Chuyên đề tháng 01 / 2019 LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ POLIME PHẦN I: Đặt vấn đề Trong trình giảng dạy mơn Hóa học trường THPT, lý thuyết tập polime ngày trọng đề cập nhiều kì thi THPTQG Đây vấn đề hay quan trọng chương trình hóa học 12, lại khó nhớ Để giúp đỡ em phần việc năm vững lý thuyết giải số dạng tập dạng xây dựng chuyên đề “ LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ POLIME” PHẦN II:Giải vấn đề A LÝ THUYẾT I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP Khái niệm Polime hợp chất có phân tử khối lớn nhiều đơn vị nhỏ (gọi mắt xích) liên kết với t , P , Xt A ��� � A n n: hệ số polime hóa hay độ polime hóa A: gọi monome Phân loại ● Theo nguồn gốc Polime thiên nhiên Polime tổng hợp Polime nhân tạo hay bán tổng hợp Có nguồn gốc từ thiên nhiên: Do người tổng hợp nên: polietilen, Do chế hóa phần polime thiên cao su, xelulozơ, Protein nhựa phenol-fomanđehit nhiên: xenlulozơ trinitrat, tơ visco, ● Theo cách tổng hợp Polime trùng hợp Polime trùng ngưng: Tổng hợp phản ứng trùng hợp: (–CH 2–CH2–)n Tổng hợp phản ứng trùng ngưng (–CH2–CHCl–)n (–HN–[CH2]6–NH–CO–[CH2]4–CO–)n ● Theo cấu trúc Polime có mạch khơng phân nhánh (PVC, PE, PS, cao su, xenlulozơ, ) Polime có mạch nhánh (amilopectin, glicogen), Polime có cấu trúc mạng khơng gian (rezit, cao su lưu hóa) Theo ứng dụng Chất dẻo Polietilen (PE) Poli(vinyl clorua) (PVC) Poli(metyl metacrylat) Tơ Tơ nilon-6,6 Tơ lapsan Tơ nitron (hay olon) Cao su Cao su buna Cao su isopren Keo dán Keo dán epoxi Keo dán ure fomanđehit Danh pháp Tên polime thường gọi theo công thức: Poli + tên monome Ví dụ : (–CH2–CH2–)n polietilen (–C6H10O5–)n polisaccarit, Nếu tên monome gồm từ trở lên từ hai monome tạo nên polime tên monome phải để ngoặc đơn Ví dụ : (–CH2–CHCl– )n poli(vinyl clorua) ; (–CH2–CH=CH–CH2–CH(C6H5)–CH2–)n poli(butađien - stiren) Một số polime có tên riêng (tên thơng thường) Ví dụ : (–CF2–CF2–)n : Teflon ; (–NH– [CH2]5–CO–)n : Nilon-6 ; (C6H10O5)n : Xenlulozơ ; II ĐIỀU CHẾ Có thể điều chế polime phản ứng trùng hợp trùng ngưng Phản ứng trùng hợp Trùng hợp trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome), giống hay tương tự thành phân tử lớn (polime) Điều kiện để monome tham gia phản ứng trùng hợp cần có yếu tố sau: Trong phân tử phải có liên kết bội (như CH2=CH2, CH2=CHC6H5, CH2=CH–CH=CH2) Vòng bền chứa liên kết CO-NH: o xt, t ,p Ví dụ : nCH2 = CHCl ��� � ( CH2 – CHCl )n vinyl clorua(VC) poli(vinyl clorua) (PVC) CH2 - CH2 - C =O n H2C xt,t CH2 - CH2 - NH caprolactam ( NH[CO2]5CO ) n tơ capron Ngoài phản ứng trùng hợp từ loại monome cịn có phản ứng đồng trùng hợp hỗn hợp monome gọi phản ứng đồng trùng hợp o nCH2 CH CH CH2 + nCH CH2 t , p, xt C6H5 CH2 CH CH CH2 CH CH2 n C6H5 Poli(butađien – stiren) Phản ứng trùng ngưng Trùng ngưng trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome)thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng phân tử nhỏ khác (như H2O, ) Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng : Các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có hai nhóm chức có khả phản ứng để tạo liên kết với Ví dụ: HOCH2CH2OH HOOCC6H4COOH ; H2N[CH2]6NH2 HOOC[CH2]5COOH ; H2N[CH2]5COOH ;… Phản ứng trùng ngưng chia thành loại: Từ monome: nH2N[CH2]5COOH xt, to, p axit -aminocaproic NH[CH2]5CO n + nH2O policaproamit(nilon-6) Từ monome nHOOC C6H4 COOH + nHO CH2 CH2 OH axit terephtalic etylen glicol xt, to, p CO C6H4 CO O CH2 CH2 O n + 2nH2O poli(etylen terephtalat) (lapsan) III