Sách bài tập Hóa 12 Bài 9 (Cánh diều): Vật liệu polymer

Giải SBT Hóa 12 Bài 9: Vật liệu polymer

Bài 9.1 trang 30 Sách bài tập Hóa học 12: Polymer nào sau đây được dùng để chế tạo chất dẻo?

A. Polybuta-1,3-diene.

B. Poly(phenol-formaldehyde).

C. Polyisoprene.

D. Poly(urea-formaldehyde).

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

A. Sai, polybuta-1,3-diene được dùng để chế tạo cao su.

B. Đúng, poly(phenol-formaldehyde) được dùng để chế tạo chất dẻo.

C. Sai, polyisoprene được dùng để chế tạo cao su.

D. Sai, poly(urea-formaldehyde) được dùng để chế tạo keo dán.

Bài 9.2 trang 30 Sách bài tập Hóa học 12: Polymer X là chất rắn trong suốt, có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt nên được dùng để chế tạo thuỷ tinh hữu cơ. Tên gọi của X là

A. poly(methyl methacrylate).

B. poly(phenol-formaldehyde).

C. polyethylene.

D. poly(vinyl chloride).

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Poly(methyl methacrylate) là chất rắn trong suốt, có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt nên được dùng để chế tạo thuỷ tinh hữu cơ.

Bài 9.3 trang 30 Sách bài tập Hóa học 12: Polypropylene (PP) là chất dẻo thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thiết bị y tế, đồ gia dụng, ... Vật liệu được chế tạo từ PP thường có kí hiệu như hình bên, PP được tổng hợp từ monomer nào sau đây?

A. ${\text{CH}}_2={\text{CH}}_2$.

B. ${\text{CH}}_2=\text{CHCN}$.

C. ${\text{CH}}_3\text{CH}={\text{CH}}_2$.

D. ${\text{C}}_6{\text{H}}_5\text{OH}$ và HCHO.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Polypropylene (PP) được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp propylene: CH₃-CH=CH₂.

Bài 9.4 trang 30 Sách bài tập Hóa học 12: PVC là chất rắn vô định hình, cách điện tốt, bền với acid, được dùng làm vật liệu cách điện, ống dẫn nước, vải che mưa, ... PVC được tổng hợp trực tiếp từ monomer nào sau đây?

A. Acrylonitrile.

B. Vinyl chloride.

C. Vinyl acetate.

D. Propylene.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

PVC được tổng hợp trực tiếp từ monomer vinyl chloride (CH₂=CHCl) bằng phản ứng trùng hợp.

Bài 9.5 trang 30 Sách bài tập Hóa học 12: Polystyrene (PS) là chất nhiệt dẻo thường được sử dụng để sản xuất đồ nhựa như li, chén dùng một lần hoặc hộp đựng thức ăn mang về tại các cửa hàng. Ờ khoảng trên 80oC, PS bị biến đồi trở nên mềm, dính. Do vậy, nên tránh hâm nóng thực phẩm chứa trong các loại hộp này. Monomer được dùng để điều chế PS là

A.

B. CH₂=CHCH=CH₂

C. CH₂=CH₂

D. CH₂=CHCH₃

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Monomer được dùng để điều chế PS là C₆H₅-CH=CH₂ (bằng phản ứng trùng hợp).

Bài 9.6 trang 30 Sách bài tập Hóa học 12: Với nhu cầu chế tạo vật liệu an toàn với môi trường, năm 2005 sản phẩm "hộp bã mía" - bao bì từ thực vật và an toàn cho sức khoẻ với nhiều tính năng vượt trội so với hộp xốp đã ra đời. Đây là loại bao bì có thành phần hoàn toàn tự nhiên, phần lớn là sợi bã mía từ nhà máy đường, với khả năng chịu nhiệt rộng từ -40 đến 200^oC, bền nhiệt trong lò vi sóng, lò nướng nên an toàn với sức khoẻ con người. Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Thành phần chính của hộp bã mía là cellulose.

(b) Hộp bã mía phân huỷ sinh học được nên thân thiện với môi trường.

(c) Hộp xốp đựng thức ăn nhanh làm từ chất dẻo PS cũng là vật liệu dễ phân huỷ sinh học.

(d) Hộp bã mía có thành phần chính là polymer thiên nhiên, hộp xốp từ chất dẻo là polymer tổng hợp.

Lời giải:

(a) Đúng.

(b) Đúng.

