Страница 407 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Авторы: Еремин В. В., Кузьменко Н. Е., Теренин В. И., Дроздов А. А., Лунин В. В.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2023 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый, зелёный с радугой
Допущено Министерством просвещения Российской Федерации
Популярные ГДЗ в 10 классе
Cтраница 407

Лабораторный опыт 13 (с. 407)
Условие. Лабораторный опыт 13 (с. 407)
скриншот условия

Лабораторный опыт 13. Отношение синтетических волокон к растворам кислот и щелочей
1. В отдельные пробирки с 1 мл $20\%$-го раствора серной кислоты поместите полоски капрона, лавсана, полипропилена, а также образцы хлопчатобумажной, шерстяной и ацетатной тканей. Опустите пробирки на 10 мин в стакан с кипящей водой, затем выньте полоски и промойте их водой. Изучите, как изменился цвет каждого образца и его прочность.
2. Проделайте ту же самую процедуру, взяв вместо кислоты раствор гидроксида натрия. Сделайте выводы об устойчивости волокон к кислотам и щелочам.
Решение. Лабораторный опыт 13 (с. 407)

Решение 2. Лабораторный опыт 13 (с. 407)
1. В отдельные пробирки с 1 мл 20%-го раствора серной кислоты поместите полоски капрона, лавсана, полипропилена, а также образцы хлопчатобумажной, шерстяной и ацетатной тканей. Опустите пробирки на 10 мин в стакан с кипящей водой, затем выньте полоски и промойте их водой. Изучите, как изменился цвет каждого образца и его прочность.
При проведении данного опыта будут наблюдаться следующие изменения:
- Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): Под действием горячей концентрированной серной кислоты происходит гидролиз целлюлозы до глюкозы. Макромолекулы разрушаются, что приводит к полной потере прочности. Образец становится хрупким, легко рвется и может обуглиться (почернеть), так как серная кислота является сильным дегидратирующим (водоотнимающим) агентом.
Уравнение гидролиза в общем виде: $ (C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} nC_6H_{12}O_6 $ - Шерстяная ткань (кератин, белок): Шерсть, являясь белком, состоит из аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями. В кислой среде при нагревании происходит кислотный гидролиз этих связей. Волокно теряет прочность, становится ломким и может полностью раствориться.
Схема гидролиза пептидной связи: $ R-CO-NH-R' + H_2O \xrightarrow{H^+} R-COOH + H_2N-R' $ - Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): Это волокно является сложным эфиром целлюлозы и уксусной кислоты. Под действием серной кислоты происходит гидролиз сложноэфирных связей. Волокно теряет прочность, становится хрупким и разрушается.
- Капрон (полиамид): Капрон, как и шерсть, содержит амидные группы в своей цепи. Поэтому он также подвергается кислотному гидролизу при нагревании. Прочность волокна значительно снижается, оно становится хрупким.
- Лавсан (полиэфир): Лавсан — это полиэфирное волокно, содержащее сложноэфирные группы. Как и ацетатное волокно, он подвергается кислотному гидролизу, но он более устойчив к кислотам, чем полиамиды. Прочность уменьшится, но не так значительно, как у капрона или натуральных волокон.
