Практикум. 
Химия

Контрольные вопросы и задания.

• 1. Дайте определение реакции полимеризации. Рассмотрите радикальный механизм полимеризации (инициирование, рост цепи, обрыв цепи) на примере получения поливинилхлорида.
• 2. Объясните механизм ионной полимеризации (катионной и анионной). Какие вещества можно использовать в качестве инициаторов ионной полимеризации?
• 3. Дайте определение реакции поликонденсации. Какие полимеры получают методом поликонденсации?
• 4. Дайте определение полимерам, олигомерам и мономерам. Как подразделяются полимеры?
• 5. Опишите строение, свойства, использование натурального каучука.
• 6. Опишите строение молекулы крахмала, его химические свойства и использование.
• 7. Опишите строение, физические и химические свойства молекул целлюлозы, применение целлюлозы для получения взрывчатых веществ и искусственных волокон.
• 8. Дайте характеристику белкам как высокомолекулярным веществам. Опишите строение и структуру белков, их функции в живом организме.
• 9. Опишите структуру полимеров: линейную (регулярную, нерегулярную), разветвленную, сетчатую. В чем состоит различие кристаллических и аморфных полимеров?
• 10. Опишите физические и химические свойства синтетических полимеров. Какое применение находят полимеры благодаря их свойствам?

Примеры выполнения заданий.

1. Рассчитайте степень полимеризации изобутилена при получении полиизобутилена с молярной массой полимера 56 280.

Решение.

1. Запишем уравнение получение полиизобутилена:

2. Рассчитаем молекулярную массу мономера, из которого состоит полимер:

Дано:

М= 56 280.

Найти: п

Ответ: п = 1005.

2. Вычислите объем пропилена (при н.у.), затраченный для синтеза одной молекулы полипропилена со средней молекулярной массой 84 000. Какова степень полимеризации?

Дано:

М_ср = 84 000.

Решение.

Найти: V (—С₃Н₆—).

• 2. Рассчитаем степень полимеризации:
• 1. Вычислим молекулярную массу мономера: М_м(С₃Н_е) = 42 г/моль.

3. Найдем по соотношению объем пропилена:

Ответ: п = 2000; V = 44,8 м.

3. При набухании 150 г каучука поглотилось 200 мл хлороформа (плотность 1,9 г/мл). Рассчитайте степень набухания каучука.

Дано:

т₀(каучук) = 150 г У (хлороформ) = 200 мл р (хлороформ) = 1,9 г/мл Найти: а — ?

Решение.

1. Степень набухания выражается уравнением: где т₀, т — масса исходного и набухшего полимера.

2. Найдем массу хлороформа, но формуле: т_{ = V? р = т — т₍₎

т_{(хлороформ) = 200 -1,9 = 380 (г).

3. Рассчитаем степень набухания полимера:

Ответ: а = 2,53.

Задания для самостоятельной работы.

1. Напишите структурные формулы предложенных веществ, составьте схемы полимеризации мономеров (с учетом возможности существования структурных и геометрических изомеров) и приведите названия полученных полимеров.

2. Составьте структурные цепи полимеров и запишите уравнения реакций их получения с указанием названия исходных веществ.

• 3.28,2 г фенола нагрели с избытком формальдегида в присутствии кислоты. При этом образовалось 5,116 г воды. Определите среднюю молярную массу полученного высокомолекулярного продукта реакции, считая, что поликонденсация протекает только линейно и фенол полностью вступает в реакцию.
• 4. Рассчитайте среднюю степень полимеризации природного каучука, если средняя молекулярная масса его составляет 200 тыс. г/моль.
• 5. При катионной полимеризации получен полимер с п = 5000. Как изменится п при уменьшении концентрации катализатора в 2 раза?
• 6. Рассчитайте степень полимеризации адипиновой кислоты, если получен полимер с молекулярной массой 13 600.
• 7. Полимер массой 2 г поместили в склянку с бензином. Через 20 мин полимер вынули из склянки и взвесили, масса стала 2,5 г. Рассчитайте степень набухания.
• 8. Вычислите степень полимеризации полиэтилена, если молекулярная масса равна 50 000.
• 9. При набухании 200 г каучука поглотилось 964 мл хлороформа (плотность 1,9 г/мл). Рассчитайте степень набухания каучука и состав полученного студня (в массовых долях).
• 10. Найдите степень полимеризации полиметилметакрилата со средней молекулярной массой 60 000.
• 11. При набухании образца резины массой 50 г поглотилось 15 мл бензола (плотность 0,89 г/мл). Рассчитайте степень набухания резины.
• 12. Степень набухания полиамидного волокна капрон в воде составляет 10—12%. Как изменится при этом масса образца полимера от первоначального значения 75 г?
• 13. Степень набухания полиакрилонитрильного волокна в воде составляет 2%. Как изменится при этом масса образца полимера от первоначального значения 425 г?
• 14. Вычислите объем пропилена (при н.у.), затраченный для синтеза одной молекулы полипропилена со средней молекулярной массой 84 000. Какова степень полимеризации?
• 15. Вычислите степень полимеризации полипропилена, если его молекулярная масса равна 10 000.