(c) Sai, hộp xốp đựng thức ăn nhanh làm từ chất dẻo PS không phải là vật liệu dễ phân huỷ sinh học.

(d) Đúng.

Bài 9.7 trang 31 Sách bài tập Hóa học 12: Với sự phát triển của công nghệ hiện đại, vật liệu composite đã nhanh chóng được đưa vào sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau, nhất là ngành vật liệu mới. Đặc biệt là các vật liệu composite polymer với các đặc tính ưu việt như nhẹ, bền với môi trường ăn mòn, độ dẫn nhiệt và dẫn điện thấp. Do vậy, loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong hàng không, xây dựng,... Ví dụ, 50% vật liệu chế tạo máy bay Boeing 787 là vật liệu composite. Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Sợi carbon được dùng làm vật liệu cốt trong composite do độ bền cao, nhẹ, kháng hoá chất, chịu được nhiệt độ cao và giãn nở nhiệt thấp.

(b) Vật liệu nền là chất dẻo giúp các pha gián đoạn liên kết được với nhau để tạo một khối kết dính và thống nhất, giúp bảo vệ vật liệu cốt, ổn định màu sắc, giữ được độ dẻo dai,...

(c) Thành phần của các vật liệu composite gồm một vật liệu nền và một vật liệu cốt.

(d) Vật liệu composite với cốt là bột gỗ được sử dụng làm ván lát sàn, cánh cửa, tấm ốp trong nội thất.

Lời giải:

(a) Đúng.

(b) Đúng.

(c) Sai, vật liệu composite có thể gồm một hay nhiều vật liệu cốt .

(d) Đúng.

Bài 9.8 trang 31 Sách bài tập Hóa học 12: Hãy ghép thông tin ở cột A với vật liệu polymer thích hợp ở cột B.

Lời giải:

1 - a, b,c;

2 - d, g;

3 - g ;

4 - a, b, c;

5 - a, g;

6 - b, c.

Bài 9.9 trang 32 Sách bài tập Hóa học 12: Sợi visco thuộc loại

A. polymer trùng ngưng.

B. polymer bán tổng hợp.

C. polymer thiên nhiên.

D. polymer tổng hợp.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Sợi visco thuộc loại tơ bán tổng hợp, thành phần chính là cellulose.

Bài 9.10 trang 32 Sách bài tập Hóa học 12: Tơ sợi là một nguyên liệu quan trọng trong ngành dệt may và sản xuất vật liệu. Tơ sợi được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên hoặc tổng hợp. Các loại tơ sợi phổ biến bao gồm tơ sợi tự nhiên như tơ tằm, lông cừu, sợi cotton và tơ sợi tổng hợp như nylon,...

Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Tơ nylon-6,6 và tơ capron thuộc loại tơ polyamide.

(b) Tơ nylon, tơ tằm, tơ visco đều bền với nhiệt độ.

(c) Quần áo được dệt bằng sợi len lông cừu, tơ tằm không nên giặt với xà phòng có độ kiềm cao.

(d) Tơ capron và tơ olon đều có thành phần chứa nhóm – CO – NH–.

Lời giải:

(a) Đúng.

(b) Sai. Tơ nylon, tơ tằm, tơ visco kém bền với nhiệt độ.

(c) Đúng.

(d) Sai. Tơ olon không có thành phần chứa nhóm – CO – NH–.

Bài 9.11 trang 32 Sách bài tập Hóa học 12: Tơ visco được sản xuất phổ biến từ đầu thế kỉ XX, là một loại chất liệu được làm từ bột gỗ của cây như tre, đậu nành, mía,..., qua quá trình xử lí hoá học được sợi visco. Sợi visco thấm hút mồ hôi và thoáng khí, mềm mại nên rất phổ biến trong việc sản xuất quần áo, đặc biệt là trang phục mùa hè vì nó giúp người mặc cảm thấy mát mẻ và thoải mái. Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Tơ visco thuộc loại tơ thiên nhiên.

(b) Tơ visco thuộc loại tơ bán tổng hợp.

(c) Sợi visco có thành phần chính là cellulose đã được xử lí hoá chất.

(d) Tơ là vật liệu polymer hình sợi, dài, mảnh, có độ bền nhất định, mạch không nhánh.

Lời giải:

(a) Sai. Tơ visco thuộc loại tơ bán tổng hợp.

(b) Đúng.

(c) Đúng.

(d) Đúng.

Bài 9.12 trang 32 Sách bài tập Hóa học 12: Cao su isoprene được tổng hợp từ monomer nào sau đây?

