Hóa Học 12 Bài 14: Vật Liệu Polime

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Chất dẻo

a. Khái niệm

- Chất dẻo là những vật liệu Polime có tính dẻo

- Vật liệu Compozit là vật liệu hỗn hợp gồm ít nhất hai thành phần phân tán vào nhau mà không tan vào nhau. Thành phần gồm chất nền (polime và chất phụ gia (chất độn, chất màu,...)

b. Một số Polime dùng làm chất dẻo

Polietilen (PE)

- Phương pháp tổng hợp: trùng hợp CH2=CH2

- Tính chất: mềm dẻo, tonc>110oC, tương đối trơ

- Ứng dụng: làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng

Poli(vinyl clorua)(PVC)

- Phương pháp tổng hợp: trùng hợp CH2=CHCl

- Tính chất: chất vô định hình, cách điện tốt, bền với axit

- Ứng dụng: làm vật liệu điện, ống dẫn nước, vải che mưa, da giả

Poli(metyl metacrylat) (PMM)

- Phương pháp tổng hợp: trùng hợp CH2=C(CH3)COOCH3

- Tính chất: trong suốt, cho ánh sáng truyền qua tốt

- Ứng dụng: chế tạo thủy tinh plexiglas

Poli(phenol-fomanđehit) PPF

Nhựa novolac (mạch không phân nhánh)

- Phương pháp tổng hợp: đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xt axit

- Tính chất: Rắn, dễ nóng chảy, dễ tan trong một số dm hữu cơ

- Ứng dụng: sản xuất sơn, vecni, …

Nhựa rezol (mạch không phân nhánh có một số nhóm -CH2OH còn tự do ở vị trí số 2 hoặc 4)

- Phương pháp tổng hợp: đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1:1,2 với xúc tác kiềm

- Tính chất: rắn, dễ nóng chảy, dễ tan trong một số dm hữu cơ

- Ứng dụng: sản xuất sơn, keo và nhựa rezit

Nhựa rezit (cấu trúc mạng không gian)

- Phương pháp tổng hợp: đun nóng nhựa rezol ở 150oC

- Tính chất: không nóng chảy, không tan trong nhiều dm hữu cơ

- Ứng dụng: chế tạo vỏ máy, các dụng cụ cách điện, …

1.2. Tơ

a. Khái niệm

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

b. Phân loại

- Tơ thiên nhiên: bông, len, tơ tằm

- Tơ hóa học:

• Tơ tổng hợp (tơ poliamit, vinylic)
• Tơ nhân tạo (tơ visco, tơ xenlulozơ axetat)

c. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

Tơ nilon-6,6

- Phương pháp tổng hợp: trùng ngưng hexametylenđiamin và axit ađipic

- Tính chất: dai, mềm mại óng mượt, ít thấm nước, kém bền nhiệt axit và kiềm

- Ứng dụng: dệt vải may mặc, vải lót săm lốp xe, bện là dây cáp, dây dù, đan lưới

Tơ lapsan

- Phương pháp tổng hợp: tổng hợp từ axit terephtalic và etylen glicol

- Tính chất: bền về mặt cơ học, bền với nhiệt, axit, kiềm

- Ứng dụng: dệt vải may mặc

Tơ nitron (olon)

- Phương pháp tổng hợp: trùng hợp từ vinyl xianua

- Tính chất: dai, bền với nhiệt, giữ nhiệt tốt

- Ứng dụng: dệt vải may quần áo ấm hoặc bện thành sợi đan áo rét

Tơ clorin

- Phương pháp tổng hợp: clo hóa PVC

- Tính chất: bền vững về mặt hóa học và đặc biệt không cháy

- Ứng dụng: chế tạo vải bọc và quần áo bảo hiểm

1.3. Cao su

a. Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi.

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

Cao su thiên nhiên

- Cấu trúc: Thuộc loại polime thiên nhiên

- Mắt xích cơ sở: isopren có cấu hình cis

Tính chất và ứng dụng

- Tính chất vật lí: đàn hồi, không dẫn nhiệt, điện, không thấm nước, khí, không tan trong nước, etanol

- Tính chất hóa học: có thể tham gia phản ứng ứng cộng dặc biệt tác dụng với S tạo cao su lưu hóa

- Cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dm hơn cao su không lưu hóa

- Tạo cầu nối -S-S- giữa các mạch phân tử cao su tạo mạng không gian

c. Cao su tổng hợp

Vật liệu polime tương tự cao su thiên nhiên, thường được điều chế từ các ankađien bằng pư trùng hợp

​- Cao su buna: Trùng hợp buta-1,3-đien với xt Na → cao su buna. Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên.

