«Формированиеосновных понятий о ВМС в курсе средней школы с экологической составляющей»
СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Глава 1.МЕСТО СИНТЕТИЧЕСКИХ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХОСНОВЕ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ
1.1Историческая справка
1.2Синтетические высокомолекулярные вещества и полимерные материалы на их основе вшкольных программах по химии
1.2.1 Понятиео высокомолекулярных соединениях
1.2.2Синтетические каучуки
1.2.3Синтетические волокна
Глава II. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯПРОБЛЕМАТИКА, СВЯЗАННАЯ С СИНТЕТИЧЕСКИМИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ИПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ИХ ОСНОВЕ
2.1 Полимерыв решении сырьевой проблемы
2.2Поливинилхлорид и материалы на его основе
2.3Пенополистирол в строительстве — это опасно или нет?
2.4Разрушающиеся пластмассы. Биополимеры Фоторазрушение
Синтетическиебиоразрушаемые пластики. Растворимыепластики
2.5 Разложениеили повторное использование отходов?
Глава 3.ИЗУЧЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ НА УРОКЕ ПО ХИМИИ В СРЕДНЕЙШКОЛЕ
3.1 Планурока. Ход урока
3.2 Задачи
3.3 Тесты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Человеческое общество по мере своего развития входит во все большуюзависимость от сырьевых ресурсов окружающей среды. Масштабы потреблениянекоторых веществ минерального происхождения уже приближаются, а в будущеммогут превысить естественные возможности природы.
Совершенно новые перспективы впланете создания материалов с заданными свойствами открывает химия полимеров. Внастоящее время трудно найти отрасль народного хозяйства, где бы ни применялисьполимеры; из которых получены материалы с малой плотностью, высокой прочностью,устойчивостью к агрессивным средам, простотой переработки в изделия и т. д.
Основную массу используемых полимеров (около 2/3) составляют полученныеболее полувека назад полиэтилен, полипропилен, полистирол. Областииспользования этих полимеров весьма разнообразны — машиностроение, электротехника,транспорт, медицина, строительство и т. д.
С применением полимеров в значительной степени связан прогресс встроительной практике и архитектуре. Внедрение новых полимерных строительныхматериалов способствует разработке эффективных конструкций, развитию индустриальныхметодов их производства, созданию красивых, прочных и экономичных зданий.
Актуальность состоит в том, что важной экологической проблемой, связаннойс внедрением полимерных материалов, является скопление твердых отходов, средикоторых значительную часть составляют полимерные пластмассы, обладающиечрезвычайно высокой устойчивостью.
Материал этой курсовой соответствует трем уровням знаний. Прежде всего,вы получите общую информацию о синтетических высокомолекулярных веществах ипроцессах полимеризации и поликонденсации. Далее, вы подробно узнаете онекоторых направлениях развития химии полимеров, об их применении в современноммире и о том, какое значение они могут иметь в будущем. И, наконец, общей длявсей работы будет очень важная тема: «Изучение синтетических высокомолекулярныхвеществ в учебно-воспитательном процессе средней школы».
Целью моей работы является освещение основных наиболее остро стоящих вовсем мире экологических проблем, связанных с высокомолекулярными соединениями,и возможные пути их решения.
Задачи:
1. Обзор состояния данного вопроса в современной российской школе.
2. Анализ школьных программ и учебников, а также другой литературы,показывающих как высокомолекулярные соединения изучаются в средней школе.
3. Составить план урока, на котором была бы успешно проведена экологизациязнаний.
Глава 1. МЕСТО СИНТЕТИЧЕСКИХ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХВЕЩЕСТВ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ 1.1 Историческая справка
Термин “полимеризация” был введен внауку И.Берцелиусом в 1833 г. для обозначения особого вида изомерии, прикоторой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различноймолекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такоесодержание термина не соответствует современным представлениям о полимерах.“Истинные” полимеры к тому времени еще не были известны.
Химия полимеров возникла в связи ссозданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связьмежду строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакцияхполимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главнымобразом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука.
С начала 20-х годов 20 векаразвиваются также теоретические представления о строении полимеров.
Вначале предполагалось, что такиебиополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторыесинтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен),состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать врастворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория“малых блоков”).
Автором принципиально нового представленияо полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайнобольшой молекулярной массы, был Г. Штаудингер.1.2 Синтетическиевысокомолекулярные вещества и полимерные материалы на их основе в школьных программахпо химии
В программе школьного курса химии наизучении «Cинтетические высокомолекулярныевещества и полимерные материалы на их основе» отводиться 5 часов; эта темаразбита на следующие подразделы: Общие понятия химии высокомолекулярных соединений: мономер, полимер,структурное звено, степень полимеризации, средняя молекулярная масса. Основныеметоды синтеза высокомолекулярных соединений — полимеризация и поликонденсация.
Линейная, разветвленная ипространственная структура полимеров. Аморфное и кристаллическое строение.
Зависимость свойств полимеров отстроения. Термопластичные и термореактивные полимеры. Полиэтилен, полипропилен,полистирол, полиметилметакрилат.
Фенолформальдегидные смолы, ихстроение, свойства, применение. Композиты, особенности их свойств, перспективыиспользования. Проблема синтеза каучука и ее решение.
Многообразие видов синтетическихкаучуков, их специфические свойства, применение. Стереорегулярные каучуки.Синтетические волокна.
Полиэфирное (лавсан) и полиамидное (капрон)волокна, их строение, свойства, практическое использование. Экологическиеаспекты данной темы в школьной литературе изложены очень поверхностно или неизложены вовсе.
В школьных учебниках «Химия. 10класс»/Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман, «Химия. 11 класс»/Г. Е. Рудзитис, Ф. Г.Фельдман и Пособие похимии для поступающих в вузы/ Г. П. Хомченко, на эту тему выделено три основных параграфа: § 1.Понятие о высокомолекулярныхсоединениях, § 2. Синтетические каучуки, § 3. Синтетические волокна, и мыбудем рассматривать каждый параграф более подробно./>1.2.1Понятие о высокомолекулярных соединениях
Полимеры, получаемые в реакцияхполимеризации.
Строение молекул. Полимеризация – это последовательноесоединение одинаковых молекул в более крупные [1, 3].
При повышенной температуре и давлении или в присутствии катализаторовмолекулы этилена соединяются друг с другом вследствие разрыва двойной связи. Вупрощенном виде такую реакцию можно выразить так [2]:
/>
Полимеризация характерна для многихорганических веществ, в молекулах которых имеются двойные или тройные связи,например:
/>
В результате таких реакций образуются высокомолекулярные соединения, которыеназываются полимерами (греч. «поли»- много, «мерос»- часть). Вещества,из которых получают полимеры, называются мономерами, а молекулыполимеров – макромолекулами (греч. «макрос»- большой, длинный).
Буква n показывает, сколько молекулмономера взаимно соединилось в процессе полимеризации; её называют степеньюполимеризации, а многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов – структурнымизвеньями. Например, структурные звенья полиэтилена и полипропилена такие:
/> и />
Характерно, чтостепеньполимеризации не является величиной постоянной. Так, при полимеризации этилена могутобразоваться макромолекулы, у которых число n колеблется от 300 до 100 000.Поэтому обычно указываемая для данного полимера относительная молекулярнаямасса является его средней молекулярной массой.
Рассмотрим два представителяполимеров – полиэтилен и полипропилен. Они относятся к так называемымлинейным полимером, хотя фактически имеют зигзагообразное строение. Их молекулысильно изогнуты в различных направлениях, иногда даже свернуты в клубки.
В процессе полимеризации, например,пропилена, может образоваться полимер со стереонерегулярной структурой:
/>
Стереонерегулярной эта структураназывается потому, что радикалы –CH3 в ней размещены хаотически – поодну и другую стороны цепи. Обычно в процессе полимеризации образуются полимерысо стереонерегулярной структурой [1].
/>Получение. Еще недавно полиэтилен ( — CH2 — CH2 —)n получали под высоким давлением при повышенной температуре.Реализация такого производственного процесса была весьма сложной. В последнеевремя полимеризацию проводят при атмосферном давлении и комнатной температуре вприсутствии триэтилалюминия и хлорида титана.
Синтезированный таким путемполиэтилен плавится при более высокой температуре и обладает большей механическойпрочностью, так как имеет большую молекулярную массу и меньше ответвлений.Подобным образом получают полипропилен, поливинилхлорид, полистирол,полиметилметакрилат и некоторые другие полимеры.
Физические свойства. Полиэтилен значительно легче воды,его плотность примерно 0,92 г/см3. Он эластичен, в тонком слоебесцветный, прозрачный, на ощупь несколько жирный, напоминающий парафин. Есликусочек полиэтилена нагреть, то уже при температуре 110 °С он становится мягкими легко изменяет форму, но при очень сильном нагревании полиэтилен разлагается.При охлаждении полиэтилен затвердевает и сохраняет приданную ему форму.
Свойство тел изменить форму внагретом состоянии и сохранять её после охлаждения называют термопастичностью.
Полипропилен отличается от полиэтиленаболее высокой температурой плавления (плавится при температуре 160 – 180°С) ибольшей механической прочностью.
Химические свойства. Полиэтилен и полипропилен обладаютсвойствами предельных углеводородов. При обычных условиях эти полимеры нереагируют ни с серной кислотой, ни со щелочами. (Концентрированная азотнаякислота разрушает полиэтилен, особенно при нагревании.) Они не обесцвечиваютбромную воду и раствор перманганата калия даже при нагревании.
Применения. Полиэтилен и полипропилен химическиустойчивы, механически прочны, поэтому их широко применяют при изготовленииоборудования в различных отраслях промышленности (аппараты, трубы, сосуды и т.д.). Они обладают высокими электроизоляционными свойствами. Полиэтилен иполипропилен в тонком слое хорошо пропускают ультрафиолетовые лучи. Пленки изэтих материалов используются вместо стекла в парниках и теплицах. Их применяюттакже для упаковки разных продуктов [1] .
Но у Хомченко [3] то, что изложенопро многие синтетические высокомолекулярные вещества, отличается от [1], и мырассмотрим некоторые эти вещества:
Поливинилхлорид- продуктполимеризации хлористого винила CH2=CHCl. Этот полимер обладает ценными свойствами: он негорюч, легко окрашивается. Широко применяется для изоляции проводов и кабелей.