A. ${\text{CH}}_2=\text{C}\left({\text{CH}}_3\right)\text{CH}={\text{CH}}_2$.

B. ${\text{CH}}_3\text{CH}=\text{C}={\text{CH}}_2$.

C. ${\left({\text{CH}}_3\right)}_2\text{C}=\text{C}={\text{CH}}_2$.

D. ${\text{CH}}_2=\text{CHCH}={\text{CH}}_2$.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Cao su isoprene được tổng hợp từ monomer ${\text{CH}}_2=\text{C}\left({\text{CH}}_3\right)\text{CH}={\text{CH}}_2$ bằng phản ứng trùng hợp.

Bài 9.13 trang 32 Sách bài tập Hóa học 12: Cao su buna-N được tổng hợp bằng cách trùng hợp buta-1,3-diene với chất nào sau đây?

A. Isoprene.

B. Natri.

C. Acrylonitrile.

D. Styrene.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Cao su buna-N được tổng hợp bằng cách trùng hợp buta-1,3-diene với acrylonitrile.

Bài 9.14 trang 33 Sách bài tập Hóa học 12: Keo dán là vật liệu polymer

A. có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu rắn với nhau.

B. có khả năng tạo liên kết hydrogen giữa các vật liệu được kết dính.

C. có thành phần gồm vật liệu cốt và vật liệu nền là chất kết dính.

D. có khả năng kết dính khi thêm chất đóng rắn.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Keo dán là vật liệu polymer có khả năng kết dính bề mặt của hai vật liệu rắn với nhau mà không làm biến đổi bản chất của các vật liệu được kết dính.

Bài 9.15 trang 33 Sách bài tập Hóa học 12: Năm 1839, Charles Goodyear đã được cấp bằng sáng chế cho phát minh về quy trình hoá học để chế tạo ra cao su lưu hoá - một loại cao su có cấu trúc đặc biệt, bền cơ học, chịu được sự ma sát, va chạm, đàn hồi tốt và có thế đúc được. Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Cao su lưu hoá còn có tên gọi là cao su buna-S.

(b) Bản chất của việc lưu hoá cao su là tạo ra cầu nối disulfide -S-S- giữa các mạch cao su nên cao su lưu hoá có tính chất cơ lí nổi trội hơn.

(c) Trong mủ cao su thiên nhiên, polymer có tính đàn hồi là polyisoprene.

(d) Cao su lưu hoá có cấu trúc mạng không gian nên bền hơn cao su chưa lưu hoá.

Lời giải:

(a) Sai. Cao su buna-S là loại cao su được điều chế bằng cách cho buta-1,3-diene trùng hợp với styrene.

(b) Đúng.

(c) Đúng.

(d) Đúng.

Bài 9.16 trang 33 Sách bài tập Hóa học 12: Keo dán dùng để kết dính các vật liệu và được sử dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất. Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Nhựa vá săm là dung dịch keo của cao su trong dung môi hữu cơ dùng để vá săm xe.

(b) Keo dán epoxy gồm hai thành phần là hợp chất có chứa hai nhóm epoxy ở hai đầu và chất đóng rắn.

(c) Bản chất của keo dán epoxy là tạo ra polymer có cấu trúc mạng không gian bền chắc, giúp gắn kết tốt hai vật liệu lại với nhau.

(d) Khi sử dụng keo dán poly(urea-formaldehyde) cần bổ sung chất đóng rắn để tạo polymer có mạch phân nhánh.

Lời giải:

(a) Đúng.

(b) Đúng.

(c) Đúng.

(d) Sai. Khi sử dụng keo dán poly(urea-formaldehyde) cần bổ sung chất đóng rắn để tạo polymer có mạng không gian.

Bài 9.17 trang 33 Sách bài tập Hóa học 12:

a) Hãy quan sát kí hiệu trên vật liệu chất dẻo như hình bên, tìm hiểu và cho biết thành phần và những lưu ý khi sử dụng chúng.

b) Em hãy đề xuất một số biện pháp để hạn chế sử dụng chất dẻo nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi truờng và bảo vệ sức khoẻ con người.

c) Hãy đề xuất một số biện pháp tái sử dụng đồ dủng từ chất dẻo để sử dụng ở gia đình và trường học.

Lời giải:

a)

b) Biện pháp hạn chế sử dụng chất dẻo:

- Sử dụng túi vải hoặc túi giấy thay thế túi nhựa.

