Лабораторная работа № 5 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 часть9
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
Что общего и различного в свойствах пластичности и эластичности? Чем это объясняется?
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.
Проведите классификацию изученных полимеров по известным вам признакам.
Приведите примеры веществ-мономеров, используемых в реакции полимеризации. Укажите общее в их строении и свойствах.
Приведите примеры веществ-мономеров, используемых в реакции поликонденсации. Укажите общее в их строении и свойствах.
Приведите примеры веществ-мономеров, используемых в реакции сополимеризации.
В чем принципиальная разница химических процессов полимеризации, сополимеризации и поликонденсации?
Какие признаки положены в основу классификации ВМС? Ответ конкретизируйте.
Какие характеристики являются определяющими в свойствах ВМС?
Какие реакции лежат в основе получения полимеров? Приведите примеры.
Напишите уравнения реакций получения поливинилхлорида.
Напишите уравнение реакции получения полипропилена.
Напишите уравнение реакции получения фенол-формальдегидной смолы.
Какие соединения называют аминами? Составьте схему поликонденсации адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Назовите образовавшийся полимер.
Напишите схему строения синтетического каучука, полученного из 2,3‑диметилбутадиена, считая, что он представляет собой продукт 1,4-полимеризации.
Какой путь получения синтетического каучука разработал С. В. Лебедев? Приведите уравнения реакций.
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.
Что такое хлоропреновый каучук? Как синтезировать необходимый для его получения мономер?
Рассчитайте содержание хлора (%) в хлоропреновом каучуке.
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).
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________