Тефлон — продукт полимеризациитетрафторэтилена CF2=CF2. Это самое инертное органическое вещество, обладает высокойморозо- и теплоустойчивостью. [3]
Полимеры, получаемые в реакцияхполиконденсации.
Строение молекул. Реакция поликонденсации – процессобразования высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных, которые сопровождаетсявыделением простых низкомолекулярных продуктов (H2O, NH3,HCl и др.) [3, 5]. Рассмотрим, как при реакции поликонденсации образуются фенолформальдегидныесмолы. Известно, что в молекуле фенола в положениях 2, 4 и 6 атомы водородавесьма подвижны, а для альдегидов характерны реакции присоединения,обусловленные наличием в них p-связи. В связи с этим реакцию фенола с формальдегидом можно отразитьтак:
/>
Это промежуточное соединение затемреагируют с другими молекулами фенола:
/>
Далее образовавшийся продуктреагируют с другими молекулами метаналя, а затем – с молекулами фенола и т. д.В результате этих реакций получаются высокомолекулярное вещество – фенолформальдегиднаясмола и побочный продукт – вода.
При повышенной температуре и давлениимежду разветвленными молекулами полимера происходит химическое взаимодействие иобразуется полимер с пространственной структурой. Такой материал теряеттермопластичность и становится более прочными.
Полимеры, которые при повышеннойтемпературе не размягчаются и не плавятся в отличие от термопластичныхполимеров, называются термореактивными.
Применение. Изфенолформальдегидногополимера (смолы), добавляя различные наполнители (древесная мука,хлопчатобумажная ткань, стеклянное волокно, различные красители и т. д.),получают фенолформальдегидные пластмассы, которые сокращенно называют фенолпластами[1, 3] .
Еще в [3] изложено, что фенопласты-важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отрасляхпромышленности. Из них изготовляются большое количество изделий широкогопотребления, электроизоляционные материалы и строительные детали [3] .
/>1.2.2Синтетические каучуки
В России нет природных источниковполучения натурального каучука, поэтому необходимо было получить его синтетическимпутем [2].
Под руководствомакадемика С. В. Лебедева впервые в мире был разработан метод промышленногопроизводства синтетического каучука из 1,3-бутадиена (1932 г.). Его получали из этилового спирта. В настоящее время для получения синтетических каучуков восновном используются углеводороды, содержащиеся в нефтяных газах и продуктахпереработки нефти.
Производство бутадиенового каучукаосновывается на полимеризации 1,3-бутадиена в присутствии катализатора:
/>
где n может достигатьнескольких тысяч.
/>Однакооказалось, что группы − CH2 − в звеньях макромолекул вотличие от природного каучука расположены по разные стороны двойной связи, т.е. находятся в транс — положении:
Впоследствии на основе изученияпространственного строения природного каучука ученым удалось решать проблемусинтеза не только дивинилового каучука, но и изопренового каучука стереорегулярногостроения [1, 2, 3] .
Некоторые синтетические каучукиполучают из различных мономеров в результате их совместимой полимеризации,называемой сополимеризацией. Так, например, при сополимеризации1,3-бутадиена со стиролом синтезируют бутадиенстирольный каучук [1]:
/>
Для улучшения качества натуральных исинтетических каучуков их превращают в резину. Резина — это вулканизированныйкаучук. Сущность вулканизации состоит в том, что атомы серы присоединяются клинейным молекулам каучука по месту двойныхсвязей и как бы сшивают эти молекулы друг с другом. Резина прочнее каучука иболее устойчива к изменению температуры [2, 3].
/>1.2.3 Синтетические волокна
Этот раздел в [1 ,2] изложен оченьхорошо, но в [3] — очень мало по объему.
Волокнами называют материалы, получаемые изнатуральных и синтетических, органических и неорганических веществ, имеющиеочень малые поперечные размеры, их длина должна не меньше чем в 100 разпревышать диаметр. Например: хлопковое волокно, шелк, шерсть, капрон и др. [5].Капрон относится к полиамидным волокнам. Для его производства используютсянекоторые производные аминокислот, например, капролактам. Его можнорассматривать как продукт внутримолекулярного взаимодействия карбоксильнойгруппы и аминогруппы молекулы 6-аминогексановой
кислоты: />
Упрощенно превращение капролактами вполимер, из которого производят капроновое волокно, можно представить следующимобразом. Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановуюкислоту, молекулы которой реагируют друг с другом:
/>
В результате этой реакции образуется высокомолекулярноевещество, макромолекулы которого имеют линейную структуру. Отделенные звеньяполимера являются остатками 6-аминогексановой кислоты [1, 2]:
/>
Полимер представляет собой твердоевещество, размягчающееся при температуре 210 °С и плавящееся при 225 °С. Дляполучения волокон капрон плавят, пропускают через фильеры. Струи полимераохлаждаются потоком холодного воздуха и превращаются в волоконца, прискручивании которых образуются нити [2].
Капроновая смола используются дляполучения пластмасс. Из них изготовляют различные детали машин, шестерни,вкладыши для подшипников и т. д. Предметы из капроновых пластмасс обладаютисключительно большой прочностью и износоустойчивостью [1].
Лавсан — полиэфирное волокно. По своемусоставу лавсан – сложный эфир терефталевой кислоты и этиленгликоля.Этиленгликоль — это двухатомный спирт. Терефталевая кислота- процесс окисления n-кислол.При
взаимодействии последней сэтиленгликолем получается сложный эфир:
/>
При поликонденсации этого эфираобразуется высокомолекулярное вещество – лавсан:
/>
Промышленный процесс получениялавсана более сложный. Волокно лавсан добавляют к шерсти для изготовлениянемнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Его применяют также дляпроизводства транспортерных лент, ремней, занавесей, парусов и т. д. [1].
В этой главе мы узнали о полимерах иих структуре и о ступенчатой полимеризации и поликонденсации. И в следующейглаве мы будем рассматривать связанные с ними экологические вопросы.
ГЛАВА II. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯПРОБЛЕМАТИКА, СВЯЗАННАЯ С СИНТЕТИЧЕСКИМИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ИПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ИХ ОСНОВЕ 2.1 Полимеры в решении сырьевой проблемы
Человеческое общество по мере своего развития входит во все большуюзависимость от сырьевых ресурсов окружающей среды. Масштабы потреблениянекоторых веществ минерального происхождения уже приближаются, а в будущеммогут превысить естественные возможности природы.
Совершенно новые перспективы в планете создания материалов с заданнымисвойствами открывает химия полимеры. В настоящее время трудно найти отрасльнародного хозяйства, где бы ни применялись полимеры; из которых полученыматериалы с малой плотностью, высокой прочностью, устойчивостью к агрессивнымсредам, простатой переработки в изделия и т. д. Синтетическиевысокомолекулярные соединение получают из низкомолекулярных соединений путемполимеризации, полиприсоединении и поликонденсации.
По прогнозам полиолефины и в будущем будут играть решающую роль.
Гигантские молекулы обеспечили новыми материалами не только промышленности,но они помогли обуть и одеть человечество.
Предполагают, что в XXI в. на каждого человека будет выпускаться 9-12 кг волокна, причем максимальная доля синтетики составляет 70%.
Развитие химии полимеров обеспечило снижение расхода древесины на нуждымебельной промышленности и строительства. Создание композиционных материалов наоснове полимеров и древесины позволило использовать не только малоценныепороды, но и отходы древесины.
Таким образом, в настоящее время в нашем распоряжении имеется широкаягамма полимеров, которые продолжают завоевывать мир.
Однако при использовании полимерных материалов следует учитыватьнесколько весьма важных обстоятельств. По своему качественному составубольшинство полимеров относятся к органическим соединениям, содержащиезначительное количество углерода и водорода; поэтому они горючи (это 1-йотрицательный фактор). Термическое разложение при горении полимеров частосопровождается выделением большого количества токсичных газообразных соединениях.(CO, HCN, HCl и др.; это 2-й отрицательный фактор).
Важной экологической проблемой связанной с внедрением полимерныхматериалов является скопление твердых отходов, среди которых значительную частьсоставляют полимерные пластмассы, обладающие чрезвычайно высокой устойчивостью.
В России, например, количество полимерных отходов сопоставимо с ежегоднымобъемом выпуска пластмасс. С отходами полимерных материалов за частуюневозможно справиться, поэтому, например, создаются полимерные материалы соспециальными добавками. Отслужив свой век, эти материалы легко деструктируютпод действием света, тепла и специальных микробов [6,8].
2.2 Поливинилхлорид и материалы на его основе
Поливинилхлорид (ПВХ) один из наиболее широко применяемых полимерныхматериалов и объемы производства его неуклонно возрастают, так как растет спросна изделия из него. Это связано с тем, что механические свойства ПВХ материаловменяются в очень широких пределах, например от полной гибкости (искусственнаякожа) до значительной жесткости (строительные профили), и зависят от составаисходной полимерной композиции. ПВХ материалы химически инертны и имеют хорошуюсвето- и погодостойкость. Они имеют одни из самых высоких электроизоляционныхсвойств среди полимеров и относятся к группе трудногорючих материалов. Снижениегорючести у пластифицированных композиций достигается путем примененияантипиренов.
Многие экстремистски настроенные члены различных организаций по защитеокружающей среды и производители аналогичных материалов заявляют, что:
· ПВХ высокогорючий материал;
· Изделия из ПВХ во время эксплуатации выделяют большое количествоядовитых веществ, в том числе высокотоксичный винилхлорид (ВХ);
· Производство и утилизация ПВХ приводит к образованию супертоксичныхполихлорированных дибензопарадиоксинов (ПХДД) и бензофуранов (ПХДФ);
· Изделия из ПВХ невозможно повторно использовать;
· Производство и потребление ПВХ сопряжено с большими энергетическимизатратами.
Для оценки правомочности таких заявлений приведем некоторые данныенаучных исследований и эксплуатации изделий из ПВХ.
Однако уже отмечалось ранее, что ПВХ – трудногорючий материал. Он гориттолько непосредственно в зоне огня. Вне пламени ПВХ гаснет. Благодаря этому егоприменяют в качестве полимерного замедлителя горения. В современных ПВХпластиках применяются антипирены повышенной эффективности и с минимальнымнегативным воздействием на окружающую среду.
