Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология производства добавок и вспомогательных веществ для полимеров. Лабораторный практикум
.pdf
Вариант 3. Получение сложного эфира путем
взаимодействия терефталевой кислоты с моноэтиленгликолем
и 2-этилгексанолом в поле МВИ
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, микроволновая
печь, термометр, обратный холодильник, насадка Дина-Старка,
перемешивающее устройство.
Реактивы: терефталевая кислота, моноэтиленгликоль,
тетрабутоксититан, 2-этилгексанол.
Методика проведения работы
Синтез сложного диэфира ТФК проводят в трехгорлой колбе,
снабженной механической мешалкой, обратным холодильником с
насадкой Дина-Старка, в токе инертного газа (азота) при 150-160 °С в
СВЧ-установке при мощности 525 Вт (рис. 3). В качестве спиртового
компонента используют МЭГ и 2-ЭГ в мольном соотношении:
[ТФК]:[МЭГ]:[2-ЭГ] = 1:1:2. Синтез ведут в присутствии ТБТ в
качестве катализатора, [kat]=0,045 моль/л. Процесс контролируют по
изменению кислотного числа реакционной массы. Общее время
реакции 6-7 часов. По окончании процесса осуществляют отгон
легколетучих веществ из реакционной массы в течение 1-2 ч при
температуре 150-180 °С под вакуумом.
Рис. 3. Установка синтеза диэфира
ТФК в СВЧ-поле:
1 – трехгорлая колба;
2 – МВИ-установка;
3 – механическая мешалка;
4 – ловушка Дина-Старка;
5 – обратный холодильник
Задание: 1. Написать уравнение реакции.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез.
21
4. Определить массы всех выделенных фракций и
Приход
Расход
Наименование
Количество
Наименование
Количество
кг
% мас.
кг
% мас.
Итого
: Итого
:
кубового остатка.
5. Определить эфирное, кислотное и гидроксильное
числа полученного эфира (согласно методике,
приведенной в прил. 3).
6. Составить материальный баланс.
Таблица 7
Материальный баланс на изготовление 1 кг
сложноэфирного пластификатора
на основе терефталевой кислоты
ингредиента
ингредиента
Характеристики исходных реагентов и вспомогательных веществ:
1. Терефталевая кислота (ТФК). Белый кристаллический порошок
(С8Н6О4). Массовая доля ТФК, %: 99,98. Тпл > 300 °С (с возгонкой), 427 °С (в
запаянном капилляре); плотность 1,510 г/см3 (20°С). Практически
нерастворима в воде, плохо растворяется в органических растворителях.
Кислотное число 672 мг КОН/г.
2. Моноэтиленгликоль (МЭГ) (1,2-этандиол). НО-СН2-СН2-ОН.
ГОСТ 19710-83. Бесцветная вязкая гигроскопичная жидкость без запаха,
сладковатого вкуса. Тпл = -12,7 °С, Т
= 197,6 °С, плотность 1,1088 г/см
кип
(20°С); вязкость (20 °С) 19,83 мПа·с. Хорошо растворим в воде, спиртах,
кетонах, умеренно - в бензоле, толуоле, диэтиловом эфире,
четыреххлористом углероде. В МЭГ плохо растворимы растительные и
животные масла и нерастворимы минеральные масла, парафины, каучук,
ацетил- и этилцеллюлоза, поливинилхлорид.
3. 2-Этилгексанол (2-ЭГ). СН3-СН2-СН2-СН2-СН(С2Н5)-СН2-ОН.
ГОСТ 26624-85 изм.1. Бесцветная, слегка вязкая жидкость с приятным
цветочным запахом. Тпл = -70 °С, Т
= 183,5 °С; плотность 0,8340 г/см
кип
(20°С). Растворим в большинстве органических растворителей,
растворимость в воде 0,07 % (по массе), с водой образует азеотропную смесь
с температурой кипения 99,1 °С.
3
3
22
4. Тетрабутоксититан (ТБТ). Ti(OCH2CH2CH2CH3)4. ТУ 6-09-2738-89.
Вязкая прозрачная жидкость жёлтого цвета.
5. Фталевый ангидрид С8H4O3. Тпл =130,85 °C, Т
Т
= 284,0 °C. ММ = 148,12. Бесцветные кристаллы, практически
всп
= 75-140 C,
кип
нерастворимые в воде, умеренно растворимые в органических растворителях.
Токсичен, вызывает раздражение кожи, слизистых оболочек глаз и носа,
способствует заболеванию бронхиальной астмой. ПДК = 1 мг/м3.
6. Бутанол C₄H₉OH. ММ = 74,12 г/моль, плотность 0,81 г/см³ (20 0С).