- Полипропилен: Это карбоцепной полимер, состоящий из атомов углерода и водорода. В его структуре нет функциональных групп, подверженных гидролизу. Поэтому полипропилен проявляет очень высокую химическую стойкость к кислотам. Его внешний вид и прочность практически не изменятся.
Ответ: Наибольшей устойчивостью к действию серной кислоты обладает полипропилен. Лавсан проявляет умеренную устойчивость. Капрон, хлопчатобумажная, шерстяная и ацетатная ткани разрушаются, теряя прочность.
2. Проделайте ту же самую процедуру, взяв вместо кислоты раствор гидроксида натрия. Сделайте выводы об устойчивости волокон к кислотам и щелочам.
При замене серной кислоты на раствор гидроксида натрия ($NaOH$) и повторении опыта результаты будут иными:
- Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): Целлюлоза достаточно устойчива к действию растворов щелочей. Заметного разрушения волокна или потери прочности не произойдет.
- Шерстяная ткань (кератин, белок): Щелочи вызывают щелочной гидролиз пептидных связей в белках. Шерстяное волокно при кипячении в растворе щелочи быстро теряет прочность и растворяется. Этот процесс протекает даже интенсивнее, чем в кислой среде.
- Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): Как сложный эфир, ацетатное волокно подвергается необратимому щелочному гидролизу (омылению). Волокно будет разрушено.
- Капрон (полиамид): Полиамидные волокна, в отличие от кислот, довольно устойчивы к действию щелочей. Заметного изменения прочности капрона не наблюдается.
- Лавсан (полиэфир): Полиэфирные волокна очень чувствительны к действию щелочей. Происходит щелочной гидролиз (омыление) сложноэфирных связей. Лавсан быстро теряет прочность и разрушается.
- Полипропилен: Как и в случае с кислотой, полипропилен абсолютно устойчив к действию раствора щелочи. Его свойства не изменятся.
Выводы об устойчивости волокон:
- Разные типы волокон обладают различной химической устойчивостью к кислотам и щелочам, что определяется их химическим строением (наличием гидролизуемых функциональных групп: амидных, эфирных, гликозидных).
- Полипропилен является наиболее химически стойким волокном как к кислотам, так и к щелочам.
- Натуральные волокна: хлопок (целлюлоза) устойчив к щелочам, но разрушается кислотами; шерсть (белок) неустойчива как к кислотам, так и к щелочам (особенно к щелочам).
- Искусственные волокна: ацетатное волокно (сложный эфир целлюлозы) неустойчиво и к кислотам, и к щелочам.
- Синтетические волокна: капрон (полиамид) разрушается кислотами, но устойчив к щелочам; лавсан (полиэфир) разрушается щелочами, но более устойчив к кислотам, чем капрон.
Ответ: Устойчивость волокон зависит от их химической природы: полипропилен устойчив к кислотам и щелочам; капрон и хлопок устойчивы к щелочам, но не к кислотам; лавсан, шерсть и ацетатное волокно неустойчивы к щелочам; шерсть, хлопок, ацетатное волокно и капрон также неустойчивы к кислотам.
№1 (с. 407)
Условие. №1 (с. 407)
скриншот условия