Винилхлорид из ПВХ и изделий из него не выделяется ни при каких условиях.Современные предприятия производят ПВХ с содержанием остаточного ВХ менее 10млн-1. более того на некоторых производствах этот показатель сниженв 10 раз и составляет 1 млн-1. При разложении ПВХ (терморазложение,старение) деполимеризации не происходит.
Ученые-эксперты из университетов Германии и Швеции в течение трех летизучали разные ПВХ продукты при захоронении их в земле. При этом определяливозможность выделения ВХ и аддитивов в процессе деградации ПВХ в земле.Результаты показали, что ПВХ устойчив в условиях захоронения в земле. Выделениепластификаторов и стабилизаторов может иметь место, но в таких количествах,которые не представляют опасности для окружающей среды, а ВХ не выделяетсявообще.
Существуют данные о выделении свинца в воду из ПВХ труб, содержащихсвинцовый термостабилизатор. Установлено, что содержание свинца в воде дажепосле использования ряда провоцирующих условий было в 8-10 раз меньше ПДК,установленной ВОЗ.
В процессе производства и сжигания ПВХ в окружающую среду могутвыделяться ПХДД и ПХДФ. Однако эмиссия этих веществ находится на существенноболее низком уровне, чем считалось ранее. Исследования, выполненные вГолландии, показали, что эмиссия диоксинов при неконтролируемом сжигании ПВХ идревесины составляет 6,67 мкг на тонну. Для сравнения, при неконтролируемомсжигании чистой древесины этих веществ образуется 3-28 мкг на тонну. На количествообразующихся ПХДД и ПХДФ при сжигании прежде всего влияет конструкция печей ирабочие характеристики процесса, а вовсе не присутствие или отсутствие ПВХ вгорящем материале.
Имеются данные, свидетельствующие о присутствии ПХДД и ПХДФ в природе до 1990 г., т.е. задолго до начала производства хлорорганических веществ и хлора. Присутствие ПХДД иПХДФ в образцах почвы объясняется сжиганием природного топлива (древесина,уголь). По мере накопления экспериментальных данных становится очевидным, что ис особой супертоксичностью ПХДД и ПХДФ не совсем все ясно.
Разработано много способов рециклинга (повторного использования) ПВХматериалов. Часть из них реализована в промышленности. Например, в Германииработают 7 предприятий по переработке отходов ПВХ. Фирма VEKAперерабатывает оконные рамы после 30-40 лет эксплуатации по собственнойтехнологии. Новые строительные профили с внутренними элементами выпускаются изрециклированного ПВХ. На рынок поступают трубы, напольные покрытия и другиеизделия из вторичного ПВХ.
Для утилизации ПВХ отходов применяются и химические методы. Окислительноещелочное разрушение жестких ПВХ гранул превращает их в щавелевую кислоту иуглекислый газ. Постоянно совершенствуются методы сжигания. Разработанэкологически прогрессивный способ сжигания городских отходов с предварительнойих газификацией и гомогенным горением. Данный способ разработан в Объединенноминституте химической физики РАН и апробирован на зарубежных заводах, при этомдоказано, что гомогенный синтез диоксинов из газообразных продуктов сгоранияневозможен.
Использование ПВХ изделий приводит к существенной экономии энергии.
Известно, что окна занимают около 20% площади ограждающих конструкцийзданий и через них теряется до 50% тепловой энергии. Применение оконныхпрофилей из ПВХ со стеклопакетами позволяет практически исключить эти потери.Соответственно снижается нагрузка на производство тепловой энергии. Нужноменьше сжигать топлива (угль, мазут), а это, как известно, способствует улучшениюэкологической обстановки.
Использование ПВХ изделий имеет больше преимуществ в области экологии,чем недостатков. Строительные профили из ПВХ (окна, двери и др. изделия)предотвращают вырубку леса. Человеку предоставлена возможность не рубить живоедерево, а использовать материалы-заменители, в том числе и ПВХ, изделия изкоторых могут эксплуатироваться десятки лет. Это будет способствовать снижениюэкологической нагрузки от производства других материалов (дерево, металлы идр.), а также обеспечит время необходимое для восстановления экологическихсистем.2.3 Пенополистирол встроительстве — это опасно или нет?
В России продолжается строительный «бум». В городах строятся многоэтажныежилые дома, в зеленых зонах — частные коттеджи. На садовых участках менееобеспеченные граждане возводят домики из пеноблоков или других современных инедорогих материалов. И мало кто задумывается о последствиях такогостроительства для его собственного здоровья. Достаточно заглянуть на сайт любойстроительной фирмы, и вы увидите, что самый недорогой и популярный материал — пенополистирол. Свойства пенополистирола требуют дополнительного изучения.
У пенополистирола существуют три неотъемлемых отрицательных свойства, исходящих из его природы, к которымнадо относиться просто осторожно, с пониманием этих процессов. Во-первых, этопожарная опасность. Во-вторых, это недолговечность. И, в-третьих, этоэкологическая небезопасность. Эти свойства требуют дополнительных исследований.Они не требуют запрещения материала, но они требуют дополнительного — внимательного — к нему отношения и дополнительных исследований. Пенополистиролво время горения выделяет много токсичных веществ, это — раз. Полистирол — этостирол, который заполимеризован, у него молекулы длинные и объемные. На самомделе, 100-процентной полимеризации никогда не бывает. А раз не бывает100-процентной полимеризации, значит, стирол в этом объеме остается.
А стирол — это вещество, которое, вообщеговоря, токсично. Он — такой же, как бензол, как этилбензол, он — из тойкатегории веществ, с которыми лучше не иметь дела. Причем не будем говорить обострой мгновенной токсичности. Мы будем говорить о токсичности хронической,той, которая действует на людей — не на крыс, а именно на людей, — в течение десятилетий,малыми дозами, ниже критических, ниже ПДК. Опыты такие поставлены.
Люди живут в обстановке, когда в жилойатмосфере есть стирол, (пусть концентрации и ниже ПДК); проходит год, два, три- и дальше находится работа врачам. Стирол оказывает сильное воздействие напечень, от этих микродоз стирола достается сердцу, у женщин — особыепроблемы… В общем, токсический гепатит — так или иначе, мы кружимся вокругэтого диагноза. Кроме стирола, выделяются и другие вещества, включая фенол,формальдегид, этилбензол и так далее. Это — работа для санитарных врачей.Санитарные врачи, естественно, живут одним днем. Когда им приносят на проверку,скажем, пенополистирол той или иной новой марки, что они делают? — Они на мышахи на крысах изучают смывы водой, смывы спиртом… Но это же все — кратковременные вещи, опыт на 5-10 лет никто же не ставит. А в данном случаелюди говорят именно об этом — об опыте на 5-10 лет. И такие опыты в миреизвестны — когда люди много лет работали в такой атмосфере. Пенополистирол — несамый хороший материал. Просто люди должны это знать — они имеют право на этознание. Вторая сторона дела — сам полистирол, то есть уже не в пенном виде, апросто как полимер, например — в виде чашек или тарелок. Есть профессии, когдалюди этим часто пользуются. На работе их кормят из такой посуды -выделяетсястирол.
Полистирольные плитки — ими облицовываютпомещения. И там при определенных температурах (30, 40, 50 градусов в ваннойили, скажем, в кухне, у плиты это нормально) выделяется стирол. Причем естьфакты, есть случаи, описанные в журнальных статьях, когда выделение бываетдостаточно высокое — много выше ПДК, причем — не только стирола. «Свойствапенополистирола меняются от воздействия неконтролируемых, случайных факторов, ивыбор данного материала в качестве утеплителя экономически не выгоден (приэксплуатации здания более 10 лет) и потенциально опасен» [7, 9] .2.4 Разрушающиесяпластмассы
Большинствопластмасс не разлагаются в окружающей среде, так как живые организмы –деструкторы (грибы и бактерии) не имеют ферментов, необходимых для ихразрушения. Известны два важные вида разрушающихся пластмасс:
1.Биополимеры. Это высокомолекулярныесоединения, которые производятся живыми организмами и которые деструкторыспособы разлагать.
2.Синтетические пластики, специальноразработанные так, что они разрушаться в природных условиях. Таких пластикибывают, трех видов:
· Фоторазрушающиеся пластики — полимерные материалы, разрушающиеся на свету
· Синтетические биоразрушаемые пластики,подверженные действию бактерий
· Растворимые пластики, которыерастворяются в воде. />/>/>Биополимеры
Полигидроксибутаноаты– это природные полиэфиры, вырабатываемые некоторыми бактериями и используемыеими как источник энергии. Микроорганизмы, имеющиеся в почве, во внутреннихводоемах, в океане способны разрушить эти полимеры. Полное разрушениеполигидроксибутаноатов в окружающей среде обычно происходит в течение 9месяцев. За все, однако, нужно платить: произвести эти полимеры почти в 15 раздороже, чем полиэтилен./>/>/>Фоторазрушение
Карбонильныегруппы C=O поглощают излучение в диапазоне длин волн 170-360 нм. Этосоответствует ближней ультрафиолетовой области солнечного спектра. Эти группыможно внедрить в полимер в качестве энергетических ловушек. Поглощение энергииприведет к разрыву соседних с карбонильной группой связей, и полимер можетраспасться на фрагменты, которые будут подвержены биоразрушению./>/>Синтетические биоразрушаемые пластики
Некоторыепластиковые мешки изготовлены из полиэтилена, в который внедрены гранулыкрахмала. Когда мешок выбрасывают, имеющиеся в почве микроорганизмы поедаюткрахмал. В результате мешок разваливается на очень малые куски остатковполиэтилена, биодеградация которых происходит более быстро./>/>Растворимые пластики
Если сзагрязненным больничным бельем обращаться ненадлежащим образом, есть рискраспространения инфекции. Опасности можно избежать, если использованное бельепоместить в пакет из растворимого пластика. Грязное белье надежно хранится,пока пакет не отправят в стиральную машину: там пакет растворяется в воде и немешает стирке.
Растворимыепластиковые пакеты изготавливают из поливинилового спирта. Это новый полимер,получаемый гидролизом или алколизом из другого полимера, поливинилацетата [13,14].2.5 Разложение илиповторное использование отходов?
Дляизготовления всякой вещи, включая предметы из пластмассы, требуется энергия.Часть энергии идет на производство собственно материала, в данном случаеполимера, остальное требуется для переработки, то есть изготовления конечногоизделия.