Динамическая вязкость 33,79 м. Тпл = -90,2 °C. Т
Т
= 345°C. pKa 16, показатель преломления 1,399. Бесцветная вязковатая
свспл
= 117,4 °C, Т
кип
= 34 °C,
всп
жидкость с характерным запахом сивушного масла. Смешивается с
органическими растворителями. В отличие от метанола, этанола и пропанола
только умеренно растворяется в воде: 7,6 г на 100 г воды. С ней образует
азеотроп, содержащий 42,5 % по массе бутанола и кипящий при 97,7 °C.
7. Серная кислота (концентрированная) H2SO4. ММ = 98,078 г/моль. При
обычных условиях тяжелая маслянистая жидкость, без цвета и запаха, с
кислым «медным» вкусом. Плотность 1,8356 г/см3, кинематическая вязкость
15,01 см2/c (при 20 0С), Тпл = -10,38 0С, Т
= 279,6 0С, удельная теплота
кип
плавления 10,73 Дж/кг.
8. Карбонат натрия Na2CO3. Тпл = 852 0С, Т
= 1600 0С, плотность
кип
2,53 г/см3 (20 0С), ММ = 105,99 г/моль, плотность 2,53 г/см3 (20 0С),
растворимость в воде 21,8 г/100 мл (при 20 0С)
9. Cульфат натрия Na2SO4. Белые гигроскопичные кристаллы.
ММ = 142,04 г/моль, плотность 2,68 г/см3 (20 0С), Тпл = 883 0С, растворимость
в воде 19,2 г/100 мл (при 20 0С) и 42,3 г/100 мл (при 100 0С).
Лабораторная работа 4
СИНТЕЗ КАРБОКСИЛАТОВ МЕТАЛЛОВ
Вариант 1. Получение стеарата цинка
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, термометр,
обратный холодильник, насадка Дина-Старка, перемешивающее
устройство.
Реактивы: стеариновая кислота, оксид цинка, вода.
23
Методика проведения работы
Наименование показателей
Значение
Массовая доля
Zn
, %
Температура
плавления
, 0С
Массовая доля золы, %
Массовая доля летучих, %
В реактор (см. рис. 2) загружают 0,123 моль стеариновой
кислоты, нагревают при перемешивании до Т=90-100 оС, вводят 0,059
моль оксида цинка, нагревают до 125-135 оС и выдерживают 30-40
мин (считая от момента загрузки оксида цинка). Затем при
интенсивном перемешивании быстро добавляют 12 мл горячей воды,
перемешивают в течение 10-20 мин, охлаждают и выгружают стеарат
цинка в виде тонкодисперсного порошка.
Задание: 1. Написать уравнение реакции.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез.
4. Определить массы всех выделенных фракций и
кубового остатка.
5. Составить материальный баланс.
6. Провести физико-химические испытания стеарата
цинка согласно методикам, приведенным в прил. 4.
Полученные данные внести в табл. 8.
Таблица 8
Результаты физико-химических испытаний
синтезированного стеарата цинка
Вариант 2. Получение карбоксилатов цинка одностадийным
способом в расплаве.
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, термометр,
обратный холодильник, насадка Дина-Старка, перемешивающее
устройство.
24
Реактивы: стеариновая кислота, олеиновая кислота, оксид
цинка.
Методика проведения работы
В круглодонную трехгорлую колбу, снабженную мешалкой,
термометром и насадкой Дина-Старка (см. рис. 2), последовательно
загружают 0,1063 моль олеиновой кислоты и 0,0704 моль стеариновой
кислоты и нагревают при перемешивании до 70
о
С. При температуре
70-120 оС в расплав смеси кислот в течение 0,5 ч порционно вводят
0,0884 моль оксида цинка. Далее реакцию ведут в течение 1-2 ч при
температуре 130÷140 оС.
Внимание! Надо учитывать, что реакция экзотермическая.
Температуру выше 140 оС поднимать нельзя, иначе продукт
потемнеет.
Образующаяся вода удаляется из зоны реакции в насадку ДинаСтарка. После прекращения выделения воды кубовый продукт
анализируют, определяя кислотное число, показатель которого
характеризует завершенность реакции. Процесс считается
законченным, когда кислотное число в пробах не превышает 1 мг
КОН/г. Полученный карбоксилат цинка выгружают из реактора,
охлаждают и размалывают. Проводят физико-химический анализ
продукта.
Задание: 1. Написать уравнение реакции.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез карбоксилата цинка.
4. Определить массу кубового остатка.
5. Составить материальный баланс.
6. Провести физико-химический анализ полученного
карбоксилата согласно методикам, приведенным в
прил. 4. Данные внести в табл. 9.