1. Какие полимеры называют пластмассами? Приведите примеры.
Решение. №1 (с. 407)

Решение 2. №1 (с. 407)
Какие полимеры называют пластмассами? Приведите примеры.
Пластмассами, или пластиками, называют органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Ключевой характеристикой пластмасс является их способность под воздействием нагревания и давления приобретать заданную форму (то есть проявлять пластичность) и устойчиво сохранять её после охлаждения или отверждения. Таким образом, пластмассы — это формуемые материалы на основе полимеров.
В большинстве случаев пластмассы являются композиционными материалами. Кроме самого полимера, который выполняет роль связующего, в их состав вводят различные добавки для придания необходимых эксплуатационных свойств:
• наполнители (например, стекловолокно, мел, древесная мука) для повышения прочности и снижения стоимости;
• пластификаторы для придания эластичности и гибкости;
• стабилизаторы для защиты от разрушения под действием света, тепла и кислорода;
• красители для придания цвета.
В зависимости от поведения при нагревании и структуры полимерной основы, пластмассы делят на две большие группы:
1. Термопласты (термопластичные пластмассы).
Это материалы на основе линейных или разветвленных полимеров, которые при нагревании размягчаются и переходят в вязкотекучее состояние, а при охлаждении застывают. Этот процесс обратим, что позволяет многократно перерабатывать такие пластмассы.
Примеры: полиэтилен (ПЭ) — используется для изготовления пакетов, пленок, труб; полипропилен (ПП) — упаковка, контейнеры, автомобильные детали; поливинилхлорид (ПВХ) — оконные рамы, линолеум, трубы; полиэтилентерефталат (ПЭТ) — бутылки для напитков; полистирол (ПС) — одноразовая посуда, теплоизоляция.
2. Реактопласты (термореактивные пластмассы).
Это материалы на основе полимеров, которые при формовании в результате химической реакции («сшивания» макромолекул) образуют жёсткую трёхмерную сетчатую структуру. Они необратимо затвердевают, становясь неплавкими и нерастворимыми. Повторное нагревание приводит не к размягчению, а к разрушению (термической деструкции).
Примеры: фенолформальдегидные смолы (из них делают корпуса электроприборов, например, розетки и выключатели, материал бакелит); эпоксидные смолы (используются как высокопрочные клеи, лаки, связующее в стеклопластиках); полиуретаны (теплоизоляция, мебельный поролон).
Ответ: Пластмассами называют материалы на основе полимеров, которые способны формоваться под действием тепла и давления и сохранять приданную форму после охлаждения. Примеры пластмасс: термопласты (полиэтилен, полипропилен, ПВХ) и реактопласты (фенолформальдегидные и эпоксидные смолы).
№2 (с. 407)
Условие. №2 (с. 407)
скриншот условия

2. Можно ли из одного и того же полимера сделать волокно и пластмассу?
Решение. №2 (с. 407)

Решение 2. №2 (с. 407)
Решение
Да, из одного и того же полимера можно изготовить как волокно, так и пластмассу. Различие между этими двумя формами заключается не в химическом составе полимера, а в его надмолекулярной структуре (то есть во взаимном расположении макромолекул) и, соответственно, в способе переработки.
1. При изготовлении изделий из пластмассы, например, методом литья под давлением или экструзии, расплавленный полимер заполняет форму и затем остывает. В результате длинные цепи макромолекул располагаются хаотично, беспорядочно перепутываясь друг с другом. Такая структура называется аморфной (или частично кристаллической). Материал с такой структурой обладает изотропными свойствами, то есть его физические характеристики (например, прочность) примерно одинаковы во всех направлениях.
2. Для получения волокна применяют другой процесс. Полимер в виде расплава или раствора продавливают через тонкие отверстия — фильеры. Затем полученные нити подвергают многократной ориентационной вытяжке. В процессе вытяжки макромолекулы распрямляются и ориентируются преимущественно в одном направлении — вдоль оси волокна. Это создает высокоориентированную, упорядоченную кристаллическую структуру. Такой материал становится анизотропным: он приобретает очень высокую прочность и жёсткость на разрыв вдоль волокна, но при этом остаётся гибким.
В качестве примеров можно привести следующие широко используемые полимеры:
- Полипропилен (ПП): из него делают как прочные пластмассовые изделия (контейнеры, автомобильные бамперы, корпуса техники), так и волокна для ковров, нетканых материалов (например, для медицинских масок) и верёвок.
- Полиэтилентерефталат (ПЭТФ): широко известен как пластмасса для изготовления бутылок для напитков. В то же время из него получают полиэфирные волокна (лавсан, полиэстер), которые используют для производства одежды, штор и технического текстиля.
- Полиамиды (например, капрон, нейлон): применяются для изготовления конструкционных пластмассовых деталей (шестерни, втулки), а также для производства прочных волокон, из которых делают ткани, чулки, рыболовные сети и канаты.
Таким образом, физическая форма и свойства конечного продукта из полимера определяются технологией его переработки, которая формирует ту или иную надмолекулярную структуру.
Ответ: да, можно. Ключевое различие заключается в способе переработки полимера, который определяет его надмолекулярную структуру: хаотичную (изотропную) для пластмассы и высокоориентированную (анизотропную) для волокна, что и обуславливает их различные физико-механические свойства.
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.