Основная часть энергия тратится напроизводство пластмассы, так что исходя, из целей энергосбережения можнозаключить, что повторное использование – это дело полезное.
Ситуации здесь, однако, сложнее, чемв случае стекла. Находящееся в употреблении стекло в основном одного типа ивсего-то трех цветов.
Сколько же стоит сбор и сортировкапластмассовых отходов? И для чего можно использовать полученный из вторичногосырья пластик? Есть много областей применения, для которых бывший вупотреблении пластик непригоден. Например, большинству людей не нравится, еслипищевые продукты упаковывают в такой пластик.
Тем не менее, в Великобритании 60компаний заняты рециклом полимерного вторичного сырья, они возвращают около 150000 тонн полимерных материалов в год. Две трети повторно используемых пластиковполучают из промышленных отходов, и большая часть – это «чистые» материалы:отходы непластифицированного при изготовлении оконных рам, отслужившие своеящики и корпуса автомобильных аккумуляторов из полипропилена.
Пока экономически невыгодно заниматься рецикломсмесей различных пластиков из бытовых отходов. Когда это станет возможным, былобы неплохо вернуться к нынешним пластиковым отходам, произвести их сортировку иповторно использовать. Этого иногда нельзя будет сделать, если мы будем выбрасыватьотслужившие изделия из пластиков на свалки вместе с другими отходами. Так что,может быть. Нам следует сейчас собирать пластиковые отходы отдельно от других,с тем, чтобы будущие поколения имели ресурсы, которые можно было быиспользовать. [13, 14].
В этой главе мы рассмотрели некоторые(на самом деле их гораздо больше) экологические вопросы, связанные с удалениеми повторным использованием отходов из пластмасс. И в следующей главе мы будемрассматривать, способы проведения уроков в школе по этой теме.
ГЛАВА 3.ИЗУЧЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ НА УРОКЕ ПО ХИМИИ В СРЕДНЕЙШКОЛЕ 3.1 План урока
Урок 1. Тема урок. Понятие овысокомолекулярных соединениях
Цель урока: Систематизировать и углубить знанияучащихся о высокомолекулярных веществах.
Задачи: 1. ввести понятия – мономер, полимер, степень полимеризации,структурное звено, средняя молекулярная масса. 2. Ознакомить с разнымиструктурами полимеров (линейной, разветвлённой и др.). 3. научить доказывать влияние строенияполимеров на их свойства. Ученики должны узнать сущность реакций полимеризациии поликонденсации, уметь записывать уравнения химических реакций.
Материалы и оборудование: моделимолекул этилена,пропилена, хлорвинила, стирола; выставка изделий из пластмасс и полимеров.
Тип урока: комбинированный, с элементами беседыи лекции.
/>Ходурока
1.Организационый момент, т.е. приветствие, проверкаприсутствующих (1-2 мин.).
I. Опрос домашнего задания и подготовкак восприятию нового материала (10-12 мин.).
Фронтальная беседа.
Вопросы:
Какие углеводороды вы знаете?
Ответ: В органической химии различаютпредельные углеводороды (алканы), непредельные (алкены, алкадиены и алкины) иароматические углеводороды.
2.Какиеуглеводороды называются непредельными и как их подразделяют? Напишите общиеформулы непредельных углеводородов?
Ответ. Непредельными называютсяуглеводороды, молекулы которых содержат кратные (двойные или тройные) связи.Общая формула углеводородов, содержащих одну двойную связь (алкенов) – CnH2n. Общая формула углеводородов с двумя двойными связями(диенов) — CnH2n-2. Такую же формулу имеют УВ с однойтройной связью (алкины).
3. Какие изуглеводородов способны вступать в реакцию полимеризации?
Ответ: В реакции полимеризации способнывступать алкены, диеновые углеводороды, алкины. Из ароматических углеводородовстирол участвует в реакциях полимеризации.
4. Почему именноиз этих углеводородов можно получить полимеры?
Ответ: Непредельные углеводороды вступают вреакцию полимеризации из-за наличия у них в молекулах кратных связей, которыеразрываются вследствие соединения молекул друг с другом.
Участие стирола /> в реакции полимеризацииобъясняется тем, что в боковой цепи его молекул содержится непредельный радикалвинил.
II. Изучение нового материала (20-25 мин.).
Полимеры – высокомолекулярныесоединения, вещества с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч донескольких миллионов), в которых атомы, соединенные химическими связями,образуют линейные или разветвленные цепи, а также пространственные трехмерныеструктуры. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновыекислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое числополимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединенийэлементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации,и химических превращений.
1.Значение высокомолекулярныхсоединений.
2.Основные понятия (например, реакцийполимеризации этилена):
мономер, полимер, структурное звено,степень полимеризации.
3. Геометрическая структура или формамакромолекулы полимеры:
линейная, разветвленная,пространственная.
/>
4. Характеристика молекулярной массыполимера.
5. Свойства полимеров:
высокаямеханическая прочность, не имеют определённой температуры плавления и кипения,отсутствие летучести, вязкость растворов, нерастворимость в воде.
6. Способы получения (синтеза)полимеров:
а) Реакция полимеризации; б) Реакция поликонденсации
1. Полимеризация — это процесс образования высокомолекулярных соединенийпо цепному механизму без выделения низкомолекулярного соединения.
2. Полиприсоединения — это процесс образования высокомолекулярных соединенийпо ступенчатому механизму без выделения низкомолекулярных продуктов.
3. поликонденсация– это получение высокомолекулярного соединения по ступенчатому механизму свыделением низкомолекулярного продукта.
7. Экологические проблемы, связанные сполимерами.
Синтетические полимеры имеютопределенные преимущества по сравнению с другими материалами (например,древесиной или сталью), поэтому они находят широкое практическое применение. Однаколиквидация отходов, содержащих синтетические полимеры, представляет чрезвычайносерьезную экологическую проблему. Например, при сжигании поливинилхлорида намусоросжигательных заводах могут образовываться диоксины и выделяться тяжелыеметаллы. Кроме того, синтетические полимеры имеют низкую термостойкость, принагревании они разлагаются с образованием токсичных продуктов. Некоторыесинтетические полимеры выделяют вредные для здоровья пары (особеннофенолформальдегидные смолы, используемые в качестве связывающих веществ вдревесно-стружечных плитах и покрытиях).
Знаете ли вы что…
1. Сложность повторного использованиярезины из старых шин связана с тем, что она вулканизированная.
Американскиеученые обнаружили в горячих источниках Йеллоустонского национального паркабактерии, которые способны переваривать серные мостики в вулканизированнойрезине. Получается сырая резина, которая в количестве до 20 % можно вводить вмассу для изготовления новых шин.
2. Применение отслужившим шинам своеавтомобильным шинам нашла австралийская фирма «Марвел-Линк». Там из старых шинделают резиновый порошок, который можно использовать тремя способами.Во-первых, порошок из старой резины можно в количестве до 50 % добавлять вновую резину при изготовлении новых шин. Во-вторых, после специальной обработкитакой порошок сильно поглощает нефть и может использоваться для сбора нефти,разлитой при разных авариях, в том числе и с поверхности воды. В-третьих,резиновым порошком можно засыпать городские свалки, ведь сейчас для этого тратитсяценный стройматериал – крупный карьерный песок.
8.Общий вывод по уроку.
III. Закрепление знаний по пройденнойтеме (5 мин.).
1.Задание на дом.
Записи в тетради, упражнения 1-3.
2. Фронтальная беседа.
а) Почему структурным звеномполиэтилена считают − CH2 − CH2−, а не− CH2 − ?
б) Широко распространённый полимерполихлорвинил (поливинилхлорид) имеет строение:
/>
Найдите структурное звено полимера иопределите структурную формулу мономера.
в) Полиэтилен с молекулярной массойоколо 500 представляет собой вязкую жидкость. Вычислите степенью полимеризациитакого полиэтилена.
Урок 2. Тема. Синтетические волокна
Цель урока: 1. Обобщить и углубить знанияучащихся о волокнах, их классификации, строении, свойствах. Ввести понятиесинтетических волокон.
Научитьзаписывать в общем виде уравнения получения синтетических волокон 3. Научитьучащихся сравнивать, обобщать, высказывать суждение о свойствах веществ наоснове их строения.
Типурока: лекция.
Ход урока
I. Подготовка к восприятию новогоматериала.
Фронтальная беседа.
1. Как классифицируют волокна?
2. Какие вы знаете волокна? Каковы ихсвойства? Где они применяются?
II. Изучение нового материала.
1. Кратко о классификации волокон.
Демонстрация: «Коллекция волокон»,«Образцы синтетических волокон».
2. Синтетическое волокно – лавсан:объяснить его название, сырьё, свойства и применения.
3. Синтетическое волокно – капрон:сырьё, свойства и применения.
III. Закрепление новых знаний.
1.Задание на дом.
Записи в тетради, упражнения 1-2,подготовка к практической работе.
Для практической работы перечертитьтаблицу, только написать полиэтилен, поливинилхлорид, фенол-формальдегидныесмолы, капрон, полистирол. Для волокон – таблица, выписать хлопок, шерсть,лавсан, капрон.
2.Фронтальная беседа:
Самостоятельная работа по карточкам(на 10 мин.) по одному вопросу.
Карточка №1. Широко распространённый полимерполихлорвинил (поливинилхлорид) имеет строение:
/>
Найдите структурное звено полимера иопределение структурную формулу мономера.
Карточка №2. Какими признаками должныхарактеризоваться вещества, вступающие в реакции: а) полимеризации; б)поликонденсации? Приведите примеры.
Карточка №3. Опишите свойства полиэтилена иполипропилена. Где они применяются?
Урок 3. Тема. Распознание пластмасс ихимических волокон.
Тип урока: Практическая работа
Цель урока: 1. Закрепить и углубить знанияучащихся о пластмассах и химических волокнах. 2.Научить умению определятьпластмассы и химические волокна, соблюдать правила по технике безопасности приработе с органическими веществами.
Ход урока
I. Подготовка к выполнениюпрактической работы.
1. Беседа учителя о правилах потехнике безопасности при работе с органическими веществами. 2. Порядоквыполнения работы (беседа).
II. Проведение практической работы.
Для проведения практической работыиспользовать, свои таблицы и практическую работу, в учебнике для 11 класса [1].