Тест для самоконтроля

• 1. Из млечного сока какого растения получают натуральный каучук?
• 1) одуванчика;
• 2) молочая;
• 3) гевеи.
• 2. С каким веществом взаимодействует натуральный каучук при вулканизации?
• 1) с серной кислотой;
• 2) оксидом серы (1У);
• 3) серой.
• 3. Какой полимер является продуктом фотосинтеза у зеленых растений?
• 1) каучук;
• 2) крахмал;
• 3) ДНК.
• 4. Из остатков какого полимера состоит молекула крахмала?
• 1) нециклической а-глюкозы;
• 2) циклической а-глюкозы;
• 3) циклической р-глюкозы.
• 5. Какова последовательность образования промежуточных продуктов при гидролизе крахмала?
• 1) декстрины — мальтоза — глюкоза;
• 2) мальтоза — декстрины — глюкоза;
• 3) глюкоза — мальтоза — декстрины.
• 6. Какой природный полимер представляет собой твердое волокнистое вещество, не растворяющееся в воде и других растворителях?
• 1) крахмал;
• 2) целлюлоза;
• 3) белок.
• 7. Какая структура является последовательностью чередования различных аминокислотных звеньев в полипептидной цепи?
• 1) первичная;
• 2) вторичная;
• 3) третичная.
• 8. Какая стадия реакции полимеризации представляет собой образование активных радикалов из соединений со слабыми связями?
• 1) инициирование;
• 2) рост цепи;
• 3) обрыв цепи.
• 9. Как называется синтез полимеров из мономеров с двумя или несколькими функциональными группами, сопровождающийся образованием низкомолекулярных продуктов?
• 1) радикальная полимеризация;
• 2) ионная полимеризация;
• 3) поликонденсация.

Ответы к тесту

Лабораторная работа № 14 Получение синтетических полимеров Цель работы: получение полимеров.

Реактивы: метиловый эфир метакриловой кислоты, пероксид бензоила, НС1 (конц.); С₆Н₅ОН (тв.), НСОН (р-р), уротропин, ацетон, вазелин.

Оборудование: штатив с пробирками, горелка, держатель, микрошпатель, стеклянная палочка, стеклянные стаканы, стекло или металлическая пластинка, водяная баня, вазелин.

Ход работы

Опыт 1. Получение полимера (плексигласа).

Налейте в пробирку 2 мл метилового эфира метакриловой кислоты. В качестве инициатора добавьте 0,05 г пероксида бензоила. Нагрейте пробирку с содержимым на кипящей водяной бане, пока жидкость не примет сиропообразную консистенцию. После этого поместите пробирку в стакан с водой, нагретой до 60—70°С. Когда полимер затвердеет, разбейте пробирку и извлеките стекловидную массу полимера (плексигласа).

Опыт 2. Получение новолачной смолы.

В пробирку поместите 2 г фенола (С₆Н₅ОН), прилейте 3—4 мл формалина (40% водный раствор НСОН) и добавьте 2—3 капли концентрированной соляной кислоты. Пробирку погрузите в кипящую водяную баню и время от времени перемешивайте содержимое пробирки стеклянной палочкой. Когда наступит бурная реакция (через 2—3 мин) со вспениванием и последующим расслоением, верхний водяной слой сливают и образовавшуюся фенолформальдегидную смолу «подсушивают», оставляя пробирку на 10 мин в кипящей водяной бане. Затем смолу выгружают при помощи стеклянной полочки на металлическую пластинку и дают затвердеть при остывании на воздухе.

Остатки смолы в пробирке и на палочке растворите в 2—3 мл ацетона. Полученным лаком покройте небольшую поверхность металла или дерева.

Запишите в журнале формулу новолачной смолы. Размягчается ли эта смола при нагревании?

Опыт 3. Получение резольной смолы.

В пробирку поместите 2 г фенола и 0,7 г уротропина и слабо нагрейте в пламени горелки в течение 1 — 1,5 мин до образования густой жидкости желтого цвета, при более длительном надевании происходит осмоление с образованием продукта темно-красного цвета. При реакции наблюдается сильное вспучивание в результате выделение аммиака. Желтую жидкость вылейте па стекло, смазанное вазелином, или на металлическую пластинку. Происходит быстрое ее остывание, и образуется прозрачная светло-желтая хрупкая термореактивная смола. Полученную смолу испытайте на излом. Какое свойство при этом обнаруживается?

Часть полученной смолы нагрейте. Плавится ли она при нагревании?