Формирование основных понятий о высокомолекулярных веществах в курсе средней школы с экологической составляющей

а) гидролиз

б) газификация

в) гомогенное горение

г) окислительное щелочное разрушение +

25. Одно из наиболее опасных соединений, которое выделяется при горении ДСП:

а) циановодород +

б) серная кислота

в) азотная кислота

г) бензапирен [23]

3.4 Вопросы

1. Какие вещества называют высокомолекулярными? Приведите примеры.

2. В результате, каких реакций получают высокомолекулярные соединения?

Ответ. Высокомолекулярные соединения можно получать с помощью реакций полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения.

3. Чем отличаются реакции полимеризации и поликонденсации?

4. Какого значение высокомолекулярных веществ?

5.Какие реакции называют реакциями полимеризации? Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена.

Ответ. Полимеризация – это процесс соединения большого числа одинаковых молекул (мономеров) в одну большую молекулу (полимер). 6.Могут ли образовывать полимеры галогенпроизводные непредельных 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 макромолекул природного каучука?

Ответ: При нагревании без доступа воздуха натуральный каучук распадается с образованием 2- метил-1,3- бутадиена (изопрена). Это означает, что молекулы натурального каучука построены из фрагментов молекул изопрена

8. Каковы физические и химические свойства природного каучука?

Ответ. Физические свойства: природный каучук – упругое аморфное вещество, очень эластичен, водогазонепроницаем, не растворяется в воде, растворяется в бензине, хлороформе и сероуглероде.

Химические свойства: натуральный каучук – непредельное соединение и способен к реакциям присоединения. В частности, он реагирует с серой, атомы которой сшивают вместе различные полиизопреновые цепи.

9. Чем отличаются каучуки от резины?

Ответ. Резина – это продукт реакции каучука с серой. Она обладает значительно большей прочностью, но меньшей эластичностью, чем каучук.

10. Напишите уравнение реакции полимеризации 1,3 – бутадиена:

nCH2=CH-CH=CH2→(-CH2-CH=CH-CH2)n

11. Напишите уравнение реакции получения поливинилхлорида из ацетилена:

Ответ: CH=CH+HCL→CH2=CHCL

12. Перечислите области применения формальдегида. На каких свойствах основано его использование?

Ответ. Важнейший из альдегидов - формальдегид – применяется для получения фенолформальдегидной смолы и пластмасс на ее основе. В основе этого процесса – реакция поликонденсации фенола с формальдегидом.

13. Что такое фенопласты?

Ответ. Фенопласты – это пластмассы, изготовленные из фенолформальдегидной смолы в сочетании с различными наполнителями.

14. Как образуется целлюлоза в природе? Составьте соответствующие уравнение реакций.

Ответ. Целлюлоза образуется в результате реакций фотосинтеза:

6 CO2+6H2O→C6H12O6+6O2

n C6H12O6→(C6H10O5)n+nH2O

15. Какие волокна получают из целлюлозы и чем они отличаются друг от друга?

Ответ. Из целлюлозы получат искусственные волокна: ацетатное и вискозное. Они отличаются химическим составом, ацетатное волокно- это триацетат целлюлозы [C6H7O2(OCOCH3)3]n, а вискозное – это просто определенным образом обработанная целлюлоза.

16. Какие элементы входят в состав белков? Охарактеризуйте строение белковых молекул.

Ответ. В состав всех белков входят углеводород, 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 структурой белка. Полипептидная цепь скручена в пространстве в спираль за счет водородных связей между группами –NH и –CO-. Пространственная структура полипептидной цепи называется вторичной структурой. Трехмерная конфигурация закрученной 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 связей наиболее характерны для большинства белковых молекул?

Ответ. Во всех белковых молекулах есть пептидная связь –NH – CO- между аминокислотными остатками и водородные связи между группами –NH и –CO-.