Распознавание пластмасс следуетначать с внешнего осмотра, а затем перейти к исследованию их отношения кнагреванию и горению. Потом испытывают действие на них растворителей.
Распознавание волокон начинают с ихсжигания. При этом прослеживают, с какой скоростью происходит горение,исследуют запах продуктов разложения, свойства остатка, который образуетсяпосле горения. Затем проверяют действие на волокна кислот, щелочей ирастворителей.
Например, в отдельных пакетах подномерами разложены разные пластмассы: № 1– поливинилхлорид; № 2 – полиэтилен; №3 – полистирол; № 4 – фенол-формальдегидная пластмасса; №5 –капрон. В другихпакетах под номерами – образцы волокон: № 1 – шерсть; № 2- хлопок; № 3 –вискоза; № 4 – ацетатное волокно; № 5 – лавсан. Учащиеся берут из каждогопакета образцы волокон и пластмасс и исследуют их (по продуктам сжигания,действию кислот, щелочей и т. д.). После определения данного образца они ставятсоответствующий номер в своей таблице.
2. Приведение в порядок своегорабочего места. Выводы по работе, необходимые записи.
III. Закрепление знаний, умений,навыков.
Подготовка к следующей теме.3.2 Задачи
Важную роль в процессе подготовки кэкзамену по химии играют задачи. Их решение способствует неформальному усвоениютеоретического курса. Они включаются в экзаменационные билеты. При этом мыбудем рассматривать некоторые наиболее типовые задачи с решениями [5, 11, 12].
1. УглеводородА, который легче воздуха, присоединяет в присутствии хлорида ртути (II) хлороводород и превращается приэтом в вещество В, которое при определенных условиях образует вещество С,имеющее тот же качественный и количественный состав, но гораздо большуюотносительную молекулярную массу. Приведите формулы веществ А, В, С. Напишитеуравнение реакций.
Ответ: A — C2H2,, B- CH2=CHCl, C — (-CH2-CHCl-)n .
2. Составьтеуравнение реакции полимеризации углеводорода C4H8 с разветвленным углеродным скелетом.
Ответ: n(CH3)2C=CH2→(-CH2-C(CH3)2-)n.
3. Напишите уравнение междубутадиеном и стиролом, приводящее к образованию полимера регулярного строения.
Ответ: nC6H5CH=CH2+nH2C=CH-CH=CH2→(-CH2-CH(C6H5)-CH2-CH=
=CH-CH2-)n.
4. Исходя из неорганических веществ, получите полимер счетырьмя атомами углерода в элементарном звене.
Ответ: CaO→CaC2→C2H2→HCºC-CH=CH2→H2C=CH-CH=
=CH2→(-CH2CH=CHCH2-)n.
4. Предложитеспособы получения из этанола двух полимеров с разным числом атомов углерода вэлементарном звене.
Ответ: 1) C2H5OH→C2H4→(-CH2-CH2-)n;
2) C2H5OH→H2C=CH-CH=CH2→(-CH2-CH=CH-CH2-)n.
5. Органическоестекло представляет собой полимер метилового спирта метакриловой кислоты –простейшей непредельной карбоновой кислоты с разветвленным скелетом. Напишитеуравнение реакции образования оргстекла.
Ответ: nCH2=/>-COOCH3→/>
7. Какую массукаучука можно получить из 100 кг. 96%-ного этанола, если выход реакции Лебедевасоставляет 60%, а реакции полимеризации – 80%?
Ответ: 27 кг. каучука.
8. Определите среднюю степень полимеризации в образцебутадиенового каучука, средняя молярная масса которого равна 100000 г/моль.Изобразите структуру мономерного звена.
Ответ: 1850.
9. Сравнитемассовые доли углерода в полимере и мономере, если полимер получен в результатереакции: а) полимеризации;
б) поликонденсации с выделением воды.Ответ мотивируйте.
Ответ: а) массовые доли одинаковы;
б) в полимере массовая доля углеродабольше.
10. Определитестроение непредельного углеводорода с открытой цепью углеродных атомов, наполное каталитическое гидрирование 1,62 г. которого потребовалось 1,34 л. водорода (н.у.). Исходный углеводород широко используется в промышленности дляпроизводства каучука.
Ответ: бутадиен-1,3.
11. К 1,12 л. бесцветного газа (н.у.), полученного из карбида кальция, присоединили хлороводород,образовавшийся при действии концентрированной серной кислоты на 2,93 г. поваренной соли. Продукт присоединения хлороводорода полимеризовался с образованием 2,2 г. полимера. Какой полимер был получен? Каков выход превращения мономера в полимер (в % оттеоретического)?
Ответ: 70,4% поливинилхлорида.
12. Определите среднюю степень полимеризации в образцеприродного каучука, средняя молярная масса которого равна 200 000 г/моль.Изобразите структуру мономерного звена.
Решение:
Природный каучук представляет собойполиизопрен, в котором большинство звеньев находится в цис-конфигурации.Получение каучука из изопрена можно представить как 1,4-присоединение:
/>.
Каждое мономерное звено имеетмолекулярную формулу С5Н8 и молярную массу 68 г/моль. Водной молекуле полимера в среднем содержится 200 000 /68=2940 мономерныхзвеньев.
Ответ: Степень полимеризации – 2940.
13.28,2 г. фенола нагрели с избытком формальдегида вприсутствии 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 вступаетв реакцию.
Решение:
Уравнение линейной поликонденсациифенола и формальдегида можно записать следующим образом:
/>/>/> OH
/>/>/>/>
/>/>/> n +(n+1)CH2O />
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> OH OH OH
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> CH2 CH2
/>/>/>/>/>/>/>/>/> +(n-1)H2O
n-2
Согласно этому уравнению отношениеколичеств воды и фенола равно (n-1)/n, что позволяет найти значение n. Количество веществ v(C6H5OH)= =28,2/94=0,300 моль, v(H2O)=5,116/18=0,2842 моль.
v(H2O)/ v(C6H5OH)=0,2842/0,300=(n-1)/n,/>/>/>откуда п =19. Молярнаямасса продукта конденсации равна:
M=M(C6H4OH)+17. M(CH2C6H3OH)+M(CH2C6H4OH)=
=93+17.106+107=2002г/моль.
Ответ: 2002 г/ моль.
14.Сколько тонн 2-метил-1,3-бутадиена можно получить из180 тонн 2-метил-бутана, если выход продукта составляет в массовых долях 0,89,или 89%, по сравнению с теоретическим?
Решение:
/>
Ответ: 151,3 m2-метил-1,3-бутадиена.
15.Сколько по объему 1,3-бутадиена можно получить из 800 л. раствора содержащего в массовых долях 0,96, или 96% этилового спирта (/>г/см3)?
Решение:
/>
Ответ: 149,6 м3 бутадиена.
16.Составьте уравнение реакций, при помощи которых можноосуществить следующие превращения:
/>
Ответ:
1) />
2) />
3) />
поливинилхлорид
17.Напишите уравнения реакций, при помощи которых можноосуществить следующие превращения и назовите продукты реакции:
/>
Ответ:
1) />
2) />
3)/>
4) />
5) />
18. При полимеризации 140г изобутилена в присутствии серной кислоты былполучен диизобутилен. Непрореагировавший изобутилен отогнали, а на диизобутиленподействовали бромом, причем было израсходовано 120г брома. Определите процентвыхода диизобутилена.
Ответ: 60%.
19. Определите среднюю степень полимеризациив образце хлоропренового каучука, средняя молярная масса которого равна120 000 г/моль. Изобразите структуру мономерного звена этого полимера.
Решение. Хлоропрен по строению напоминаетизопрен, имея атом хлора на месте метильной группыизопрена. Полимеризацияхлоропрена в положения 1,4 дает полимер:
/>
n CH2=C–CH=CH2 → –CH2–C=CH–CH2–
| |
Cl Cln
хлоропрен хлоропреновыйкаучукСтруктурамономерного звена:–СН2−С=СН−СН2−|
Сl
Молярная масса М (C4H5Cl)=88,5 г/моль. Средняя степень полимеризации n = M(каучука)/ М (мономера) = 120000: 88,5 = 1356.
Ответ. n=1356.[16,20, 21]
3.3 Тесты
1) Кприродным высокомолекулярным соединениям относится:
а. полиэтилен
б. глюкоза
в. сахароза
г. клетчатка (+)
2) Белковые молекулы из аминокислотобразуются по реакции.
а. замещения
б. поликонденсации (+)
в. полимеризации
г. разложения
3) Какому классу синтетическихвысокомолекулярных соединений родственны в химическом отношении белки?
а. полиолефинам
б. поликарбонатам
в. полиамидам (+)/>г. полиэфирам
д. полиуретанам
4) Процесс соединения одинаковых молекулв более крупные молекулы:
а. поликонденсация
б. изомеризация
в. полимеризация (+)
г. гидратация
5). Структурным звеном полиэтиленаявляется:
а. CH3-CH=CH2
б. –CH2–CH2– (+)
в. –CH–CH2–
|
СН3
г. СH2=CH2
6). Полиэтилен получают, используяреакцию
а. полимеризации (+)
б. поликонденсации
в. гидрирование
г. изомеризации
7). Элементарным звеном бутадиеновогокаучука является:
а.–CH2–CH=CH–CH2–(+)
б. CH2=CH–CH=CH2
в. –CH2–CH2–CH2–CH2–
г.–CH2–CH2–
8). Элементарное звено –CH2–CH2– имеется в макромолекулах:
а. бутадиенового каучука
б. полиэтилена (+)
в. полипропилена
г. бутадиенстирольного каучука
9). Высокомолекулярные соединенияполучают в результате:
а. гидролиза и этерификации
б. этерификации и поликонденсации
в. полимеризации и поликонденсации (+)
г. полимеризации и гидролиза
10). К биополимерам относятся:
а. белки (+)
б. капрон
в. натуральный каучук (+)
г. полистирол
д. сахароза
11). Структурное звено полипропилена:
а. CH3–CH=CH2
б. –CH2–CH2–
в. –CH–CH2– (+)
|
СН3
г.CH2=CH2
12). Полиэтилен получают реакциейполимеризации:
а. бутена
б. этана
в. изопропена
г. этена (+)
13). Элементарное звено –CH2−CH=CH−CH2− имеется в макромолекулах:
а. полиэтилена
б. бутадиенового каучука (+)
в. бутадиенстирольного каучука
г полистирола
14). Каучук получают, используя реакцию
а. этерификации
б. дегидрирование
в. «серебряного зеркала»
г. полимеризации (+)
д. поликонденсации
15). Формула мономера для полученияполипропилена
а. CH3−CH=CH2 (+)
б. CH2=CH2
в. –CH-CH2
|
СН3
г.CH2=CH−CH=CH2
16). Какие полимеры обладаюттермопластичностью:
а. полистирол (+)
б. фенолформальдегидная смола
в. карболит
г. полиэтилен (+)
17). Мономер для получения полиэтилена:
а. CF2=CF2
б. CН2=CH−СН3
в.CH2=CH2 (+)
г.-CH2-CH2-
18).В результате реакции поликонденсацииможет образоваться:
а. полипропилен
б. полистирол
в. бутадиенстирольный каучук
г. фенолформальдегидная смола (+)
19). Первичные спирты могутиспользоваться:
а. в процессе крекинга
б. в реакциях полимеризации (+)
в. для получения сложных эфиров
г. для синтеза углеводов
20). Как называется процесс получениярезины из каучука при нагревании его с серой:
а. поликонденсация
б. вулканизация (+)
в. окисление
г. гидрирование
21). Полимер, имеющий следующее строение
/> Н СН3
\ ∕
С=С
∕ \
/> –СН2 СН2–n
Смешали с избытком серы и нагрели.Продукт реакции называется:
а. резина
б. стирол
в. эбонит (+)
г. изопреновый каучук
22). Для того чтобы началась реакцияполимеризации, к мономеру добавляют пероксид водорода. Какую роль выполняетпероксид водорода?
