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[r]
Trang 1ĐẠI 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:
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:
b) Theo cách tổng hợp:
c) Theo cấu trúc: (xem phần II)
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: …
II – CẤU TRÚC
1 Các dạng cấu trúc mạch polime
a) Mạch không phân nhánh Ví dụ: polietilen, amilozơ…
b) Mạch phân nhánh Ví dụ: amilopectin, glicogen…
c) Mạch mạng lưới Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…
2 Cấu tạo điều hòa và không điều hòa
a) Cấu tạo điều hòa: các mắt xích nối nhau theo một trật tự nhất định (chẳng han theo kiểu đầu nối đuôi)
Ví dụ:
Trang 2b) Cấu tạo không điều hòa: các mắt xích nối với nhau không theo trật tự nhất định (chẳng hạn theo kiểu đầu nối
đầu, chỗ thì đầu nối với đuôi) Ví dụ:
III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Hầu hết polime là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung môi hữu cơ Đa số polime có tính dẻo, một số polime có tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi
IV – 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
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
Trang 3d) Phản ứng nhiệt phân polistiren
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:
Trang 4b) Phân loại:
- Trùng hợp chỉ từ một loại monome tạo homopolime Ví dụ:
- Trùng hợp mở vòng Ví dụ:
Nilon – 6 (tơ capron)
- 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)
Trang 5Nhựa rezol
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)
PE là chất dẻo mềm, được dùng làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng…
b) Poli(vinyl clorua) (PVC)
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)
Trang 6Poli(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) Poli(phenol – fomanđehit) (PPF) (xem thêm bài đại cương về polime)
PPF có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit
Nhựa novolac:
- Đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xúc tác axit được nhựa novolac mạch không phân nhánh (cầu nối metylen –CH2– có thể ở vị trí ortho hoặc para)
- Nhựa nhiệt dẻo, dễ nóng chảy, tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất vecni, sơn…
Nhựa rezol:
- Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1 : 1,2 có xúc tác kiềm Nhựa rezol không phân nhánh, một số nhân phenol có gắn nhóm –CH2OH ở vị trí số 4 hoặc 2
- Nhựa nhiệt rắn, dễ nóng chảy, tan trong nhiều dung môi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo, nhựa rezit
Nhựa rezit (nhựa bakelit):
- Đun nóng nhựa rezol ở 150oC được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấu trúc mạng lưới không gian
- Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi 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 có độ bền, độ chịu nhiệt…tăng lên so với polime thành phẩm Đó là vật liệu compozit
- Chất nền (polime): có thể dùng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn
- Chất độn: phân tán (nhưng không tan) vào polime Chất độn có thể là: sợi (bông, 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
3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp
Trang 7a) Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–)
b) Tơ polieste (có nhiều nhóm este)
c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl)
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,
Trang 8không 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 10oC, 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 100oC 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)
Trang 9- 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
BÀI TẬP LÝ THUYẾT VÀ DẠNG TOÁN
CÁC DẠNG BÀI TẬP
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 23số mol mắt xích
(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
- Loại polime (dựa vào phân tử khối) và số lượng polime (dựa vào nhóm chức)
