Lý thuyết Vật liệu polymer (Hóa 12 Kết nối tri thức 2025)

Lý thuyết Hóa học 12 Bài 13: Vật liệu polymer

A. Lý thuyết Vật liệu polymer

I. Chất dẻo

1. Khái niệm

– Chất dẻo là các vật liệu polymer có tính dẻo

– Tính dẻo của vật liệu có tính biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng

– Thành phần chính của chất dẻo là polymer

2. Tổng hợp một số polymer dùng làm chất dẻo

– Một số polymer dùng làm chất dẻo thông dụng như PE, PP, PVC, PS, poly(methy methacrylate),… được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp từ các monomer tương ứng.

– Poly(phenol formaldehyde) được điều chế từ phản ứng của formaldehyde với phenol, có mặt acid làm xúc tác

3. Ứng dụng của chất dẻo

4. Ô nhiễm môi trường do chất dẻo và rác thải nhựa

– Các loại nhựa được tạo ra từ chất dẻo khi thải ra môi trường thì phải mất rất nhiều thời gian để phân hủy, do đó việc xử lí rác thải nhựa không đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến cuộc sống con người và động thực vật.

– Để hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường khi sử dụng đồ nhựa, cần thực hiện một số biện pháp như

+ Tái chế và tái sử dụng đồ nhựa đã dùng

+ Hạn chế các loại bao bì nhựa, túi nylon

+ Mang theo túi đựng khi mua sắm

+ Sử dụng vật liệu phân hủy sinh học

+ Phân loại rác thải tại nguồn

II. Vật liệu composite

1. Khái niệm

Vật liệu composite là loại vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có các tính chất vượt trội so với các vật liệu ban đầu

Vật liệu composite thường bao gồm hai thành phần chính

+ Vật liệu cốt có vai trò đảm bảo cho composite có được các tính cơ học cần thiết

+ Vật liệu nền có vai trò đảm bảo cho các thành phần cốt của composite liên kết với nhau nhằm tạo tính thống nhất cho vật liệu compiste.

2. Ứng dụng

– Vật liệu composite cốt sợi được dùng phổ biến để sản xuất thân, vỏ máy bay, tàu thuyền, thân xe đua, khung xe đạp,…

– Vật liệu composite cốt hạt được dùng để sản xuất gỗ nhựa, bê tông,…

III. Tơ

1. Khái niệm

Tơ là những vật liệu polymer có dạng sợi mảnh và có độ bền nhất định.

2. Phân loại

3. Một số loại tơ thường gặp

a) Tơ tự nhiên

+ Sợi bông: là một loại tơ sợi được lấy từ quả bông, thành phần chủ yếu của sợi bông là cellulose. Sợi bông có nhiều ưu điểm như mềm mịn, thấm hút mồ hôi tốt, thông thoáng nên vải dệt từ sợi bông được sử dụng phổ biến trong ngành may mặc.

+ Len: là một loại tơ được làm từ lông một số loài động vật như cừu, dê, lạc đà,…có thành phần chính là protein.

+ Tơ tắm: là loại tơ được lấy từ kén của con sâu tằm. Tơ tằm có cấu trúc là các chuỗi protein do sâu tằm tiết ra. Vải dệt từ sợi tơ tằm có độ bóng cao, mềm mại, thoáng khí, hút ẩm tốt

b) Tơ tổng hợp

+ Tơ nylon – 6,6 thuộc loại tơ polyamide được tổng hợp từ hai loại hợp chất đều chứa 6 nguyên tử carbon trong phân tử, có tính dai, mềm, ít thấm nước nên được dệt vải may mặc, vải lót lốp xe,…

+ Tơ capron thường được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp mở vòng -caprolactam:

+ Tơ nitron được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp vinyl cyanide (hay acrylonitrile), tạo thành polyacrylonitrile

Tơ nitron dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt nên thường được dùng để dệt vải quần áo ấm, vải bạt,…

c) Tơ bán tổng hợp

+ Tơ visco có cấu trúc phân tử giống cellulose, được sản xuất từ các nguồn cellulose. Vải visco dai, bền, thấm mồ hôi và thoáng khí, thường dùng để dệt vải may quần áo mùa hè

+ Tờ cellulose acetate: là một trong những loại tơ sợi bán tổng hợp được tạo ra sớm nhất, tơ mềm nịn, đàn hồi, thoáng khí, thấm hút mồ hôi, khô nhanh bền màu được sử dụng để dệt các loại vải như sa tanh, dệt kim.