VẬT LIỆU POLIME CHẤT DẺO a Khái niệm b Một số polime dùng làm chất dẻo Phản ứng trùng hợp a Polietilen (PE) nCH2 CH2 xt, to, p etilen CH2 CH2 n polietilen(PE) b Poli(vinyl clorua) (PVC) nCH2 CH Cl vinyl clorua xt, to, p CH2 CH n Cl poli(vinyl clorua) (PVC) PVC chất vơ định hình, cách điện tốt, bền với axit, dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, vải che mưa, da giả, c Poli stiren (Nhựa PS) nCH xt, to, p CH2 CH CH2 n C6H5 C6H5 c Nhựa PMM (thuỷ tinh hữu - plexiglas) Poli(metyl metacrylat) Poli(metyl metacrylat) điều chế từ metyl metacrylat CH3 xt,t nCH =C - COOCH3 - CH -C n COOCH3 CH3 d Nhựa PVA nCH2 xt, to, p CH OCOCH3 CH CH2 OCOCH3 n Thuỷ phân PVA môi trường kiềm thu poli vinylic: to CH2 n + nNaOH OCOCH3 CH CH n + nCH3COONa OH CH2 Phản ứng trùng ngưng f Nhựa PPF Poli(phenol - fomanđehit) (PPF) có dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit Nhựa novolac: Nếu dư phenol xúc tác axit OH n OH + H ,t + nHCHO o CH2 n + nH2O TƠ a Khái niệm b Phân loại Tơ chia làm loại : + Tơ thiên nhiên (sẵn có thiên nhiên) bơng, len, tơ tằm +Tơ hóa học (chế tạo phương pháp hóa học): chia làm nhóm - Tơ tổng hợp (chế tạo từ polime tổng hợp) tơ poliamit (nilon, capron), tơ vinylic (vinilon) - Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo (xuất phát từ polime thiên nhiên chế biến thêm phương pháp hóa học) tớ visco, tơ xenlulozơ axetat, c Một số loại tơ tổng hợp thường gặp + Tơ capron (nilon-6) thuộc tơ poli amit nH2N[CH2]5COOH n CH2 CH2 CH2 CH2 xt, to, p NH[CH2]5CO n + nH2O CH2 C=O NH xt, to, p NH[CH2]5CO n +Tơ enang (nilon-7) thuộc tơ poli amit nH2N[CH2]6COOH xt, to, p HN[CH2]6CO n + nH2O +Tơ nilon-6,6: thuộc tơ poli amit xt, to, p nNH2[CH2]6NH2 + nHOOC[CH2]4COOH NH[CH2]6NHCO[CH2]4CO n + 2nH2O + Tơ clorin CH2 CH CH2 CH Cl Cl n + n Cl2 xt, to, p +Tơ dacron (lapsan) thuộc tơ poli este CH2 CH CH CH Cl Cl Cl n n + HCl xt, to, p nHOOC C6H4 COOH + nHO CH2 CH2 OH axit terephtalic etylen glicol CO C6H4 CO O CH2 CH2 O n + 2nH2O poli(etylen terephtalat) (lapsan) + Tơ nitron (hay olon, poliacrilonitrin, poli vinyl xianua) nCH2=CH–CN o t ,p, xt ��� � (–CH2–CH(CN)–)n CAO SU a Khái niệm b Các loại cao su + Cao su buna Na, t nCH2=CHCH=CH2 ��� � n CH CH CH CH buta-1,3-đien (butađien) polibutađien (cao su buna) + Cao su buna – S o nCH2 CH CH CH2 + nCH CH2 t , p, xt CH2 CH CH CH2 CH CH2 n C H5 C6 H + Cao su buna – N nCH2 CH CH o CH2 t , p, xt CH2 + nCH CH2 CH CH CN CH2 CH CH2 n CN + Cao su isopren xt, to, p nCH2 CH2 C CH CH2 n CH3 poliisopren (cao su isopren) C CH CH2 CH3 2-metylbuta-1,3-dien (isopren) + Cao su clopren nCH2 CH C to, p, xt CH2 CH2 CH Cl C CH2 Cl n f Cao su flopren nCH2 C CH xt, to, p CH CH2 F C F CH CH n B MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP TÍNH TỐN ● Dạng : Tính số mắt xích xác định cấu tạo mắt xích polime Ví dụ : Khối lượng phân tử tơ capron 15000 đvC Số mắt xích trung bình phân tử loại tơ gần là: A 145 B 133 C 118 D 113 Hướng dẫn giải Cấu tạo tơ capron : N H (CH2)5 C O a 113a 15000 � a 132,7 �133 Suy : ● Dạng : Phản ứng clo hóa Ví dụ : Tiến hành clo hố poli(vinyl clorua) thu loại polime X dùng để điều chế tơ clorin Trong X có chứa 66,18% clo theo khối lượng Vậy, trung bình có mắt xích PVC phản ứng với phân tử clo ? A B C D Hướng dẫn giải Đặt a số mắt xích –CH2–CHCl– hay –C2H3Cl– tham gia phản ứng với phân tử Cl2 Do PVC khơng có liên kết bội, nên phản ứng với Cl2 : C2aH3aCla + Cl2 �� � C2aH3a-1Cla+1 + HCl (1) %Cl 35,5(a 1) 66,18 � a 24a (3a 1) 35,5(a 1) 100 Hoặc