- Các loại polime thường gặp:
Poli vinylclorua (PVC) (-CH 2 – CHCl-) n 62,5n
Poli etilen (PE) (-CH 2 – CH 2 -) n 28n
Cao su thiên nhiên [-CH 2 – C(CH 3 )=CH-CH 2 -] n 68n
Cao su clopren (-CH 2 -CCl=CH-CH 2 -) n 88,5n Cao su buna (-CH 2 -CH=CH-CH 2 -) n 54n Poli propilen (PP) [-CH 2 -CH(CH 3 )-] n 42n
Teflon (-CF 2 -CF 2 -) n
DẠNG 2 : PHẢN ỨNG ĐIỀU CHẾ POLIME
- ĐLBT khối lượng: Monomext p t, ,0 polime(cao su, nhựa, thủy tinh, tơ, chất dẻo…) + monome dư m monomem polimem monomedư
- ĐIỀU CHẾ POLIME :
♦ BÀI TOÁN 1 : Điều chế cao su buna
3
aos
H
♦ BÀI TOÁN 2 : Điều chế PVC
CH 4 C 2 H 2C 2 H 3 Cl PVC
♦ BÀI TOÁN 3 : Trùng hợp polistiren
N CH 2 = CH t p xt, , n[ - CH 2 – CH - ]
Yêu cầu : Xác định chất còn dư sau phản ứng
C6H5
C6H5
Trang 10♦ BÀI TOÁN 4 : Đồng trùng hợp butadien -1,3 và stiren
Yêu cầu : Xác định tỉ lệ các hệ số trùng hợp m
n
♦ BÀI TOÁN 5 : Clo hóa nhựa PVC
C 2n H 3n Cl n + Cl 2 C 2n H 3n-1 Cl n+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
(C 5 H 8 ) n + 2S C 5n H 8n-2 S 2
Yêu cầu : Tính số mắt xích isopren
Câu 1 Khái niệm đúng về polime là
A Polime là hợp chất được tạo thành từ các phân tử lớn
B Polime là hợp chất được tạo thành từ các phân tử có phân tử khối nhỏ hơn
C Polime là sản phẩm duy nhất của phản trùng hợp hoặc trùng ngưng
D Polime là hợp chất cao phân tử gồm n mắt xích tạo thành
Câu 2 Trong các chất sau đây chất nào không phải là polime
Câu 3 Chất nào dưới đây không thể tham gia phản ứng trùng hợp
Câu 4 Sản phẩm ( C2H4-O-CO-C6H4-CO )n được tạo thành từ phản ứng nào sau đây
Câu 5 Chất có công thức cấu tạo sau được tạo thành từ phản ứng
( CH2 - CH=CH-CH2-CH2-CH )n C6H5
A CH3-CH=CH-CH3 và CH2=CH-C6H5
B CH2=CH2 và CH2=CH-CH2-CH2-C6H5
C CH2=CH-CH3 và CH2=CH-CH2-C6H5
D CH2=CH-CH=CH2 và CH2=CH-C6H5
Câu 6 Tơ nilon-6 thuộc loại tơ thuộc loại tơ nào sau đây
Câu 7 Xenlulozơ triaxetat được xem là
Câu 8 Khối lượng của một đoạn mạch tơ nilon-6,6 là 27346 u và của một đoạn mạch tơ capron là
17176 u Số lượng mắt xích trong đoạn mạch nilon-6,6 và capron nêu trên lần lượt là
A 113 và 152 B 113 và 114 C 121 và 152 D 121 và 114
Câu 9 Dựa vào nguồn gốc, sợi dùng trong công nghiệp dệt, được chia thành
A Sợi hoá học và sợi tổng hợp B Sợi hoá học và sợi tự nhiên
m
Trang 11Câu 10 Từ 15kg metyl metacrylat có thể điều chế được bao nhiêu gam thuỷ tinh hữu cơ có hiệu suất
90%?
Câu 11 Khi đốt cháy polime X chỉ thu được khí CO2 và hơi nước tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 1
X là polime nào dưới đây ?
C Polivinyl clorua (PVC) D Polistiren (PS)
Câu 12 Polime được trùng hợp từ etilen Hỏi 280g polietilen đã được trùng hợp từ
tối thiểu bao nhiêu phân tử etilen?
Câu 13 Đốt cháy hoàn toàn một lượng polietilen, sản phẩm cháy cho đi qua bình đựng dung dịch
Ca(OH)2 dư thấy xuất hiện 10 gam kết tủa Khối lượng bình thay đổi như thế nào?
Câu 14 Cho sản phẩm khi trùng hợp 1 mol etilen ở điều kiện thích hợp tác dụng vừa đủ 16g Brom
Hiệu suất phản ứng trùng hợp và khối lượng PE thu được là
Câu 15 Tiến hành phản ứng trùng hợp 5,2 gam stiren, sau phản ứng ta thêm 400 ml dung dịch nước
brom 0,125M, khuấy đều cho phản ứng hoàn toàn thấy dư 0,04 mol Br2 Khối lượng polime sinh ra
là
Câu 16 Một loại polime có cấu tạo không phân nhánh như sau
-CH2-CH2 -CH2-CH2 -CH2-CH2 -CH2-CH2- Công thức một mắt xích của polime này là
Câu 17.Polime X có phân tử khối là 280000 và hệ số trùng hợp n=10000 Vậy X là
Câu 18: Qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cao su thiên nhiên là polime của
monome
A buta-1,3-đien và stiren B 2-metylbuta-1,3-đien
Câu 19 Chỉ rõ monome của sản phẩm trùng hợp có tên gọi poli propilen (P.P)
Câu 20 Sản phẩm trùng hợp của buta-1,3-đien với CH2=CH-CN có tên gọi thông thường:
Câu 21 Giải trùng hợp polime ( CH2–CH(CH3)–CH(C6H5)–CH2 )n ta sẽ được monome
nào sau đây ?