IV. Cao su

1. Khái niệm

– Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi

Tính đàn hồi là tính bị biến dạng của vật khi chịu lực tác dụng bên ngoài nhưng trở lại hình dạng ban đầu khi lực thôi tác dụng

– Có hai loại cao su là cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

2. Cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên được lấy từ cây cao su. Cao su thiên nhiên có tính đàn hồi, không dẫn điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, ethanol,… nhưng tan trong xăng và benzene.

Cao su thiên nhiên có phản ứng với lưu huỳnh tạo cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dung môi hơn cao su không lưu hóa.

3. Cao su tổng hợp

+ Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém hơn cao su thiên nhiên. Cao su buna được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp buta – 1,3 – diene ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp, có kim loại Na xúc tác.

+ Cao su isoprene được sử dụng rộng rãi vì có tính đàn hồi tốt, độ bền cao, khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt tốt.

+ Cao su buna – S có tính đàn hồi cao, dùng để sản xuất lốp xe, đệm lót, đế giày, vật liệu chống thấm,…Cao su buna – S được điều chế bằng các cho buta – 1,3 – diene trùng hợp với styrene

+ Cao su buna – N có tính chống dầu tốt, được dùng để sản xuất găng tay cao su y tế, đai truyền động, ống, gioăng cao su,….Cao su buna – N được điều chế bằng cách cho buta – 1,3 – diene trùng hợp với acrylonitrile.

+ Cao su chloroprene có tính đàn hồi cao, bền với dầu mỡ, được dùng để bọc các ống thủy lực công nghiệp, ống nhún và đệm làm kín,…Cao su chloroprene được điều chế từ phản ứng trùng hợp chloroprene.

V. Keo dán

1. Khái niệm

– Keo dán là vật liệu có khả năng kết dính bề mặt của hai vật liệu rắn với nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính.

– Bản chất của keo dán là có thể tạo ra các màng rất mỏng, bền vững và bám chắc vào bề mặt các mảnh vật liệu được dán

2. Một số loại keo dán

a) Nhựa vá săm

Nhựa vá săm là dung dịch dạng keo của cao su trong dung môi hữu cơ như toluene, xylene,… thường được dùng để vá chỗ thủng của săm xe.

b) Keo dán epoxy

Keo dán epoxy còn gọi là keo dán hai thành phần. Thành phần chính là hợp chất chứa hai nhóm epoxy ở hai đầu.

Ưu điểm: độ kết dính rất cao, chịu nhiệt, chịu nước, chịu dung môi, chịu lực tốt, rất dễ sử dụng

c) Keo dán poly(urea – formaldehyde)

poly(urea – formaldehyde) được sản xuất từ urea và formaldehyde.

Keo dán bền với dầu mỡ và các dung môi thông dụng, thấm vào nước kém.

Sơ đồ tư duy Vật liệu polymer

B. Trắc nghiệm Vật liệu polymer

Câu 1. Cao su được sản xuất từ sản phẩm trùng hợp của buta-1,3-diene với CN−CH=CH₂ có tên gọi thông thường là

A. cao su Buna.

B. cao su Buna-S.

C. cao su Buna-N.

D. cao su chloroprene.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Khi trùng hợp buta-1,3-diene (CH₂=CH−CH=CH₂) với acrylonitrile(CN−CH=CH₂) thu được cao su Buna-N.

Câu 2. Trong các polymer sau có bao nhiêu chất là thành phần chính của chất dẻo: thuỷ tinh hữu cơ, nylon-6,6, cao su Buna, PVC, tơ capron, nhựa phenol formaldehyde, PE?

A. 4.

B. 6.

C. 3.

D. 5.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Có 4 chất là thành phần chính của chất dẻo: thuỷ tinh hữu cơ, PVC, nhựa phenol formaldehyde, PE.

Câu 3. Trong số các loại tơ sau: Tơ lapsan, tơ tằm, tơ visco, tơ nylon-6,6, tơ acetate, tơ capron, tơ enang. Có bao nhiêu chất thuộc loại tơ nhân tạo?

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4 .

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Có 2 chất thuộc loại tơ nhân tạo là tơ visco và tơ acetate.