а. катализатора
б. ингибитора
в. инициатора (+)
г. индикатора
23). Сырьем для промышленного производстваацетатного волокна служит:
а. целлюлоза (+)
б. натуральный каучук
в. лавсан
г. поливинилхлорид
24). Полимеризацией, какого веществаполучают волокно капрон:
а. ацетилена
б. винилхлорида
в. капролактама (+)
г. 6-аминогексановой кислоты
25). Какое из данных веществ являетсяполиэфирным волокном:
а. целлюлоза
б. лавсан (+)
в. ацетатное
г. хлопковое
26). К каким волокнам относится вискозноеволокно:
а. растительного происхождения
б. синтетическим
в. животного происхождения
г. искусственным (+)
27). В чем растворяется натуральный шелк:
а. NaOH (10%) (+)
б. NaOH (5%)
в. HCl
г. ацетоне
28). Какую реакцию дают продуктыразложения хлопка:
а.окрашиваются в желтый цвет
б. окрашивают синюю лакмусовуюбумажку в красный цвет (+)
в. набухают
г. обесцвечивают раствор KMnO4
29). В чем не растворяется целлулоид:
а. бензоле (+)
б. феноле
в. HNO3
г. дихлорэтане (+)
30). Сополимеризацией каких веществполучают бутадиенстирольный каучук:
а. стирола и метилметакрилата
б. фенола и формальдегида
в.1,3-бутадиена и стирола (+)
г. этиленгликоля и терефталевойкислоты
31).Укажите название высокомолекулярных веществприродного про исхождения:
а) крахмал +
б) полиэтилен
в) глюкоза
г) целлюлоза +
32). Какое волокно содержит амидную связь:
а) лавсан
б) ацетатное +
в) капрон
г) хлопковое
33). Натуральный каучук представляетсобой:
а) цис- форму полибутадиена
б) транс- форму полиизопрена
в) транс- форму полибутадиена
г) ) цис- форму полиизопрена +
34). Чему равна степень полимеризацииполипропилена со средней мо лярной массой 100000 г/моль?
а) 2300
б) 2375
в) 2381 +
г) 2392
35). Какие из перечисленных волоконотносятся к химическим?
а) хлопковое
б) вискозное +
в) лавсан +
г) шерстяное
36). Какие два вещества изперечисленных ниже взаимодействуют между собой с образованием мономера,используемого для получения волокна лавсан:
а) этиленгликоль +
б) глицерин
в) бензойная кислота
г) терефталевая кислота +
37). К синтетическим волокнамотносятся:
а) льняное
б) лавсан +
в) капрон +
г) ацетатное
38). Укажите массовую долю хлора в поливинилхлориде(%):
а) 55,8
б) 56,8 +
в) 57,0
г) 58,8
39). Какой каучук называютдивиниловым:
а) изопреновый стереорегулярногостроения
б) изопреновый с транс- формоймакромолекул +
в) бутадиеновый стереорегулярногостроения
г) бутадиеновый нерегулярного строения+
40).Волокно капрон представляет собой:
а) продукт реакции полимеризацииаминокапроновой кислоты
б) продукт реакции сополимеризацииэтиленгликоля и терефталевой кислоты
в) продукт реакции поликонденсации 6-аминогексановой кислоты +
г) продукт реакции поликонденсацииγ- аминокапроновой кислоты
41).Какой каучук получается при полимеризации 2-хлорбутадиена- 1,3?
а) дивиниловый
б) изопреновый
в) хлоропреновый +
г) бутадиеновый
42).Охарактеризуйте процесс вулканизации каучука
а) повышает прочность каучука +
б) является химическим процессом +
в) является физическим процессом
г) для этой цели используется сера +
43).Для получения искусственного волокна целлюлозу:
а) взаимодействием с хлором
б) взаимодействием с хлороводородом
в) обрабатывают азотной кислотой
г) обрабатывают уксусным ангидридом +
44).Сколько изопреновых звеньев должна содержатьмакромолекула натурального каучука при молярной массе, равной одному миллиону?
а) 16700
б) 15700
в) 14700 +
г) 14800
45).Средняя относительная молекулярнаямасса целлюлозы равна 586602. Рассчитайте степень поликонденсации макромолекулы:
а) 3550
б) 3601
в) 3621 +
г) 3653 [22]
3.4 Тесты с экологическим содержанием
1. Соединение,образующееся при сгорании ВМС, приводящее к образованию сернистой кислоты:
а) />
б) /> +
в) />
г) />
2. Основные вещества, которыезагрязняют и ухудшают качество природных вод:
а) нефтепродукты +
б) фенолы +
в) соединения углерода (карбонаты,гидрокарбонаты)
г) фенолформальдегидные смолы +
д) соединения кремния (кремнезем,силикаты)
3. Высокомолекулярные природныесоединения, служащие структурными частями живых организмов и играющие важнуюроль в процессах жизнедеятельности:
а) ксенобиотики
б) ДНК +
в) жиры
г) биополимеры +
4. Искусственный загрязнительатмосферного воздуха:
а) морские (кристаллы соли)
б) внеземные (космическая пыль)
в) сжигание ископаемого топлива(торф, уголь, нефть) +
г) континентальные (выветривание,вулканы)
5. Процесс расщепления углеводовотсутствии кислорода, конечным продуктом которого является молочная ипировиноградная кислота:
а) пиролиз
б) электролиз
в) гликолиз
г) гидролиз +
6. Биохимический процесс превращенияпродуктов разложения органических остатков в высокомолекулярные вещества приучастии микроорганизмов:
а) гумификация
б) мутация
в) гипертония
г) эвтрофикация +
7. Приемы правильной утилизацииполимерных отходов:
а) сжигание
б) сбор полимерных отходов и ихзакапывание +
в) вторичная переработка +
г) выбрасывание на свалку
8. Для очистки моря от загрязнениянефтью применяют:
а) каучуковые гранулы из старыхавтомобильных шин +
б) пемзогранулы
в) древесный уголь
г) керамзитовые гранулы
9. При горении высокомолекулярныхсоединений образуются токсичные продукты:
а) хлорвинил +
б) диоксины +
в) аммиак
г) водяные пары
д) угарный газ
10. Термореактивные полимеры неподлежат вторичной переработке, так как:
а) не сохраняют способности вновьпереходить в вязкотекучие при повторном нагревании +
б) при их нагревании выделяютсяядовитые вещества
в) не растворяются в воде
г) полимер «стареет»
11. Высокомолекулярные соединения,содержащиеся в ядрах клеточных организмов, являющиеся носителем генетическойинформации6
а) РНК
б) ДНК +
в) АТФ
г) рибосома
12. Сложный белок, содержащийнебелковый компонент:
а) протеид +
б) протеин
в) витамин
г) пигмент
13. Белок, образующийся из другогосложного белка плазмы крови под действием фермента ромбина:
а) фибрин +
б) фибропласт
в) фитоцид
г) фитотрон
14. Высокомолекулярное органическоевещество почвы, образующееся в результате гумификации органических остатков:
а) фульвокислоты
б) ульмин
в) гумин
г) гумус +
15. В клетках животных и человекаглюкоза:
а) является источником энергии +
б) выполняет запасающую функцию
в) участвует в процессе фотосинтеза
г) является катализатором
16. Конечным продуктом гидролизакрахмала является:
а) сахароза
б) глюкоза +
в) целлюлоза
г) этанол
17. При гидролизе сахарозыобразуется:
а) глюкоза и фруктоза +
б) крахмал
в) глюкоза и этанол
г) целлюлоза
18. Высокомолекулярные соединенияобразуются в результате реакции:
а) гидролиза и этерификации
б) этерификации и поликонденсации
в) полимеризации и поликонденсации +
г) полимеризации и гидролиза
19. При производстве и использованииДСП в окружающую среду выделяется:
а) аммиак и углекислый газ
б) фенол и формальдегид +
в) этанол и вода
г) угарный газ и метан
20. Основной поставщик фенола иформальдегида в атмосферу:
а) медицина
б) деревообрабатывающаяпромышленность +
в) химическая промышленность +
г) пищевая промышленность
21. ПДК фенола в воздухе:
а) 1 мг/м3
б) 20 мг/м3
в) 17 мг/м3
г) 5 мг/м3 +
22 ПДК фенола в сточных водах:
а) 20 мг/м3
б) 1-2 мг/м3 +
в) 12 мг/м3
г) 4 мг/м3
23. Один из отходов при производствефенолформальдегидных смол:
а) ацетон
б) кумол
в) фенольная смола +
г) метиловый спирт
24. Один из методов утилизации ПВХ:
а) гидролиз
б) газификация
в) гомогенное горение
г) окислительное щелочное разрушение +
25. Одно из наиболее опасныхсоединений, которое выделяется при горении ДСП:
а) циановодород +
б) серная кислота
в) азотная кислота
г) бензапирен [23]
Количество выполненных заданий (в %)
Оценка
35
неудовлетворительно
50
удовлетворительно
70
хорошо
100
отлично
3.4 Вопросы
1. Какие вещества называют высокомолекулярными? Приведитепримеры.