A 2-metyl–3–phenylbut-2-en B 2–metyl–3–phenylbutan
Câu 22 Dùng poli(vinylaxetat) có thể làm được vật liệu nào sau đây?
Câu 23 Nhận xét về tính chất vật lí chung của polime nào dưới đây không đúng ?
A Hầu hết là những chất rắn, không bay hơi
B Hầu hết polime đều đồng thời có tính dẻo, tính đàn hồi và có thể kéo thành sợidai, bền
Trang 12C Đa số nóng chảy ở một khoảng nhiệt độ rộng, hoặc không nóng chảy mà bị
phân huỷ khi đun nóng
D Đa số không tan trong các dung môi thông thường, một số tan trong dung môi
thích hợp tạo dung dịch nhớt
Câu 24 Hai chất nào dưới đây tham gia phản ứng trùng ngưng với nhau tạo tơ nilon- 6,6
A Axit ađipic và etylen glicol B Axit picric và hexametylenđiamin
Câu 25 Polime nào sau đây có tên gọi "tơ nilon" hay "olon" được dùng dệt may quần áo ấm?
A Poli(metylmetacrylat) B Poliacrilonitrin
Câu 26 Poli(vinyl axetat) là polime được điều chế từ sản phẩm trùng hợp monome nào sau đây:
Câu 27: Trong số các polime tổng hợp sau đây: nhựa PVC (1), caosu isopren (2), nhựa bakelit (3),
thuỷ tinh hữu cơ (4), tơ nilon-6,6 (5) Các polime là sản phẩm trùng ngưng gồm:
A (1) và (5) B (1) và (2) C (3) và (4) D (3) và (5)
Câu 28 Để giặt áo bằng len lông cừu cần dùng loại xà phòng có tính chất nào sauđây ?
A Xà phòng có tính bazơ B Xà phòng có tính axit
Câu 29 Khi đun nóng, các phân tử alanin (axit -aminopropionic) có thể tạo sản phẩm nào sau
đây:
Câu 30 Trong số các polime sau: (1) tơ tằm, (2) sợi bông, (3) sợi len, (4) tơ enang, (5) tơ visco, (6)
tơ nilon, (7) tơ axetat Loại tơ nào có cùng nguồn gốc xenlulozơ?
Câu 31 Khi trùng ngưng phenol (C6H5OH) với metanal (HCHO) dư trong môi trường kiềm,
tạo ra polime có cấu trúc:
A Dạng mạch không phân nhánh B Dạng mạch không gian
Câu 32 Trong môi trường axit và môi trường kiềm, các polime trong dãy sau đều kém bền:
A Tơ nilon- 6,6, tơ capron, tơ tằm
B Sợi bông, tơ capron, tơ nilon -6,6
C Polistiren, polietilen, tơ tằm
D Nhựa phenol-fomađehit, poli(vinyl clorua), tơ capron
Câu 33 Poli (etyl acrylat) được điều chế bằng cách trùng hợp monome nào sau đây
Câu 34 Dãy gồm các polime được dùng làm tơ sợi là
A Tinh bột, xenlulozơ, nilon-6,6
B Xenlulozơ axetat, poli(vinyl xianua), nilon-6,6
C PE, PVC, polistiren
D Xenlulozơ, protein, nilon-6,6
Câu 35 Túi nilon dùng trong sinh hoạt thường ngày được cấu tạo chủ yếu từ polime:
Câu 36 Polime là các phân tử rất lớn hình thành do sự trùng hợp các monome Nếu propen
CH2=CHCH3 là monome thì công thức của polime tương ứng được biễu diễn là