Câu 4. Dãy nào sau đây gồm các polymer dùng làm chất dẻo?

A. polyethylene; poly(vinyl chloride); poly(methyl methacrylate).

B. nylon-6; cellulose triacetate; poly(phenol fomaldehyde).

C. polybuta-1,3-diene; poly(vinyl chloride); poly(methyl methacrylate).

D. polystyrene; nylon-6,6; polyethylene.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Các polymer dùng làm chất dẻo là polyethylene: nhựa PE; poly(vinyl chloride): nhựa PVC; pol(methyl methacrylate): thủy tinh hữu cơ.

Câu 5. Polymer nào sau đây trong thành phần chứa nguyên tố nitrogen?

A. Nylon-6,6.

B. Polybutadiene.

C. Polyethylene.

D. Poly(vinyl chloride).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Tơ nylon-6,6 được tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng hexamethylenediamine và adipic acid, chứa liên kết −CO−NH− trong phân tử, nên có chứa nguyên tố nitrogen.

Câu 6. Tơ nylon-6,6 thuộc loại

A. tơ nhân tạo.

B. tơ bán tổng hợp.

C. tơ tự nhiên.

D. tơ tổng hợp.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Tơ nylon-6,6 thuộc loại tơ tổng hợp được tổng hợp từ hexamethylenediamine và adipic acid.

Câu 7. Tơ visco không thuộc loại

A. tơ hóa học.

B. tơ tổng hợp.

C. tơ bán tổng hợp.

D. tơ nhân tạo.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Tơ hóa học được chia thành tơ tự nhiên, tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp (nhân tạo).

Tơ visco thuộc tơ bán tổng hợp (nhân tạo) và đồng thời cũng là tơ hóa học

Câu 8. Nhựa phenol formaldehyde được điều chế bằng cách đun nóng phenol (dư) với dung dịch

A. HCOOH trong môi trường acid.

B. CH₃CHO trong môi trường acid.

C. CH₃COOH trong môi trường acid.

D. HCHO trong môi trường acid.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Phương trình phản ứng hóa học:

Câu 9. Polymer dùng để chế tạo thuỷ tinh hữu cơ được điều chế bằng phản ứng trùng hợp

A. CH₂=C(CH₃)COOCH₃.

B. CH₂=CHCOOCH₃.

C. C₆H₅CH=CH₂.

D. CH₃COOCH=CH₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Polymer dùng để chế tạo thuỷ tinh hữu cơ được điều chế bằng phản ứng trùng hợp methyl methacrylate: CH₂=C(CH₃)COOCH₃.

Câu 10. Dãy gồm các chất được dùng để tổng hợp cao su Buna-S là

A. CH₂=C(CH₃)−CH=CH₂, C₆H₅CH=CH₂.

B. CH₂=CH−CH=CH₂, C₆H₅CH=CH₂.

C. CH₂=CH−CH=CH₂, lưu huỳnh.

D. CH₂=CH−CH=CH₂, CH₃−CH=CH₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Khi trùng hợp buta-1,3-diene (CH₂=CH−CH=CH₂) với styrene (C₆H₅CH=CH₂) thu được cao su Buna-S:

Câu 11: Poly (methyl methacrylate), là một loại nhựa tổng hợp có ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Với nhiều tính năng nổi bật, nhựa poly (methyl methacrylate) đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực sản xuất.

a. Poly (methyl methacrylate) được tổng hợp bằng phương pháp trùng ngưng.

b. Phương trình tổng hợp poly (methyl methacrylate) như sau:

c. Poly (methyl methacrylate) cũng có tên gọi khác là thủy tinh hữu cơ.

d. Nhựa poly (methyl methacrylate) có nhiều ứng dụng rộng rãi trong đời sống.

Hướng dẫn giải

a. Sai vì poly (methyl methacrylate) được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp methyl methacrylate: CH₂=C(CH₃)COOCH₃ (trong phân tử có liên kết đôi C=C).

b. Đúng.

c. Đúng.

d. Đúng.