В белках, в состав которых входит аминокислота цистеин, между различными фрагментами полипептидной цепи образуется дисульфидный мостик –S-S-.

18. Где белки встречаются в природе и каково их назначение?

Ответ. Белки – основной компонент клеток и тканей всех живых организмов. Значение белков состоит в том, что они являются катализаторами всех химических процессов в живых организмах.

19. Опишите физические и химические свойства белков.

Ответ. Физические свойства: глобулярные белки растворимы в воде или образуют коллоидные растворы; фибриллярные белки в воде не растворимы. Химические свойства. 1). Денатурация – разрушение вторичной и третичной структуры белка с сохранением первичной структуры. Происходит при нагревании или действии растворителей. 2). Гидролиз белков – разрушение первичной 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 (биуретовая реакция).

20. Как можно доказать наличие белков в продуктах питания, в шерстяных и шелковых тканях?

Ответ. Это можно доказать с помощью цветных качественных реакций, например биуретовой реакции.

21. Дайте общую характеристику роли белков в процессах жизнедеятельности человека и животных.

Ответ. В живых организмах белки играют роль строительного материала. Из них построены мышцы, части суставов, кожа, волосы. Другой тип белков – ферменты – играют роль катализаторов химических процессов в живых организмах. Кроме того, некоторые белки выполняют транспортные функции, перенося вещества из одной части организма в другую.

22. Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям, а какие - к мономерам и полимерам? На конкретных примерах поясните, чем отличается строение их молекул.

Ответ. ВМС – это соединения с большой молекулярной массой. ВМС – полимеры, молекулы которых содержат повторяющиеся фрагменты. Полимеры получают путем соединения большого числа молекул мономеров. Например, полимер поливинилхлорид (-CH2-CHCL)n получают из мономера винилхлорида CH2=CHCL

23. Поясните, что такое «структурное звено» и «степень полимеризации».

Ответ. Структурное звено – это повторяющийся фрагмент в молекуле полимера. Например, в поливинилхлориде (-CH2-CHCL)n структурное звено - CH2 - CHCL. Число структурных звеньев в молекуле полимера называется степенью полимеризации.

24. На конкретном примере покажите возможность образования полимера со стереорегулярным и стереонерегулярным строением.

Ответ. При полимеризации пропилена получают полипропилен:

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 процесса полимеризации (в первую очередь катализатор), что группы – CH3 ,будут располагаться только по одну из сторон цепи или по обе стороны, но строго регулярно, В этом случае получится стереорегулярный полимер.

25. Охарактеризуйте процесс получения полиэтилена и полипропилена в промышленности. Составьте уравнения соответствующих реакций:

Ответ: полимеризацию этилена nCH2=CH2→(-CH2-CH2-)n

и пропилена nCH2=CH−СН3 →(-CH2-CH-)n

|

СН3

проводят при комнатной температуре и атмосферном давлении 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 химический стойкостью, плохо проводит тепло и электричество. Его применяют для изоляции пленок и в качестве упаковочного материала.

Полипропилен (-CH2-CH-)n по свойствам похож на полиэтилен, но

|

СН3

плавится при более высокой температуре и механически более прочен. Из него изготавливают трубы, канаты, рыболовные сети.

Тефлон или политетрафторэтилен (-CF2-CF2-)n –термостойкое и химически чрезвычайно инертное вещество. По химической устойчивости он превосходит благородные металлы. Его используют для изготовления деталей аппаратов, работающих в агрессивных средах.

27. Составьте уравнения реакций, в которых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат. Где применяются эти полимеры?

Ответ.

nCH2=CHCl→(-CH2-CHCl-)n поливинилхлорид

поливинилхлорид применяется для изготовления искусственной кожи, труб, изоляционных материалов.

nCH2=CH-C6H5→(-CH2-CH−)nполистирол

|

С6Н5

Полистирол применяется для изготовления труб, изоляционных материалов и пенопластов.