2. В результате, каких реакций получают высокомолекулярныесоединения?
Ответ. Высокомолекулярные соединения можнополучать с помощью реакций полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения.
3. Чем отличаются реакции полимеризации иполиконденсации?
4. Какого значение высокомолекулярных веществ?
5.Какие реакции называют реакциями полимеризации?Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена.
Ответ. Полимеризация – это процесссоединения большого числа одинаковых молекул (мономеров) в одну большуюмолекулу (полимер). 6.Могут ли образовывать полимеры галогенпроизводныенепредельных углеводородов?
Ответ: Да, могут. Например,галогенпроизводное ацетилена – винилхлорид способен полимеризоваться:
/>
винилхлоридполивинилхлорид
При полимеризации тетрафторэтилена /> образуется политетрафторэтилен(-CF2-CF2)n.
7. Как ученым удалось выяснить строение макромолекулприродного каучука?
Ответ: При нагревании без доступа воздуханатуральный каучук распадается с образованием 2- метил-1,3- бутадиена(изопрена). Это означает, что молекулы натурального каучука построены изфрагментов молекул изопрена
8. Каковы физические и химические свойства природногокаучука?
Ответ. Физические свойства: природныйкаучук – упругое аморфное вещество, очень эластичен, водогазонепроницаем, нерастворяется в воде, растворяется в бензине, хлороформе и сероуглероде.
Химические свойства: натуральныйкаучук – непредельное соединение и способен к реакциям присоединения. Вчастности, он реагирует с серой, атомы которой сшивают вместе различныеполиизопреновые цепи.
9. Чем отличаются каучуки от резины?
Ответ. Резина – это продукт реакциикаучука с серой. Она обладает значительно большей прочностью, но меньшейэластичностью, чем каучук.
10. Напишите уравнение реакцииполимеризации 1,3 – бутадиена:
nCH2=CH-CH=CH2→(-CH2-CH=CH-CH2)n
11. Напишите уравнение реакции полученияполивинилхлорида из ацетилена:
Ответ: CH=CH+HCL→CH2=CHCL
12. Перечислите области примененияформальдегида. На каких свойствах основано его использование?
Ответ. Важнейший из альдегидов — формальдегид – применяется для получения фенолформальдегидной смолы и пластмассна ее основе. В основе этого процесса – реакция поликонденсации фенола сформальдегидом.
13. Что такое фенопласты?
Ответ. Фенопласты – это пластмассы,изготовленные из фенолформальдегидной смолы в сочетании с различныминаполнителями.
14. Как образуется целлюлоза в природе?Составьте соответствующие уравнение реакций.
Ответ. Целлюлоза образуется в результатереакций фотосинтеза:
6 CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
n C6H12O6→(C6H10O5)n+nH2O
15. Какие волокна получают из целлюлозы ичем они отличаются друг от друга?
Ответ. Из целлюлозы получат искусственныеволокна: ацетатное и вискозное. Они отличаются химическим составом, ацетатное волокно-это триацетат целлюлозы [C6H7O2(OCOCH3)3]n, а вискозное – это просто определеннымобразом обработанная целлюлоза.
16. Какие элементы входят в составбелков? Охарактеризуйте строение белковых молекул.
Ответ. В состав всех белков входятуглеводород, водород, кислород и азот. Большинство белков содержит также серу.
Белки – это природные полимеры,состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями.Последовательность аминокислотных остатков называется первичной структуройбелка. Полипептидная цепь скручена в пространстве в спираль за счет водородныхсвязей между группами –NH и –CO-. Пространственная структураполипептидной цепи называется вторичной структурой. Трехмерная конфигурациязакрученной спирали в пространстве, образованная за счет дисульфидных мостиков–S-S- между цистеиновыми остатками и ионных взаимодействий,называется третичной структурой.
17. Какие группы атомов и типы связейнаиболее характерны для большинства белковых молекул?
Ответ. Во всех белковых молекулах естьпептидная связь –NH – CO- между аминокислотными остатками иводородные связи между группами –NH и –CO-.
В белках, в состав которых входитаминокислота цистеин, между различными фрагментами полипептидной цепиобразуется дисульфидный мостик –S-S-.
18. Где белки встречаются в природе икаково их назначение?
Ответ. Белки – основной компонент клеток итканей всех живых организмов. Значение белков состоит в том, что они являютсякатализаторами всех химических процессов в живых организмах.
19. Опишите физические и химическиесвойства белков.
Ответ. Физические свойства: глобулярныебелки растворимы в воде или образуют коллоидные растворы; фибриллярные белки вводе не растворимы. Химические свойства. 1). Денатурация – разрушение вторичнойи третичной структуры белка с сохранением первичной структуры. Происходит принагревании или действии растворителей. 2). Гидролиз белков – разрушениепервичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот.
3). Качественная реакция на белки — красно – фиолетовое окрашивание при действии солей меди (II) в щелочном растворе (биуретоваяреакция).
20. Как можно доказать наличие белков впродуктах питания, в шерстяных и шелковых тканях?
Ответ. Это можно доказать с помощью цветныхкачественных реакций, например биуретовой реакции.
21. Дайте общую характеристику ролибелков в процессах жизнедеятельности человека и животных.
Ответ. В живых организмах белки играют рольстроительного материала. Из них построены мышцы, части суставов, кожа, волосы.Другой тип белков – ферменты – играют роль катализаторов химических процессов вживых организмах. Кроме того, некоторые белки выполняют транспортные функции,перенося вещества из одной части организма в другую.
22. Какие вещества относятся квысокомолекулярным соединениям, а какие — к мономерам и полимерам? Наконкретных примерах поясните, чем отличается строение их молекул.
Ответ. ВМС – это соединения с большоймолекулярной массой. ВМС – полимеры, молекулы которых содержат повторяющиесяфрагменты. Полимеры получают путем соединения большого числа молекул мономеров.Например, полимер поливинилхлорид (-CH2-CHCL)n получают из мономера винилхлорида CH2=CHCL
23. Поясните, что такое «структурноезвено» и «степень полимеризации».
Ответ. Структурное звено – этоповторяющийся фрагмент в молекуле полимера. Например, в поливинилхлориде (-CH2-CHCL)n структурное звено — CH2 — CHCL. Число структурных звеньев в молекуле полимераназывается степенью полимеризации.
24. На конкретном примере покажите возможностьобразования полимера со стереорегулярным и стереонерегулярным строением.
Ответ. При полимеризации пропилена получаютполипропилен:
nCH2=CH-CH3→ (-CH2-CH-)n
|
СН3
Если в образующемся полимере группы –CH3 расположены хаотично по одну и другую сторону цепи,то это — стереонерегулярный полимер. Можно подобрать такие условия процессаполимеризации (в первую очередь катализатор), что группы – CH3, будут располагаться только по одну из сторон цепиили по обе стороны, но строго регулярно, В этом случае получится стереорегулярныйполимер.
25. Охарактеризуйте процесс полученияполиэтилена и полипропилена в промышленности. Составьте уравнениясоответствующих реакций:
Ответ: полимеризацию этилена nCH2=CH2→(-CH2-CH2-)n
и пропилена nCH2=CH−СН3→(-CH2-CH-)n
|
СН3
проводят при комнатной температуре и атмосферномдавлении с катализаторами Al(C2H5)3 и TiCl4
26. Опишите свойства полиэтилена,полипропилена и тефлона. Где они применяются?
Ответ. Полиэтилен (-CH2-CH2-)n — прозрачный материал, обладающий высокой химическийстойкостью, плохо проводит тепло и электричество. Его применяют для изоляциипленок и в качестве упаковочного материала.
Полипропилен (-CH2-CH-)n по свойствам похож на полиэтилен, но
|
СН3
плавится при более высокойтемпературе и механически более прочен. Из него изготавливают трубы, канаты,рыболовные сети.
Тефлон или политетрафторэтилен (-CF2-CF2-)n –термостойкое и химически чрезвычайно инертное вещество. Похимической устойчивости он превосходит благородные металлы. Его используют дляизготовления деталей аппаратов, работающих в агрессивных средах.
27. Составьте уравнения реакций, вкоторых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат. Гдеприменяются эти полимеры?
Ответ.
nCH2=CHCl→(-CH2-CHCl-)n поливинилхлорид
поливинилхлорид применяется дляизготовления искусственной кожи, труб, изоляционных материалов.
nCH2=CH-C6H5→(-CH2-CH−)nполистирол
|
С6Н5
Полистирол применяется дляизготовления труб, изоляционных материалов и пенопластов.
Из полиметилметакрилата изготовляюточень прочное органическое стекло.
28. На конкретных примерах поясните, чемотличаются реакции поликонденсации от реакций полимеризации.
Ответ. При полимеризации происходит реакциясоединения молекул мономера в молекулу полимера:
nCH2=CHCl→(-CH2-CHCl-)n
При поликонденсации реакциясоединения сопровождается выделением низкомолекулярного продукта, напримерводы:
29. В чем сущность процесса образованияфенолформальдегидной смолы? Какие фенопласты из нее получают?
Ответ. Фенолформальдегидная смола — этовысокомолекулярное вещество, которое образуется при поликонденсации фенола и формальдегида.Добавляя к смоле различные наполнители, получают фенол-формальдегидныепластмассы (фенопласты), такие как текстолит, карболит и другие.
30. Какие полимеры называюттермопластическими, а какие – термореактивными? Приведите примеры.
Ответ. Термопластические полимеры принагревании размягчаются и изменяют форму, которую сохраняют после охлаждения. Кним относятся полиэтилен и полипропилен. Термореактивные полимеры принагревании не плавятся и не размягчаются. К ним относятся фенопласты.
31. Поясните, кем и когда впервые в миребыл разработан метод производства каучука. Составьте уравнения.
Ответ. Первый синтетический каучук былполучен из бутадиена по методу С.В. Лебедева в 1932 г.
/>
32. Для получения бутадиеного идивинилового каучуков используется один и тот же мономер. Поясните, почему этикаучуки отличаются по своим свойствам?