Câu 12: Tơ là những vật liệu polymer hình sợi dài và manh với độ bên nhất định. Những polymer này có mạch không phân nhánh, xếp song song với nhau. Các loại tơ có tính chất đặc trưng như mềm, dai, không độc, tương đối bền với các dung môi thông thường và có khả năng nhuộm màu. Tơ là nguyên liệu quan trọng trong ngành dệt may.

a. Tơ nitron thuộc loại tơ tổng hợp.

b. Tơ nylon-6,6 thuộc loại tơ tổng hợp.

c. Tơ visco thuộc loại tơ thiên nhiên.

d. Tơ acetate thuộc loại tơ bán tổng hợp.

Hướng dẫn giải

a. Đúng

b. Đúng

c. Sai vì tơ visco thuộc loại tơ bán tổng hợp.

d. Đúng

Câu 13: Cho các polymer sau: nhựa PVC; thuỷ tinh hữu cơ; tơ nylon-6,6; tơ lapsan; tơ capron; nhựa PE; tơ visco; và tơ enang. Trong các polymer đã cho có bao nhiêu polymer được điều chế bằng phản ứng trùng hợp monomer tương ứng?

Hướng dẫn giải

Đáp số: 3

Có 3 polymer đã được điều chế bằng phản ứng trùng hợp đó là: nhựa PVC; thủy tinh hữu cơ; nhựa PE.

Các polymer: tơ nylon-6,6; tơ lapsan; tơ capron; tơ enang được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng.

Tơ visco là polymer bán tổng hợp, được chế hóa từ cellulose có sẵn trong tự nhiên, không phải tơ được điều chế bằng trùng hợp hay trùng ngưng.

Câu 14: Hợp chất X có công thức phân tử là C₈H₁₄O₄. Từ X thực hiện các phản ứng (theo đúng tỉ lệ mol):

(a) X + 2NaOH ⟶ X₁ + X₂+ H₂O

(b) X₁+ H₂SO₄ ⟶ X₃ + Na₂SO₄

(d) 2X₂+ X₃⟶ X₅+ 2H₂O

Phân tử khối của X₅là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Đáp số: 202

Từ (b) và (c) ⇒ X₃ là acid tạo nylon-6,6 ⇒ X₃ là C₄H₈(COOH)₂; X₁: C₄H₈(COONa)₂

X có CTPT C₈H₁₄O₄ tạo X₁, kết hợp với điều kiện thủy phân X tạo nước (chứng tỏ X chứa nhóm chức acid)

⇒ X: HOOC−C₄H₈−COOC₂H₅ ⇒ X₂: C₂H₅OH

Từ (d) ta thấy X₅ là sản phẩm của phản ứng ester hóa giữa C₂H₅OH và C₄H₈(COOH)₂

⇒X₅: C₄H₈(COOC₂H₅)₂

Phân tử khối của X₅là 202.

Câu 15: Để điều chế cao su buna người ta có thể thực hiện theo các sơ đồ biến hóa sau:

$C_{2} H_{6} \overset{h = 30 %}{\to} C_{2} H_{4} \overset{h = 80 %}{\to} C_{2} H_{5} O H \overset{h = 50 %}{\to} C H_{2} C H = C H C H_{2} \overset{h = 80 %}{\to} C a o s u B u n a$

Khối lượng ethane cần lấy để có thể điều chế được 5,4 kg cao su Buna theo sơ đồ trên là bao nhiêu kg?

Hướng dẫn giải

Đáp số: 62,5

H_{quá trình} = 0,3 × 0,8 × 0,5 × 0,8 × 100

$n_{{(C_{4} H_{6})}_{n}} = \frac{5, 4}{54 n} = \frac{0, 1}{n} (mol)$

Áp dụng bảo toàn nguyên tố C, ta có:

2nC₂H₆ ⟶ (C₄H₆)_n

$\frac{0, 1}{n} \times 2 n = 0, 2$ ⟵ $\frac{0, 1}{n} (kmol)$

$m_{C_{2} H_{6}}$ (thực tế) = 0,2 × 30 × $\frac{100}{9, 6}$ = 62,5 (kg).

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Hóa học lớp 12 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 12: Đại cương về polymer

Lý thuyết Bài 13: Vật liệu polymer

Lý thuyết Bài 15: Thế điện cực và nguồn điện hoá học

Lý thuyết Bài 16: Điện phân

Lý thuyết Bài 18: Cấu tạo và liên kết trong tinh thể kim loại

Lý thuyết Bài 19: Tính chất vật lí và tính chất hoá học của kim loại