- Chọn sản phẩm có bao bì thân thiện với môi trường như giấy hoặc vật liệu phân hủy sinh học.

- Tăng cường giáo dục và nâng cao nhận thức về việc giảm thiểu sử dụng chất dẻo.

- Hỗ trợ và tuân thủ các quy định pháp luật về hạn chế sử dụng nhựa dùng một lần.

c) Biện pháp tái sử dụng đồ dùng từ chất dẻo:

- Sử dụng hộp nhựa cũ để trồng cây hoặc làm chậu hoa.

-Tái sử dụng chai nhựa làm bình tưới cây hoặc đồ chơi cho trẻ em.

- Dùng hộp nhựa để lưu trữ đồ dùng học tập hoặc đồ dùng gia đình.

- Chế tạo các vật dụng trang trí từ chai nhựa như đèn lồng, hộp đựng bút. …

Bài 9.18 trang 34 Sách bài tập Hóa học 12: Trong công nghiệp, người ta điều chế PVC từ ethylene (thu được từ dầu mỏ) theo sơ đồ sau:

Giả sử hiệu suất mỗi quá trình (1), (2) và (3) tương ứng là 50%, 65% và 60% , hãy tính số kg PVC thu được khi dùng 1000 m³ khí ethylene (ở 25^oC và 1 bar).

Lời giải:

Số mol 1000 m³ khí ethylene (ở 25^oC và 1 bar): $\frac{1000}{24,79}\mathrm{k}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Số kg PVC thu được: $\frac{1000}{24,79}.\frac{50}{100}.\frac{65}{100}.\frac{60}{100}.62,5=491,63\mathrm{k}\mathrm{g}$

Bài 9.19 trang 34 Sách bài tập Hóa học 12: Trong công nghiệp, để điều chế cao su buna người ta có thể đi từ nguyên liệu khí ethylene thu được từ dầu mỏ theo sơ đồ sau:

Tính số m³ ethylene (ở 25^oC và 1 bar) cần lấy để điều chế được 1 tấn cao su buna theo sơ đồ trên. Giả sử hiệu suất phản ứng của mỗi quá trình (1), (2) và (3) trong sơ đồ trên lần lượt là 65%, 50% và 70%.

Lời giải:

Số m³ ethylene (ở 25^oC và 1 bar) cần:

$\frac{1000}{54}\mathrm{.2.}\frac{100}{70}.\frac{100}{50}.\frac{100}{65}.24,79=4035,82{\mathrm{m}}^3$

Bài 9.20 trang 34 Sách bài tập Hóa học 12: Caprolactam được tổng hợp từ cuối thế kỉ XIX. Hiện nay, nhu cầu sản xuất caprolactam trên thế giới khoảng 10 triệu tấn/năm; 90% trong đó dùng để tồng hợp tơ capron. Trong công nghiệp, caprolactam được điều chế theo so đồ sau:

Để sản xuất 10 triệu tấn caprolactam, cần sử dụng bao nhiêu tấn cyclohexanone (giả sử hiệu suất trung bình của cả quá trình trên là 60%)?

Lời giải:

Số tấn cyclohexanone cần dùng: $\frac{{10.10}^6}{113}.\frac{100}{60}.98=14,{454.10}^6$ (tấn).

Lý thuyết Vật liệu polymer

I. Chất dẻo

1. Khái niệm

Chất dẻo là những vật liệu polymer có tính dẻo

2. Một số polymer được dùng làm chất dẻo

Phản ứng điều chế chất dẻo từ phản ứng trùng hợp

3. Ứng dụng của chất dẻo

Chất dẻo có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất như: sản xuất bao bì đóng gói, sản xuất đồ gia dụng, đồ nội thất, vật liệu cách nhiệt,…

4. Tác hại của việc lạm dụng chất dẻo

- Việc lạm dụng nhựa trong cuộc sống dẫn đến một lượng nhựa khổng lồ được thải ra môi trường.

- Khi đốt, rác thải nhựa sẽ làm cho đất bị ô nhiễm, làm giảm chất lượng đất và ngăn cản quá trình khí oxygen đi vào đất, gây tác động xấu đến thực vật

- Quá trình phân hủy nhiều loại rác thải nhựa có thể kéo dài hàng trăm năm. Vì vậy khi tích tụ quá nhiều rác thải nhựa sẽ gây ra sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và động vật.