Примечание. В колбе остается много продукта, который сложно
выгрузить. Поэтому синтезы можно проводить в химическом стакане,
без насадки Дина-Старка в условиях, описанных выше. В процессе
реакции вода выделяется в виде белого «дымка». Когда прекращается
выделение пара, продукт следует проанализировать на кислотное
число, показатель которого характеризует завершенность реакции.
25
Процесс считается законченным, когда кислотное число в пробах не
Наименование показателей
Значение
Массовая доля
Zn
, %
Температура
плавления
, 0С
Массовая доля золы, %
Массовая доля летучих, %
превышает 1 мг КОН/г.
Таблица 9
Результаты физико-химических испытаний синтезированного
карбоксилата цинка
Вариант 3. Получение стеарата кальция
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, термометр,
обратный холодильник, перемешивающее устройство.
Реактивы: стеариновая кислота, гидроксид кальция, ацетон,
вода, поверхностно-активное вещество ОП-7.
Методика проведения работы
В реактор, снабженный мешалкой, термометром и обратным
холодильником (см. рис. 2), последовательно загружают 21 мл воды,
11,4 мл ацетона, 0,0264 моль стеариновой кислоты и 0,075 г ОП-7.
Полученную смесь нагревают до температуры 50-60 оС и вводят в нее
0,0132 моль гидроксида кальция. Реакцию ведут в течение 40-50 мин
при температуре 50-60 оС.
По ходу реакции отбирают пробы и определяют кислотное
число (согласно методике, приведенной в прил. 4) и остаточную
щелочность по лакмусовой бумаге или фенолфталеину. Процесс
считается законченным, когда в пробах отсутствует остаточная
щелочность и кислотное число в пробах не превышает 1 мг КОН/г.
При достижении требуемых параметров реакционную массу
отфильтровывают на воронке Бюхнера, полученный осадок сушат при
температуре 100-105 оС в течение 1 ч. Проводят физико-химический
анализ карбоксилата согласно методикам, приведенным в прил. 4.
26
Задание: 1. Написать уравнение реакции.
Наименование показателей
Значение
Массовая доля
Са
, %
Температура
плавления
, 0С
Массовая доля золы, %
Массовая доля летучих, %
Приход
Расход
Наименование
Количество
Наименование
Количество
кг
% мас.
кг
% мас.
Итого
: Итого
:
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез.
4. Определить массу выделенного осадка.
5. Составить материальный баланс.
6. Провести физико-химический анализ карбоксилата
согласно методикам, приведенным в прил. 4, заполнить
табл. 10.
Таблица 10
Результаты физико-химических испытаний синтезированного стеарата
кальция
Таблица 11
Материальный баланс на изготовление 1 кг
карбоксилатов металлов
Характеристики исходных реагентов и вспомогательных веществ:
1. Стеариновая кислота C17H35COOH. Белые кристаллы, нерастворимые в
воде и растворимые в диэтиловом эфире. Не имеет запаха. ММ = 284,48
г/моль, плотность 0,94 г/см3 (20 °С), Тпл = 69,6 0С, Т
2. Олеиновая кислота C17H33COOН. Бесцветная вязкая жидкость –
мононенасыщенная жирная кислота, без цвета и запаха. ММ = 282,46 г/моль,
плотность 0,895 г/см3 (20 °С). Тпл = 13-14 0С, Т
олеиновой кислоте имеет цисконфигурацию, изомеризация в трансизомер –
элаидиновую кислоту – протекает под действием различных катализаторов
27
= 376,1 0С
кип
= 360 0С. Двойная связь в
кип
(диоксид азота, алифатические нитрилы). Окисляется перманганатом калия с
расщеплением двойной связи, образуя смесь азелаиновой и пеларгоновой
кислот, гидрируется до стеариновой кислоты.
3. Оксид цинка ZnO. Бесцветный кристаллический порошок,
нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании и сублимирующийся при
1800 °C. ММ = 81,408 г/моль. Плотность 5,61 г/см3 (20 °С), показатель
преломления 2,015 и 2,068. Кристаллическая структура – гексагональная
сигнония.
4. Гидроксид кальция Ca(OH)2, гашеная известь. Химическое вещество,
сильное основание. Представляет собой порошок белого цвета, плохо
растворимый в воде. Получают путём взаимодействия оксида кальция
(негашеной извести) с водой (процесс получил название «гашение извести»):
CaO + H2O → Ca(OH)2. Эта реакция экзотермическая, идёт с выделением 16
ккал (67 кДж) на моль. ММ = 74,093 г/моль, плотность 2,211 г/ см3 (20 °С),
Тпл = 512 0С, растворимость в воде 0,166 г/100 г Н2О (при 20 0С).