- Cao su buna-S: đồng trùng hợp buta-1,3-đien với stiren

- Cao su buna-N: đồng trùng hợp buta-1,3-đien với nitrinacrilo

- Cao su isopren trùng hợp isopren

- Cao su cloropren và floropren bền với dầu mỡ hơn cao su thiên nhiên.

1.4. Keo dán

a. Khái niệm

Vật liệu 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.

b. Phân loại

- Theo bản chất hóa học

• ​Keo dán hữu cơ
• Keo dán vô cơ

​- Theo dạng keo

• ​Keo lỏng
• Keo nhựa dẻo
• Keo bạng bột hay bản mỏng

c. Một số loại keo dán tổng hợp thông dụng

• Keo epoxi
• Keo ure-fomanđehit

​d. Một số loại keo dán tự nhiên

• Nhựa vá xăm
• Keo hồ tinh bột

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Bài tập về phản ứng trùng ngưng tạo polime

Bài 1: Đem trùng ngưng x kg axit ε-aminocaproic thu được y kg polime và 12,15 kg H2O với hiệu suất phản ứng 90%. Giá trị của x, y lần lượt là:

Hướng dẫn giải

nH2N–(CH2)5–COOH → [-NH–(CH2)5–CO-]n + nH2O

nH2O = 0,675 kmol ⇒ naxit = 0,675 kmol

Vì H = 90% ⇒ naxit thực tế = (0,675.100) : 90 = 0,75 kmol

⇒ x = 0,75.131 = 98,25 kg.

Áp dụng định luật BTKL, ta có:

y = 0,9.x - mH2O = 98,25.0,9 – 12,15

⇒ y = 76,275 kg

Bài 2: Khi trùng ngưng 7,5 gam axit amino axetic với hiệu suất 80%, ngoài amino axit còn dư, thu được m gam polime và 1,44 gam H2O. Giá trị của m là?

Hướng dẫn giải

nNH2CH2COOH → (−NH−CH2−CO−)n + nH2O

mNH2CH2COOH(pư) = 0,8.7,5 = 6(g)

mpolime =mNH2CH2COOH(pư) − mH2O = 6−1,44 =1,56g

2.2. Dạng 2: Bài tập về phản ứng trùng hợp

Bài 1: 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?

Hướng dẫn giải

Polime có Mmắt xích = \(\frac{{39062,5}}{{625}}\) = 62,5 ⇒ Dấu hiệu của nguyên tố clo.

Gọi công thức X là CxHyCl ⇒ 12x + y = 27

⇒ X có công thức là C2H3Cl ⇔ CH2=CHCl

Bài 2: Tiến hành trùng hợp 1 mol etylen ở điều kiện thích hợp, đem sản phẩm sau trùng hợp tác dụng với dung dịch Brom dư thì có 36 gam Br2 phản ứng. Hiệu suất phản ứng trùng hợp và khối lượng PE thu được là:

Hướng dẫn giải

nBr2 = netylen dư = 0,225 mol

⇒ H% = 1 – 0,225 = 77,5%

⇒ mPE = metylen phản ứng trùng hợp = 21,7 g

2.3. Dạng 3: Bài tập lưu hóa cao su thiên nhiên

Bài 1: Cao su lưu hóa có chứa 2,047% lưu huỳnh về khối lượng. Khoảng bao nhiêu mắt xích isopren có một cầu nối đisunfua -S-S-, giả thiết rằng S đã thay thế cho H ở cầu metylen trong mạch cao su?

Hướng dẫn giải

Ta có công thức của cao su isopren (C5H8)n.

(C5H8)n + 2S → C5nH8n−2S2.

1 mol (C5H8)n ⇒ mS = 64.

Khối lượng cao su = 68n + 62.

%S = \(\frac{{64}}{{68n + 62}}\) = 0,02 ⇒ n = 46.

Bài 2: Một loại cao su thiên nhiên đã được lưu hóa có chứa 2,05% lưu huỳnh về khối lượng. Hỏi cứ bao nhiêu mắt xích isopren có một cầu nối đisunfua -S-S- giả thiết rằng S đã thay thế nguyên tử H ở nhóm metylen trong mạch cao su?

