Лабораторная работа № 25 высокомолекулярные синтетические соединения (полимеры)

Цель работы

Изучение синтеза и некоторых физических и химических свойств полимеров, способов распознавание пластмасс и волокон.

Оборудование и реактивы

Водяная баня, пробирки, пробки с газоотводными трубками, пробиркодержатель, пробки, спиртовка, спички, стакан, стеклянная палочка, фарфоровые чашки, предметное стекло, асбестовая сетка.

Набор пластмасс: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, капрон, аминопласт, полиметилметакрилат, целлулоид; набор волокон: вискозное, ацетатное, нитрон, хлорин, лавсан, хлопок, шерсть, шелк, капрон; фенол (к), этанол C₂H₅OH, ацетон, бензол, дихлорэтан; растворы: азотная кислота HNO₃ (конц.), серная кислота H₂SO₄ (конц.), соляная кислота HCl (конц.), гидроксид натрия NaOH (10%), нитрат серебра AgNO₃, формалин, перманганат калия KMnO₄.

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, ознакомьтесь со свойствами пластмасс и волокон (приложение 10, 11).

Экспериментальная часть²⁶

Опыт 1. Полимеризация и деполимеризация альдегидов

В фарфоровую чашку налейте 4–5 мл формалина и осторожно выпаривайте на водяной бане. Что представляет собой твердый остаток?

________________________________________________________________________________

Остаток нагревают на открытом огне (тяга). Запишите наблюдения и дайте объяснения происходящим изменениям с помощью уравнений реакций.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Получение феноло-формальдегидных смол

В пробирку поместите 1 г фенола и 1,5 мл раствора формальдегида, смесь нагрейте до получения однородной массы. Добавьте несколько капель конц. соляной кислоты и продолжайте нагревание до расслоения смеси. Верхний слой слейте, налейте немного воды и нагрейте еще 1–2 мин. Затем воду снову слейте, а новолачная смолу перенесите на предметное стекло, где она через некоторое время затвердевает.

n + (n–1)CH₂O →

Испытайте полученную смолу на растворимость в спирте. Небольшое количество смолы нагревают в фарфоровой чашке до затвердевания. Испытывают растворимость в спирте затвердевшей смолы.

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Свойства полиэтилена

3.1. Кусочек полиэтиленовой трубки или другого изделия (но не пленки) положите на проволочную сетку и осторожно нагрейте. При помощи стеклянной палочки измените форму изделия. Дайте кусочку полиэтилена остыть и еще раз попытайтесь изменить его форму, меняется ли форма?

________________________________________________________________________________

3.2. Несколько мелких кусочков полиэтилена поместите в пробирку с раствором перманганата калия. Содержимое пробирки подогрейте.

________________________________________________________________________________

3.3. Поместите в три пробирки немного кусочков полиэтилена. В первую пробирку при­лейте конц. азотную кислоту, во вто­рую – конц. серную кислоту, в третью – разб. раствор гидроксида натрия. Через 10 мин содержи­мое пробирок перемешайте стеклянной па­лочкой. Все пробирки осторожно нагрейте.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Определение хлора в поливинилхлориде

4.1. Внесите кусочек поливинилхлорида в пламя, обратите внимание на запах продуктов горения и цвет пламени.

________________________________________________________________________________

4.2. Поместите несколько кусочков поливинилхлорида в пробирку, закройте ее пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в другую пробирку с 1–2 мл раствора нитрата серебра. Конец газоотводной трубки держите в 0,5–1 см от поверхности раствора. Содержимое первой пробирки сильно нагрейте.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Свойства капрона

5.1. Тигельными щипцами внесите образец капронового волокна в пламя горелки и поднесите влажную красную лакмусо­вую бумажку к выделяющимся газам.

________________________________________________________________________________

5.2. Поместите немного капронового волок­на в фарфоровую чашку и нагрейте ее. Из расплава волокна стеклянной палоч­кой попытайтесь вытянуть нить.

________________________________________________________________________________

5.3. Поместите в четыре пробирки немного капронового волокна. В первую пробирку при­лейте конц. азотную кислоту, во вто­рую – конц. серную кислоту, в третью – разб. раствор гидроксида натрия, а в чет­вертую – ацетон. Через 10 мин содержи­мое пробирок перемешайте стеклянной па­лочкой.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Распознавание пластмасс и волокон

Распознавание пластмасс и волокон следует начать с внешнего осмотра, а затем перейти к исследованию их отношения к нагреванию и горению. При сжигании прослеживают, с какой скоростью происходит горение, исследуют запах продуктов разложения, свойства остатка сгорания. Затем проверяют действие на волокна кислот, щелочей и растворителей.

6.1. В четырех пакетах находятся пластмассы: I вариант – поливинилхлорид, аминопласт, целлулоид и фенопласт; II вариант – полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат и капрон. Определите, какая пластмасса находится в каждом из пакетов. Результаты опытов запишите в таблицу.

Пластмасса	Внешние признаки	Отношение к нагреванию, горению	Действие растворителей
			ацетона	дихлорэтана	бензола
1.
2.
3.
4.

6.2. В четырех пакетах находятся волокна: I вариант – натуральный шелк (или шерсть), вискозное волокно, нитрон и лавсан; II вариант – хлопчатобумажная ткань, ацетатное волокно, хлорин и капрон. Определите, какое вещество находится в каждом из пакетов. Результаты опытов запишите в таблицу.