Из полиметилметакрилата изготовляют очень прочное органическое стекло.

28. На конкретных примерах поясните, чем отличаются реакции поликонденсации от реакций полимеризации.

Ответ. При полимеризации происходит реакция соединения молекул мономера в молекулу полимера:

nCH2=CHCl→(-CH2-CHCl-)n

При поликонденсации реакция соединения сопровождается выделением низкомолекулярного продукта, например воды:

29. В чем сущность процесса образования фенолформальдегидной смолы? Какие фенопласты из нее получают?

Ответ. Фенолформальдегидная смола - это высокомолекулярное вещество, которое образуется при поликонденсации фенола и формальдегида. Добавляя к смоле различные наполнители, получают фенол-формальдегидные пластмассы (фенопласты), такие как текстолит, карболит и другие.

30. Какие полимеры называют термопластическими, а какие – термореактивными? Приведите примеры.

Ответ. Термопластические полимеры при нагревании размягчаются и изменяют форму, которую сохраняют после охлаждения. К ним относятся полиэтилен и полипропилен. Термореактивные полимеры при нагревании не плавятся и не размягчаются. К ним относятся фенопласты.

31. Поясните, кем и когда впервые в мире был разработан метод производства каучука. Составьте уравнения.

Ответ. Первый синтетический каучук был получен из бутадиена по методу С.В. Лебедева в 1932 г.

32. Для получения бутадиеного и дивинилового каучуков используется один и тот же мономер. Поясните, почему эти каучуки отличаются по своим свойствам?

Ответ. Дивиниловый каучук имеет стереорегулярное строение, поэтому он по эластичности превосходит природный каучук. Бутадиеновый каучук имеет нерегулярное строение, поэтому он менее эластичен, чем природный каучук.

33. Составьте уравнение образования хлоропренового каучука из 2-хлор-1,3-бутадиена.

Ответ. nCH2=CCl-CH=CH2→(-CH2-CCl=CH-CH2-)n

34. Охарактеризуйте известного вам синтетического каучука и поясните, для каких технических целей они применяются?

Ответ. 1) Бутадиеновый каучук – это полибутадиен с нерегулярным строением. Он применяется для производства кабелей и бытовых предметов.

2). Дивиниловый каучук – это полибутадиен с регулярным строением, он имеет высокую износостойкость и эластичность. Применяется в производстве шин.

35. Чем отличается каучук от резины?

Ответ. Резина – это продукт реакции каучука с серой. Она обладает значительно большей прочностью, но меньшей эластичностью, чем каучук.

36. Какие условия следует соблюдать при долгом хранении автокамер, шин, резиновых трубопроводов и других изделий? Почему?

Ответ. Резину нельзя хранить при очень низкой температуре, т.к. это приведет к частичной кристаллизации каучука и потере и при высокой температуре, поскольку при этом разрушаются сульфидные мостики между полиизопреновыми цепями и также ухудшаются механические свойства резины.

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 волокна от синтетических? Приведите примеры.

Ответ. Искусственные волокна получают путем химической модификации природных веществ. Например, ацетатное волокно

[C6H7O2(OCOCH3)3]n получают в синтеза без использования природных соединений.

39. Назовите наиболее известное вам полиамидное 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 окисления n-ксилола. Для каких целей используется продукт реакции?

Продукт реакции – терефталевая кислота используется для получения синтетического волокна лавсана.

41. По какому признаку лавсан относят к полиэфирным волокнам?

Ответ. Лавсан (полиэтилентерефталат), образуется при поликонденсации сложного эфира этиленгликоля и терефталевой кислоты. В молекулах лавсана есть сложноэфирные связи –O-CO-, поэтому лавсан относят к полиэфирным волокнам.

42. Каковы характерные свойства лавсана? Где его применяют?

Ответ. Лавсан обладает высокой прочностью и хорошей химической стойкостью. Его применяют для изготовления не мнущихся тканей, производства ремней, парусов, транспортных лент.