tính sau : %Cl 35,5(a 1) 66,18 � a %(C, H) 24a 3a 100 66,18 ● Dạng : Phản ứng lưu hóa cao su Ví dụ : Một loại cao su lưu hố chứa 1,714% lưu huỳnh Hỏi khoảng mắt xích isopren có cầu nối đisunfua –S–S–, giả thiết S thay cho H nhóm metylen mạch cao su A 52 B 25 C 46 D 54 Hướng dẫn giải Mắt xích cao su isopren có cấu tạo : –CH2–C(CH3) =CH –CH2– hay (–C5H8–) Giả sử có n mắt xích cao su isopren tham gia phản ứng lưu hóa cao su tạo cầu nối đisunfua –S–S– Phương trình phản ứng : C5nH8n + 2S � C5nH8n-2S2 + H2 (1) (cao su lưu hóa) Theo giả thiết cao su lưu hóa lưu huỳnh chiếm 1,714% khối lượng nên ta có : 2.32 100 1,714 � n 54 68n 2.32 TRẮC NGHIỆM Một loại polime bền với nhiệt axit, tráng lên "chảo chống dính" polime có tên gọi sau đây? A Plexiglas – poli(metyl metacrylat) B Poli(phenol – fomanđehit) (PPF) C Teflon – poli(tetrafloetilen) D Poli(vinyl clorua) (nhựa PVC) Polime sau thành phần chất dẻo A Poliacrilonitrin B Polistiren C Poli(metyl metacrylat) D Polietilen Tơ nitron (tơ olon) có thành phần hóa học gồm nguyên tố A C, H, N B C, H, N, O C C, H D C, H, Cl Chất trùng hợp tạo polime A CH3OH B CH3COOH C HCOOCH3 D CH2=CH-COOH Phát biểu sau ? A Polime hợp chất nhiều phân tử monome hợp thành B Polime hợp chất có phân tử khối lớn C Polime hợp chất có phân tử khối lớn nhiều đơn vị nhỏ liên kết với tạo nên D Các polime tổng hợp phản ứng trùng hợp Chất sau có khả tham gia phản ứng trùng hợp? A CH3–CH2–CH3 B CH2=CH–CN C CH3–CH3 D CH3–CH2–OH Trong chất sau : etan, propen, benzen, glyxin, stiren Chất cho phản ứng trùng hợp để tạo polime ? A stiren, propen B propen, benzen C propen, benzen, glyxin, stiren D glyxin Cho dãy chất: CH2=CHCl, CH2=CH2, CH2=CH-CH=CH2, H2NCH2COOH Số chất dãy có khả tham gia phản ứng trùng hợp A B C D Cho chất sau: caprolactam, phenol, stiren, toluen, metyl metacrylat, isopren Số chất có khả tham gia phản ứng trùng hợp A B C D 10 Polietilen sản phẩm phản ứng trùng hợp A CH2=CH-Cl B CH2=CH2 C CH2=CH-CH=CH2 D CH2=CH-CH3 11 Khi tiến hành phản ứng trùng ngưng axit ađipic hexametylenđiamin ta thu tơ nilon-6,6 chứa 12,39% nitơ khối lượng Tỉ lệ số mắt xích axit ađipic hexametilenđiamin mẫu tơ là: A 1:3 B 1:1 C 2:3 D 3:2 11 Clo hoá PVC thu tơ clorin Trung bình mắt xích PVC có ngun tử H bị clo hố % khối lượng clo tơ clorin : A 61,38% B 60,33% C 63,96% D 70,45% 12 Clo hoá PVC thu polime chứa 63,96% clo khối lượng, trung bình phân tử clo phản ứng với k mắt xích mạch PVC Giá trị k : A B C D 13 Cao su lưu hóa (loại cao su tạo thành cho cao su thiên nhiên tác dụng với lưu huỳnh ) có khoảng 2,0% lưu huỳnh khối lượng Giả thiết S thay cho H cầu metylen mạch cao su Vậy khoảng mắt xích isopren có cầu đisunfua –S–S– ? A 50 B 46 C 48 D 44 14 Một loại cao su lưu hoá chứa 1,78% lưu huỳnh Hỏi khoảng mắt xích isopren có cầu nối đisunfua -S-S-, giả thiết S thay cho H nhóm metylen mạch cao su A 54 B 25 C 52 D 46 ... Chất trùng hợp tạo polime A CH3OH B CH3COOH C HCOOCH3 D CH2=CH-COOH Phát biểu sau ? A Polime hợp chất nhiều phân tử monome hợp thành B Polime hợp chất có phân tử khối lớn C Polime hợp chất có... chia làm nhóm - Tơ tổng hợp (chế tạo từ polime tổng hợp) tơ poliamit (nilon, capron), tơ vinylic (vinilon) - Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo (xuất phát từ polime thiên nhiên chế biến thêm phương... ta có : 2.32 100 1,714 � n 54 68n 2.32 TRẮC NGHIỆM Một loại polime bền với nhiệt axit, tráng lên "chảo chống dính" polime có tên gọi sau đây? A Plexiglas – poli(metyl metacrylat) B Poli(phenol