5. Một số biện pháp hạn chế sử dụng chất dẻo

- Hạn chế sử dụng các vật dụng làm bằng chất dẻo, thay thế bằng vật dụng làm từ vật liệu khác

- Tăng cường sử dụng vật dụng bằng inox hoặc thủy tinh thay thế cho vật dụng sử dụng một lần

- Tái chế và sử dụng các sản phẩm làm từ nhựa.

II. Vật liệu composite

1. Khái niệm

- Vật liệu composite là vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau, tạo nên vật liệu mới có tính chất vượt trội so với các vật liệu thành phần.

- Thành phần vật liệu composite gồm vật liệu nền (chủ yếu là polymer) và vật liệu cốt được trộn vào vật liệu nền để tăng tính chất cơ

- Vật liệu nền có thể là nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn tùy theo mục đích sử dụng. Vật liệu cốt có thể ở dạng sợi (sợi carbon, sợi vải,…) hoặc dạng bột (bột nhôm, bột silica,…).

2. Ứng dụng của một số composite

III. Tơ

1. Khái niệm và phân loại

a) Khái niệm

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

b) Phân loại

Theo nguồn gốc và quy trình chế tạo, tơ thường được phân loại như sau:

- Tơ tự nhiên: Là tơ có sẵn trong thiên nhiên như bông, sợi lanh, len lông cừu, tơ tằm,…

- Tơ tổng hợp: là tơ được chế tạo từ polymer tổng hợp như polyamide

- Tơ bán tổng hợp: là tơ xuất phát từ nguồn thiên nhiên nhưng được chế biến thêm bằng phương pháp hóa học

2. Một số loại tơ thường gặp

a) Tơ tự nhiên

Một số loại tơ thiên nhiên được sử dụng

b) Tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp

Một số loại tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp

IV. Cao su

1. Khái niệm

- Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi

- Tính đàn hồi là tính bị biến dạng của vật khi chịu lực tác dụng bên ngoài nhưng trở lại hình dạng ban đầu khi lực thôi tác dụng

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

2. Cao su thiên nhiên

- Cao su thiên nhiên được lấy từ cây cao su. Cao su thiên nhiên có tính đàn hồi, không dẫn điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, ethanol,… nhưng tan trong xăng và benzene.

- Cao su thiên nhiên có phản ứng với lưu huỳnh tạo cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dung môi hơn cao su không lưu hóa.

3. Cao su tổng hợp

+ Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém hơn cao su thiên nhiên. Cao su buna được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp buta – 1,3 – diene ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp, có kim loại Na xúc tác.

+ Cao su isoprene được sử dụng rộng rãi vì có tính đàn hồi tốt, độ bền cao, khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt tốt.

+ Cao su buna – S có tính đàn hồi cao, dùng để sản xuất lốp xe, đệm lót, đế giày, vật liệu chống thấm,…Cao su buna – S được điều chế bằng các cho buta – 1,3 – diene trùng hợp với styrene

+ Cao su buna – N có tính chống dầu tốt, được dùng để sản xuất găng tay cao su y tế, đai truyền động, ống, gioăng cao su,….Cao su buna – N được điều chế bằng cách cho buta – 1,3 – diene trùng hợp với acrylonitrile.

+ Cao su chloroprene có tính đàn hồi cao, bền với dầu mỡ, được dùng để bọc các ống thủy lực công nghiệp, ống nhún và đệm làm kín,…Cao su chloroprene được điều chế từ phản ứng trùng hợp chloroprene.

V. Keo dán

1. Khái niệm

- Keo dán là vật liệu có khả năng kết dính bề mặt của hai vật liệu rắn với nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính.

- Bản chất của keo dán là có thể tạo ra các màng rất mỏng, bền vững và bám chắc vào bề mặt các mảnh vật liệu được dán

2. Một số loại keo dán

a) Nhựa vá săm

Nhựa vá săm là dung dịch dạng keo của cao su trong dung môi hữu cơ như toluene, xylene,… thường được dùng để vá chỗ thủng của săm xe.

b) Keo dán epoxy

Keo dán epoxy còn gọi là keo dán hai thành phần. Thành phần chính là hợp chất chứa hai nhóm epoxy ở hai đầu.

Ưu điểm: độ kết dính rất cao, chịu nhiệt, chịu nước, chịu dung môi, chịu lực tốt, rất dễ sử dụng

c) Keo dán poly(urea – formaldehyde)

poly(urea – formaldehyde) được sản xuất từ urea và formaldehyde.

Keo dán bền với dầu mỡ và các dung môi thông dụng, thấm vào nước kém.