43. Углеводородное сырье (нефть, каменный уголь, природный газ) является источником для синтеза полиэтилена, фенопластов.

Приведите уравнения соответствующих реакций.

Ответ. Полиэтилен можно синтезировать из природного газа:

Фенопласты получают из фенола и формальдегида:

Необходимый для этого фенол выделяют из каменноугольной смолы, который получают каменного угля. Формальдегид получают окислением метана:CH4+O2→H2C=O+H2O

44. Приведите примеры природных волокон растительного и животного происхождения. Каковы некоторые недостатки этих волокон перед синтетическими?

45. В чем преимущества искусственных волокон перед природными?

46. В чем проявляется различие свойств полиэтилена высокого и низкого давления? Чем это различие объясняется?

47. Формальдегид может полимеризоваться по месту двойной связи, образуя полиформальдегид, в цепи которого последовательно чередуются атомы углерода и кислорода. Составьте схему реакции полимеризации формальдегида. Какими свойствами обладает полиформальдегид?

H-COH→ …CH2 – O – CH2 – O – CH2 – O – CH2 – O …

Данный полимер обладает хорошими механическими свойствами и используется для изготовления деталей машин, пленок, волокон.[21, 22]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во все времена химия служит человеку в его практической деятельности. Большую роль играет химия в современной промышленности. Среди важнейших продуктов следует назвать пластмассы, каучуки и резины, синтетические волокна и многое другое. В настоящее время химическая промышленность выпускает несколько десятков тысяч наименований продукции.

Химия и химическая промышленность являются одним из наиболее существенных источников загрязнения окружающей среды. Для решения задач в области охраны окружающей среды необходимо осуществить комплекс мер, многие из которых решаются путем применения химических, физических или биохимических методов.

Среди многочисленных веществ, встречающихся в природе, резко выделяется группа соединений, отличающихся от других особыми физическими свойствами, 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 животном мире, где они образуются в результате жизнедеятельности организмов.

Высокомолекулярные соединения получили свое название вследствие большой величины их молекулярного веса, отличающие их от низкомолекулярных веществ, молекулярный вес которых лишь сравнительно редко достигает нескольких сотен. В настоящее время принято относить к ВМС вещества с молекулярным весом более 5000.

Молекулы ВМС называют макромолекулами, а химию ВМС – химией макромолекул и макромолекулярной химией.

В результате многочисленных соединений, осуществленных огромной армией химиков, физиков и технологов, было установлено не только строение некоторых природных ВМС, но и найдены пути синтеза их заменителей из доступных видов сырья. Возникли новые виды промышленности, началось производство синтетического каучука, искусственных синтетических волокон, пластических масс, лаков и красок, заменителей кожи и т.д. На первых парах синтетические материалы носили характер заменителей природных материалов. В настоящее время в результате успехов в химии и физике ВМС и усовершенствования технологий их производства, благодаря принципиальной возможности сочетать в одном веществе любые желаемые свойства, синтетические ВМС постепенно проникают во все области промышленности, где они становятся совершенно незаменимыми конструкционными и антикоррозийными материалами. Однако с эксплуатацией и утилизацией ВМС связаны не малые проблемы, которые нужно своевременно решать.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Органическая химия. Основы общей химии (Обобщение и 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. Пособие по химии для поступающих в вузы.- 3-е изд. Испр. И доп. М.:ООО Издательство Новая 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, 1997 437с., ил.

14.      Химия и жизнь (Солтерсовская химия) Часть III Химические новеллы: Пер. с англ. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 1997. - 437с.

15.      Энциклопедия полимеров. 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.      Барковский Е. В., Врублевский А. И. Тесты по химии, Минск, Юнипресс, 2002

23.      Химия: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Е. А. Алферова, Н. С. Ахметов, Н. В. Богомолова и др. М.: Дрофа, 1999. 485-498

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5