5. Ацетон (диметилкетон) С3H6O. Бесцветная подвижная летучая
жидкость (при н.у.) с характерным резким запахом. Во всех соотношениях
смешивается с водой, диэтиловым эфиром, бензолом, метанолом, этанолом,
многими сложными эфирами и т.д. ММ = 58,08 г/моль, плотность 0,7899
г/см3 (20 °С), Тпл = -95 0С, Т
216,5 кДж/моль, показатель преломления 1,3588.
6. Поверхностно-активное вещество ОП-7. Маслоподобная жидкость или
паста от светло-желтого до светло-коричневого цвета, пожароопасная.
Массовая доля основного вещества не менее 88%, массовая доля воды не
более 0,3%. Т
вызывает контактный дерматит, при попадании в глаза развивается
конъюктивит.
= 49 0С, Т
всп
= 56,1 0С, Т
кип
= 357 0С, ПДК=1,5 мг/м3. Попадание на кожу
свспл
=-19 0С, энтальпия образования -
всп
Лабораторная работа 5
СИНТЕЗ АНТИПИРЕНА ДИБРОМСТИРОЛА
Приборы, инструменты: плоскодонная колба на 50 мл,
капельная воронка, воздушный холодильник (магнитная мешалка).
Реактивы: стирол, бром, хлороформ (CHCl3).
Методика проведения работы
В колбу на 100 мл, снабженную капельной воронкой и
воздушным холодильником (магнитная мешалка), помещают раствор
28
0,048 моль стирола в 7 мл CHCl3 и к нему добавляют раствор 0,0526
Приход
Расход
Наименование
Количество
Наименование
Количество
кг
% мас.
кг
% мас.
Итого
: Итого
:
моль брома в 7 мл CHCl3 . Температура не должна подниматься выше
15°С. Ниже 5°С реакционная смесь твердеет, что делает невозможным
ее перемешивание. После добавления всего количества брома
реакционную смесь выдерживают в течение 1 ч при температуре 20°С.
Затем растворитель отгоняют на роторном испарителе до постоянного
веса.
Рис. 4. Лабораторная установка для
синтеза поливинилового спирта:
1– градуированный мерник раствора;
2– круглодонная трехгорлая колба;
3– обратный холодильник;
4– мешалка с глицериновым затвором
Задание: 1. Написать уравнение реакции.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез.
4. Определить выход дибромстирола.
5. Составить материальный баланс.
Материальный баланс на изготовление 1 кг
карбоксилатов металлов
Характеристики исходных и вспомогательных веществ:
29
Таблица 12
1. Стирол С8H8. Плотность 0,909 г/см3 (20 °С), Тпл = -30 0С, Т
ММ = 104,15 г/моль. Бесцветная жидкость со специфическим запахом.
Стирол практически нерастворим в воде, хорошо растворим в органических
растворителях, хороший растворитель полимеров. Большую часть стирола
(около 85 %) в промышленности получают дегидрированием этилбензола
при температуре 600 - 650 °С, атмосферном давлении и разбавлении
перегретым водяным паром в 3-10 раз, при этом используются оксидные
железо-хромовые катализаторы с добавкой карбоната калия. Стирол легко
окисляется, присоединяет галогены, полимеризуется (образуя твердую
стекловидную массу - полистирол) с различными мономерами.
Полимеризация происходит уже при комнатной температуре (иногда со
взрывом), поэтому при хранении стирол стабилизируют антиоксидантами
(например, третбутилпирокатехином, гидрохиноном). Стирол – яд
общетоксического действия, обладает раздражающим, мутагенным и
канцерогенным эффектом и имеет очень неприятный запах (порог ощущения
запаха 0.07мг/м³).
2. Бром Br2. ММ = 158,808 г/моль. Массовая доля Br2 не менее 99,6 %,
массовая доля остатка после прокаливания не более 0,002 %, массовая доля
органических веществ не более 0,02 %, массовая доля сульфатов (SO4) не
более 0,002%, массовая доля хлора (Cl) не более 0,04%, массовая доля йода
(I) не более 0,0005%.
3. Хлороформ CHCl3. При нормальных условиях бесцветная летучая
жидкость c эфирным запахом и сладким вкусом. Практически нерастворим в
воде, образует с ней растворы с массовой долей до 0,23 %, смешивается с
большинством органических растворителей. Негорюч. Возможны отравления
фосгеном при работе с хлороформом, который долго хранился в тёплом
месте. ММ = 119,38 г/моль. Плотность 1,483 г/см3 (20 °С), Тпл = -63,5 0С, Т
= 61,2 0С, показатель преломления 1,4467.
= 145 0С.
кип
кип
Лабораторная работа 6
СИНТЕЗ ОТВЕРДИТЕЛЯ ЭТАНОЛАМИДА
КАСТОРОВОГО МАСЛА
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, термометр,
обратный холодильник, масляная баня, перемешивающее устройство.
Реактивы: касторовое масло, триэтаноламин, краситель прямой
синий.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]