Hướng dẫn giải

Gọi x là số mắt xích isopren có 1 cầu nối đi sunfua

Vì S đã thay thế nguyên tử H ở nhóm metylen trong mạch cao su và % S là 2,05 nên:

%S = \(\frac{{32.2}}{{12.5n + 8n - 2 + 32.2}}\) = 2,05% ⇒ x = 45

2.4. Dạng 4: Bài toán về phản ứng Clo hóa PVC

Bài 1: Khi clo hóa PVC thu được một loại tơ clorin chứa 60,17% clo về khối lượng, trung bình 1 phân tử clo phản ứng với k mắt xích trong mạch PVC. Giá trị của k là

Hướng dẫn giải

Ta có phản ứng:

C2kH3kClk + Cl2 → C2kH3k–1Clk+1 + HCl

⇒ %mCl/tơ = \(\frac{{35,5.(k + 1)}}{{24k + 3k - 1 + 35,5.(k + 1)}}\) = 0,6017

⇒ k = 7

Bài 2: Khi clo hóa PVC ta thu được một loại tơ clorin X. Biết trung bình một phân tử clo tác dụng với 4 mắt xích PVC. Tính % khối lượng clo trong tơ clorin X?

Hướng dẫn giải

C2kH3kClk + Cl2 → C2kH3k–1Clk+1 + HCl

Với k = 4: (C2H3Cl)4 + Cl2 → C8H11Cl5 + HCl

%Cl = \(\frac{{35,5.5}}{{12.8 + 11 + 35,5.5}}.100\% = 62,39\% \)

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Cho các loại vật liệu polime sau: tơ nilon -6,6; tơ axetat; tơ visco; tơ olon; tơ lapsan; tơ tằm; bông; nhưạ novolac; keo ure -fomanđehit. Tổng số loại vật liệu polime có chứa N trong thành phần phân tử là?

Câu 2: Cho các câu sau:

(1) PVC là chất vô định hình.

(2) Keo hồ tinh bột được tạo ra bằng cách hòa tan tinh bột trong nước.

(3) Poli (metyl metacrylat ) có đặc tính trong suốt, cho ánh sáng truyền qua.

(4) Tơ lapsan được tạo ra do phương pháp trùng hợp.

(5) Vật liệu compozit có độ bền, độ nhịu nhiệt tốt hơn polime thành phần.

(6) Cao su thiên nhiên không dẫn điện, có thể tan trong xăng, benzen và có tính dẻo.

(7) Tơ nitron bền và giữ nhiệt tốt nên thường được dùng để dệt vải may áo ấm.

Số nhận định trên Đúng hay Sai?

Câu 3: Tơ được sản xuất từ xenlulozơ là tơ nào trong 4 loại tơ sau: to tằm, tơ capron, tơ nilon-6,6, tơ visco

Câu 4: Trùng hợp 1,50 tấn etilen thu được m tấn polietilen (PE) với hiệu suất phản ứng bằng 80%. Giá trị của m là:

Câu 5: Cứ 2,844 g cao su Buna S phản ứng hết với 1,731g Br2 trong CCl4.Tỉ lệ mắt xích buta-1,3-đien và Stiren trong loại cao su đã cho là?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Polime X là chất rắn trong suốt, cố khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt nên được dùng chế tạo thủy tinh hữu cơ plexiglas. Tên gọi của X là:

A. Poliacrilonitrin.

B. Poli (metyl metacrylat).

C. Polietilen.

D. Poli (vinyl clorua).

Câu 2: Polime nào sau đây được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp?

A. Poly vinyl (vinyl clorua)

B. Polisaccarit

C. Poli (etylen terephtalat)

D. Nilon- 6,6

Câu 3: Poli(metyl metacrylat) và nilon-6 được tạo thành từ các monome tương ứng là

A. CH2CH-COOCH3 và H2N-[CH2]6-COOH.

B. CH2=C(CH3)-COOCH3 và H2N-[CH2]6-COOH.

C. CH2=C(CH3)-COOCH3 và H2N-[CH2]5-COOH.

D. CH3-COO-CH=CH2 và H2N-[CH2]5-COOH.

Câu 4: Trùng hợp hiđrocacbon nào sau đây tạo ra polime dùng để sản xuất cao su buna ?

A. 2-metylbuta-l,3-đien

B. penta-l,3-đien

C. but-2-en

D. buta-l,3-đien

Câu 5: Cao su Buna-S được điều chế bằng cách đồng trùng hợp

A. butađien-1,3 và stiren.

B. butađien-1,3 và lưu huỳnh.

C. buten-2 và stiren.

D. butađien-1,3 và nitriri.

3.3. Trắc nghiệm Online

Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Vật liệu Polime Hóa học 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.

Trắc Nghiệm

4. Kết luận

Ở bài học này các em sẽ khám phá được một số điều thú vị từ vật liệu Polime trong cuộc sống hàng ngày, từ đó biết được cấu tạo cũng như ứng dụng của chúng:

• Khái niệm về một số vật liệu polimer, chất dẻo, cao su, tơ vật liệu compoxit và keo dán.
• Biết được thành phần cấu tạo cũng như tính chất và ứng dụng của chúng.