Ответ. Дивиниловый каучук имеетстереорегулярное строение, поэтому он по эластичности превосходит природныйкаучук. Бутадиеновый каучук имеет нерегулярное строение, поэтому он менееэластичен, чем природный каучук.
33. Составьте уравнение образованияхлоропренового каучука из 2-хлор-1,3-бутадиена.
Ответ. nCH2=CCl-CH=CH2→(-CH2-CCl=CH-CH2-)n
34. Охарактеризуйте известного вамсинтетического каучука и поясните, для каких технических целей они применяются?
Ответ. 1) Бутадиеновый каучук – это полибутадиенс нерегулярным строением. Он применяется для производства кабелей и бытовыхпредметов.
2). Дивиниловый каучук – этополибутадиен с регулярным строением, он имеет высокую износостойкость иэластичность. Применяется в производстве шин.
35. Чем отличается каучук от резины?
Ответ. Резина – это продукт реакции каучукас серой. Она обладает значительно большей прочностью, но меньшей эластичностью,чем каучук.
36. Какие условия следует соблюдать придолгом хранении автокамер, шин, резиновых трубопроводов и других изделий?Почему?
Ответ. Резину нельзя хранить при оченьнизкой температуре, т.к. это приведет к частичной кристаллизации каучука ипотере и при высокой температуре, поскольку при этом разрушаются сульфидныемостики между полиизопреновыми цепями и также ухудшаются механические свойстварезины.
37. Какие основные виды волокон вам известны?Приведите примеры.
Ответ. Основные виды волокон природные,искусственные и синтетические. Пример природного волокна – хлопок (C6H10O5)n, пример искусственного ацетатное волокно [C6H7O2(OCOH3)3]n. Синтетического волокна например, капрон [-NH-(CH2)5-CО-]n
38. Чем отличаются искусственные волокнаот синтетических? Приведите примеры.
Ответ. Искусственные волокна получают путемхимической модификации природных веществ. Например, ацетатное волокно
[C6H7O2(OCOCH3)3]n получают в синтеза без использованияприродных соединений.
39. Назовите наиболее известное вамполиамидное волокно. Охарактеризуйте свойства и получение этого волокна.
Ответ. Самое известное полиамидное волокно– капрон
[-NH-(CH2)5-CO-]n.
Его получают поликонденсацией 6-аминогенсановой кислоты,образующейся при гидролизе капролактама. Капрон обладает высокой прочностью,однако разрушающиеся кислотами и не выдерживает высоких температур.
40. Составьте уравнение реакции окисленияn-ксилола. Для каких целейиспользуется продукт реакции?
Продукт реакции – терефталеваякислота используется для получения синтетического волокна лавсана.
41. По какому признаку лавсан относят кполиэфирным волокнам?
Ответ. Лавсан (полиэтилентерефталат), образуется приполиконденсации сложного эфира этиленгликоля и терефталевой кислоты. Вмолекулах лавсана есть сложноэфирные связи –O-CO-, поэтомулавсан относят к полиэфирным волокнам.
42. Каковы характерные свойства лавсана?Где его применяют?
Ответ. Лавсан обладает высокой прочностью и хорошейхимической стойкостью. Его применяют для изготовления не мнущихся тканей, производстваремней, парусов, транспортных лент.
43. Углеводородное сырье (нефть, каменныйуголь, природный газ) является источником для синтеза полиэтилена, фенопластов.
Приведите уравнения соответствующих реакций.
Ответ. Полиэтилен можно синтезировать изприродного газа:
/>
Фенопласты получают из фенола иформальдегида:
Необходимый для этого фенол выделяютиз каменноугольной смолы, который получают каменного угля. Формальдегидполучают окислением метана:CH4+O2→H2C=O+H2O
44. Приведите примеры природных волоконрастительного и животного происхождения. Каковы некоторые недостатки этихволокон перед синтетическими?
45. В чем преимущества искусственныхволокон перед природными?
46. В чем проявляется различие свойствполиэтилена высокого и низкого давления? Чем это различие объясняется?
47. Формальдегид может полимеризоватьсяпо месту двойной связи, образуя полиформальдегид, в цепи которогопоследовательно чередуются атомы углерода и кислорода. Составьте схему реакцииполимеризации формальдегида. Какими свойствами обладает полиформальдегид?
H-COH→ …CH2– O – CH2 – O – CH2 – O – CH2 – O …
Данный полимер обладает хорошимимеханическими свойствами и используется для изготовления деталей машин, пленок,волокон.[21, 22]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Во все времена химия служит человекув его практической деятельности. Большую роль играет химия в современнойпромышленности. Среди важнейших продуктов следует назвать пластмассы, каучуки ирезины, синтетические волокна и многое другое. В настоящее время химическаяпромышленность выпускает несколько десятков тысяч наименований продукции.
Химия и химическая промышленность являются одним из наиболеесущественных источников загрязнения окружающей среды. Для решения задач вобласти охраны окружающей среды необходимо осуществить комплекс мер, многие изкоторых решаются путем применения химических, физических или биохимическихметодов.
Среди многочисленных веществ, встречающихся в природе, резковыделяется группа соединений, отличающихся от других особыми физическимисвойствами, высокой вязкостью растворов, способностью образовывать волокна,пленки и т.д. К этим веществам относятся целлюлоза, лигнин, пентозаны, крахмал,белки и нуклеиновые кислоты, широко распространенные в растительном и животноммире, где они образуются в результате жизнедеятельности организмов.
Высокомолекулярные соединения получили свое названиевследствие большой величины их молекулярного веса, отличающие их от низкомолекулярныхвеществ, молекулярный вес которых лишь сравнительно редко достигает несколькихсотен. В настоящее время принято относить к ВМС вещества с молекулярным весомболее 5000.
Молекулы ВМС называют макромолекулами, а химию ВМС – химиеймакромолекул и макромолекулярной химией.
В результате многочисленных соединений, осуществленныхогромной армией химиков, физиков и технологов, было установлено не только строениенекоторых природных ВМС, но и найдены пути синтеза их заменителей из доступныхвидов сырья. Возникли новые виды промышленности, началось производство синтетическогокаучука, искусственных синтетических волокон, пластических масс, лаков икрасок, заменителей кожи и т.д. На первых парах синтетические материалы носилихарактер заменителей природных материалов. В настоящее время в результатеуспехов в химии и физике ВМС и усовершенствования технологий их производства,благодаря принципиальной возможности сочетать в одном веществе любые желаемыесвойства, синтетические ВМС постепенно проникают во все области промышленности,где они становятся совершенно незаменимыми конструкционными и антикоррозийнымиматериалами. Однако с эксплуатацией и утилизацией ВМС связаны не малыепроблемы, которые нужно своевременно решать.
ЛИТЕРАТУРА
1. РудзитисГ. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Органическая химия. Основы общей химии (Обобщениеи углубление знаний): Учеб. Для 11 класса.-М.: Просвещение, 2004.- 160с.
2. Рудзитис Г. Е.,Фельдман Ф. Г. Химия: 10-й класс.: Учеб. Для общеобразоват. учреждений. — М.:ООО «Издательство АСТ»: ООО «Издательство АСстрель», 2004.- 159с.
3. Хомченко Г. П. Пособиепо химии для поступающих в вузы.- 3-е изд. Испр. И доп. М.: ООО ИздательствоНовая Волна», Издатель Умеренков, 2004.- 464с.
4. Гузей Л. С. и др.Химия, 11 класс/ Л.С. Гузей, Р.П. Суровцева, Г.Г. Лысова — М.: «Дрофа»,1999. -240c.
5. Вивюрский В.Я. Вопросы,упражнения и задачи по органической химии с ответами и решениями. — М.:Гуманит. Изд. Центр ВАДОС, 1999. — 688с.
6. Воробьев В. А.,Андрианов Р. А. Технология полимеров. — М.: Высш. школа, 1990. — 303с.
7. Николаев А. Ф.Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. — М.: «Химия», 1992.- 768с.
8. Бачурин Д. Г.Исследование и применение полимеров в промышленности.-М.:1990. — 112с.
9. Башкатов Т. В.,Шигалин Я. Л. Технология синтетических каучуков. — М. «Химия», 1990. — 334с.
10. Фурне Ф.Синтетические волокна. Получения и переработка. — М.: «Химия», 1995. — 684с.
11. Патапов В. М.,Татаринчик С. Н., Аверина А. В. Задачи и упражнение по органической химии. — М.: «Химия», 1997. — 144с.
12. Мовсумзаде Э. М.и др. Химия в вопросах и ответах с использованием ЭВМ./Э. М. Мовсумзаде, Г. А.Аббасова, Т. Г. Захарочкина. — М.: Высш. школа,1991. — 191с.
13. Химия и жизнь (Солтерсовская химия)Часть II Химические новеллы: Пер. с англ. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 1997437с., ил.
14. Химия и жизнь (Солтерсовская химия)Часть III Химические новеллы: Пер. с англ. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева,1997. — 437с.
15. Энциклопедияполимеров. Ред. Коллегия: Каргин В. А. и др. т.3.- М.: Сов. энциклопедия, 1972.
16. Кузьменко Н. Е.,Еремин В. В. Химия. 2400 задач для школьников и поступающих в вузы.- М.: Дрофа,1999.- 560 с.
17. Исидоров В. А.Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. – СПб: Химиздат, 2001. – 304 с.
18. Селезнев А. В.Некоторые представления о свойствах поливинилхлорида и материалов на его основе// Экология и промышленность России.- 2001.- №11.- с. 35-37.
19. Микитюк А. Д.Обобщение сведений о реакциях полимеризации // Химия в школе.- 2002.- №4.- с.56-62.
20. Вивюрский В.Я.Вопросы, упражнения и задачи по органической химии с ответами и решениями. — М.: Гуманит. Изд. Центр ВАДОС, 1999. — 688с.
21. Патапов В. М.,Татаринчик С. Н., Аверина А. В. Задачи и упражнение по органической химии. — М.: «Химия», 1997. — 144с.
22. БарковскийЕ. В., Врублевский А. И. Тесты по химии, Минск, Юнипресс, 2002
23. Химия: Большойсправочник для школьников и поступающих в вузы / Е. А. Алферова, Н. С. Ахметов,Н. В. Богомолова и др. М.: Дрофа, 1999. 485-498