Волокна	Сжигание (скорость горения, запах, остаток)	Действие HNO3 (конц.)	Действие H2SO4 (конц.)	Действие NaOH (10%)	Действие ацетона
1.
2.
3.
4.

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Что общего и различного в свойствах пластичности и эластичности? Чем это объясняется?

2. Чем различаются по строению макромолекулы каучуков и волокон? И как это оказывает влияние на их свойства? Показать на примере волокон и каучуков, при каких условиях может возрастать кристалличность полимеров.  

3. Проведите классификацию изученных полимеров по известным вам признакам.  

4. Приведите примеры веществ-мономеров, используемых в реакции полимеризации. Укажите общее в их строении и свойствах.  

5. Приведите примеры веществ-мономеров, используемых в реакции поликонденсации. Укажите общее в их строении и свойствах.  

6. Приведите примеры веществ-мономеров, используемых в реакции сополимеризации.  

7. В чем принципиальная разница химических процессов полимеризации, сополимеризации и поликонденсации?  

8. Какие признаки положены в основу классификации ВМС? Ответ конкретизируйте.  

9. Какие характеристики являются определяющими в свойствах ВМС?  

10. Какие реакции лежат в основе получения полимеров? Приведите примеры.  

11. Напишите уравнения реакций получения поливинилхлорида.  

12. Напишите уравнение реакции получения полипропилена.  

13. Напишите уравнение реакции получения фенол-формальдегидной смолы.  

14. Какие соединения называют аминами? Составьте схему поликонденсации адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Назовите образовавшийся полимер.

15. Напишите схему строения синтетического каучука, полученного из 2,3‑диметилбутадиена, считая, что он представляет собой продукт 1,4-полимеризации.

16. Какой путь получения синтетического каучука разработал С. В. Лебедев? Приведите уравнения реакций.

17. Напишите схему строения бутадиен-стирольного каучука, считая для простоты, что он представляет собой регулярный полимер, в котором на одно стирольное звено приходится три бутадиеновых, и что бутадиен реагирует только в положениях 1,4.

18. Что такое хлоропреновый каучук? Как синтезировать необходимый для его получения мономер?

19. Рассчитайте содержание хлора (%) в хлоропреновом каучуке.

20. Напишите схему строения бутадиен-нитрильного каучука, считая, что он представляет собой регулярный полимер, в котором на один остаток акрилонитрила приходится три остатка бутадиена, и что бутадиен реагирует только в положениях 1,4.

Пример. Перечислите основные типы полимеров и приведите примеры.

Решение

• термопласт – полимер, способный легко менять форму при нагревании (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол и др.).

• эластопласт – способен растягиваться в несколько раз и обратимо восстаннавливать форму после снятия деформирующего усилия (каучуки, резины).

• реактопласт – полимер, в котором при обработке протекают необратимые реакции дополимеризации, что делает невозможность их дальнейшей термической деформации (обработки).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

ЛИТЕРАТУРА

основная

1. Артеменко А. И. Органическая химия. М.: Высшая школа, 2005.

2. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2005.

3. Глинка Н. Л. Общая химия. СПб.: Химия, 2005.

дополнительная

4. Абрамычева Н. Л. и др. Практикум по общей химии / Под ред. С. Д. Дунаева. М.: МГУ, 2005.

5. Ахметов Н. С., Азизова М. К., Бадыгина Л. И. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии. М.: Высшая школа, 2003.

6. Балезин С. А., Ерофеев Е. Е., Подобаев Н. И. Основы физической и коллоидной химии. М.: Просвещение, 1975.

7. Березин Б. Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М.: Высшая школа, 1998.

8. Васильев В. П. Аналитическая химия. Ч. 1, 2. М.: Высшая школа, 1989.

9. Васюков В. М. Общая химия: лабораторный практикум. Тольятти: ТГУС, 2007.

10. Васюков В. М., Третьякова Т. П. Химия: учебно-методическое пособие. Тольятти: ТГУС, 2007.

11. Глинка Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. Л.: Химия, 1983.

12. Добычин Д. П. Физическая и коллоидная химия. М.: Просвещение, 1986.

13. Иванов В. Г., Горленко В. А., Гева О. Н. Органическая химия. М.: Академия, 2005.

14. Кемпбел Дж. Современная общая химия. Т. 1–3. М.: Мир, 1975.

15. Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии. М.: Экзамен, 2007.

16. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. М.: КолосС, 2006.

17. Логинов Н. Я., Воскресенский А. Г., Солодкин И. С. Аналитическая химия. М.: Просвещение, 1979.

18. Некрасов Б. В. Основы обшей химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1973.

19. Перекалин В. В., Зонис С. А. Органическая химия. М.: Просвещение, 1982.

20. Пузанкова Н. В. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Химия» по теме «Химическая идентификация». Тольятти: ТГИС, 2001.

21. Слюсарева О. М. Методические указания к практическим заданиям по химии на тему: «Электрохимические процессы». Тольятти: ПТИС, 1998.

22. Слюсарева О. М. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Химия». Тольятти: ТГИС, 2003.

23. Третьякова Т. П. Лабораторный практикум по неорганической и органической химии. Тольятти: ТГИС, 2006.

24. Угай Я. А. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2004.

25. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Агар, 1999.