6H5

Yêu cầu : Xác định chất còn dư sau phản ứng

♦ BÀI TOÁN 4 : Đồng trùng hợp butadien -1,3 và stiren

mCH CH CH CH  nCH CH (CH2CH CH CH )  2 m (CH2 CH )n

n

♦ BÀI TOÁN 5 : Clo hóa nhựa PVC

C2nH3nCln + Cl2  C2nH3n-1Cln+1 + HCl

Yêu cầu : tính tỷ lệ nguyên tử Clo phản ứng vào số mắt xích PVC

♦ BÀI TOÁN 6 : Lưu hóa cao su thiên nhiên

(C5H8)n + 2S  C5nH8n-2S2

Yêu cầu : Tính số mắt xích isopren

 Số mắt xích trong một lượng polime = nmắt xích NA (Với NA = 6,023.1023)

CÁC VÍ DỤ:

Câu 1: Khi trùng ngưng 30g Glyxin, thu được mg polime và 2,88g nước Giá trị của m là?

Câu 2 (ĐHKA – 2008): Cho sơ đồ chuyển hóa:

CH4 C2H2 C2H3Cl PVC

Để tổng hợp được 250kg PVC theo sơ đồ trên thì cần Vm3 khí thiên nhiên (đktc) Giá trị của V là? (biết CH4 chiếm 80% khí thiên nhiên và hiệu suất của cả quá trình là 50%)

Câu 3 (ĐHKA – 2007): Clo hóa PVC thu được một polime chứa 63,96% clo về khối lượng, trung bình một

phân tử clo phản ứng với k mắt xích trong mạch PVC Giá trị của k là?

Câu 4: Đem trùng hợp 5,2g stiren, hỗn hợp sau phản ứng cho các dụng với 100ml dung dịch brom 0,15M sau

đó tiếp tục cho thêm KI dư vào thì được 0,635g Iot Hiệu suất của phản ứng trùng hợp là?

Câu 5: Cứ 2,834g cao su buna – S phản ứng vừa hết với 1,731g Br2 Tỷ lệ số mắt xích butadien : stiren trong loại polime trên là?

Câu 6: Cho sơ đồ:

Gỗ CH 35% 6H12O6 2CH 80% 2H5OHCH 60% 4H6Cao su buna H 80%

Khối lượng gỗ cần để sản xuất 1 tấn cao su buna là?

Câu 7: Một loại cao su lưu hóa chứa 2% lưu huỳnh Hỏi cứ khoảng bao nhiêu mắt xích isopren có một cầu nối

ddiissunfua -S-S-, giả thiết rằng lưu huỳnh đã thay thế H ở nhóm metylen trong mạch cao su

Câu 8: Khi tiến hành đồng trùng hợp buta-1,3-đien và acrilonitrin được một loại cao su buna-N chứa 8,96%

nito Tỉ số mol giữa buta-1,3-đien và acrilonitrin trong cao su là:

Câu 9: Một đoạn mạch PVC có khối lượng 25,0 mg Số mắt xích vinyl clorua có trong đoạn mạch đó là:

Câu 10: Khi thủy phân 312,500 kg một mẫu PVC trong dung dịch NaOH thu được hỗn hợp các chất hữu cơ có

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM MỨC ĐỘ BIẾT

Câu 1: Poli(vinyl clorua) có công thức là

A (-CH2-CHCl-)n B (-CH2-CH2-)n C (-CH2-CHBr-)n D (-CH2-CHF-)n

Câu 2: Quá trình nhiều phân tử nhỏ (monome) kết hợp với nhau thành phân tử lớn (polime) gọi là phản ứng

A nhiệt phân B trao đổi C trùng hợp D trùng ngưng

Câu 3: Quá trình nhiều phân tử nhỏ (monome) kết hợp với nhau thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải

phóng những phân tử nước được gọi là phản ứng

A trao đổi B nhiệt phân C trùng hợp D trùng ngưng

Câu 4: Tên gọi của polime có công thức (-CH2-CH2-)n là

A polivinyl clorua B polietilen C polimetyl metacrylat D polistiren

Câu 5: Chất tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra polime là

A CH3-CH2-Cl B CH3-CH3 C CH2=CH-CH3 D CH3-CH2-CH3

Câu 6 : Nhựa phenolfomandehit được điều chế bằng cách đun nóng phenol (dư) với dung dịch

A HCOOH trong môi trường axit B CH3CHO trong môi trường axit

C CH3COOH trong môi trường axit D HCHO trong môi trường axit

Câu 7 : Poli(vinyl axetat) là polime được điều chế bằng phản ứng trùng hợp monome nào sau đây ?

Câu 8: Nilon–6,6 là một loại

A tơ axetat B tơ poliamit C polieste D tơ visco

Câu 9: Poli(vinyl clorua) (PVC) điều chế từ vinyl clorua bằng phản ứng

A trao đổi B oxi hoá - khử C trùng hợp D trùng ngưng Câu 10 : Tên gọi của polime có ký hiệu PVC là

A poli vinylclorua B poli vinylclo C poli(vinyl clorua) D poli (vinyl) clorua Câu 11 Những vật liệu nào sau đây dùng làm chất dẻo: polietilen (1); nhựa phenolfoocmandehit (2); đất sét

ướt (3); polivinylclorua(4)

A (1),(2),(4) B (1),(2),(3),(4) C (1),(2),(3) D (1),(2)

Câu 12 Polime có dạng cấu trúc:

Câu 13 Số mắt xích cấu trúc lặp lại trong phân tử lớn của polime được gọi là:

Câu 14: Trong số các tơ sợi sau đây (1) tơ tằm, (2) sợi bông, (3) len, (4) tơ nilon-6,6, (5) tơ axetat, loại tơ có

nguồn gốc xenlulozơ là:

Câu 15: Tơ nilon-6,6 là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng giữa

A HOOC-[CH2]4 –COOH và H2N-[CH2]4-NH2

B HOOC-[CH2]4 –NH2 và H2N-[CH2]6-COOH

C HOOC-[CH2]6 –COOH và H2N-[CH2]6-NH2

D HOOC-[CH2]4 –COOH và H2N-[CH2]6-NH2

Câu 16: Tính chất nào dưới đây không phải là tính chất của cao su tự nhiên ?

Câu 17: Các khái niệm nào sau đây là không đúng?

A Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài, mảnh với độ bền nhất định

B Cao su là loại vật liệu polime có tính đàn hồi

C Vật liệu compozit là vật liệu hỗn hợp chỉ có thành phần chính là polime

D Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo

Câu 18: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A Phản ứng trùng ngưng khác với phản ứng trùng hợp

B Trùng hợp 2-metyl butadien-1,3 được cao su buna