Страница 210 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Лабораторный опыт. Свойства капрона

1) Тигельными щипцами внесите образец капронового волокна в пламя горелки. Поднесите влажную красную лакмусовую бумажку к выделяющимся газам.

2) Поместите немного капронового волокна в фарфоровую чашку и нагрейте её. Из расплава волокна стеклянной палочкой попытайтесь вытянуть нить.

3) Поместите в четыре пробирки немного капронового волокна. В первую пробирку прилейте азотную кислоту ($\rho = 1,4 \text{ г/см}^3$), во вторую — серную кислоту ($\rho = 1,84 \text{ г/см}^3$), в третью — раствор гидроксида натрия, а в четвёртую — ацетон. Через 10 мин содержимое пробирок перемешайте стеклянной палочкой.

• Как можно определить капрон по продуктам его термического разложения?

• Как влияют на капрон вещества в первой, второй, третьей и четвёртой пробирках?

4) Пользуясь таблицей 18 (см. с. 216–217), исследуйте состав нитрона и лавсана.

• Как можно отличить волокна лавсана и нитрона от волокон капрона?

• Как на практике вы отличаете капроновые ткани от тканей из лавсана и нитрона?

Как можно определить капрон по продуктам его термического разложения?

Капрон является полиамидным волокном. Его макромолекулы содержат амидные группы ($-CO-NH-$), которые по строению схожи с пептидными группами в белках. При термическом разложении (нагревании в пламени горелки) капрона происходят следующие процессы:

• Плавление: Капрон плавится, образуя бесцветный или желтоватый расплав.
• Разложение с выделением газов: При дальнейшем нагревании амидные группы разлагаются с выделением аммиака ($NH_3$). Аммиак — это газ с характерным резким запахом.
• Запах: Продукты горения капрона имеют специфический запах, напоминающий запах жженого рога или пера, что характерно для белковых веществ и полиамидов.
• Индикаторная проба: Выделяющийся аммиак является основанием. Если к выделяющимся газам поднести влажную красную лакмусовую бумажку, она изменит свой цвет на синий. Это качественная реакция на аммиак и, следовательно, косвенный признак полиамидного волокна.

Таким образом, капрон можно определить по совокупности признаков: плавится при нагревании, горит с запахом жженого пера, а продукты его разложения имеют щелочную реакцию, что подтверждается посинением влажной красной лакмусовой бумаги.

Ответ: Капрон можно определить по запаху жженого пера при горении и по выделению газообразных продуктов, обладающих щелочными свойствами (например, аммиака), которые вызывают посинение влажной красной лакмусовой бумаги.

Как влияют на капрон вещества в первой, второй, третьей и четвёртой пробирках?

Воздействие различных химических реагентов на капрон связано с наличием в его структуре амидных связей, которые могут подвергаться гидролизу.

• Пробирка 1 (концентрированная азотная кислота, $HNO_3$): Капрон подвергается кислотному гидролизу под действием сильной кислоты. Амидные связи ($-CO-NH-$) разрываются с образованием аминокапроновой кислоты или ее солей. В результате волокно капрона быстро разрушается и растворяется в концентрированной азотной кислоте.
• Пробирка 2 (концентрированная серная кислота, $H_2SO_4$): Аналогично азотной кислоте, концентрированная серная кислота вызывает быстрый кислотный гидролиз капрона. Волокно полностью растворяется. Серная кислота является также сильным дегидратирующим агентом, что ускоряет процесс разрушения полимера.
• Пробирка 3 (раствор гидроксида натрия, $NaOH$): В растворе щелочи происходит щелочной гидролиз амидных связей. Этот процесс, как правило, протекает значительно медленнее, чем кислотный гидролиз, особенно при комнатной температуре. За 10 минут волокно может не раствориться, но потеряет прочность, возможно его набухание или частичное поверхностное разрушение. При нагревании процесс значительно ускоряется.
• Пробирка 4 (ацетон): Капрон устойчив к действию многих органических растворителей, включая ацетон. Никаких видимых изменений с волокном капрона в ацетоне за 10 минут не произойдет, оно не растворится и не набухнет.

Ответ: Концентрированные серная и азотная кислоты разрушают и растворяют капрон вследствие кислотного гидролиза. Раствор гидроксида натрия вызывает медленный щелочной гидролиз, приводя к потере прочности волокна. Ацетон не оказывает на капрон заметного воздействия.

Как можно отличить волокна лавсана и нитрона от волокон капрона?

Для различения волокон капрона, лавсана и нитрона необходимо знать их химическую природу. Капрон — это полиамид, лавсан — полиэфир (полиэтилентерефталат), а нитрон — полиакрилонитрильное волокно. Отличить их можно по-разному, например, с помощью пробы на горение или по их отношению к химическим реагентам.

1. Проба на горение:

• Капрон (полиамид): При внесении в пламя плавится, горит синеватым пламенем с желтой каймой, при вынесении из пламени горение прекращается (самозатухающий). Распространяет запах жженого пера или рога. После горения образуется твердый, темный, хрупкий шарик.
• Лавсан (полиэфир): При внесении в пламя плавится, горит коптящим пламенем со сладковатым запахом. После удаления из пламени горение прекращается. Образует твердый черный шарик, который трудно раздавить.
• Нитрон (полиакрилонитрил): В пламени не плавится, а усаживается, горит интенсивно, вспышками, с копотью. Запах горения специфический, резкий. После горения образуется твердый, хрупкий комочек черного цвета неправильной формы.

2. Химическая стойкость:

• Капрон: Растворяется в концентрированных минеральных кислотах ($H_2SO_4, HNO_3$) и феноле. Устойчив к щелочам при комнатной температуре и к органическим растворителям (ацетон, бензин).
• Лавсан: Устойчив к кислотам, но разрушается концентрированными щелочами при кипячении (омыление). Не растворяется в ацетоне.
• Нитрон: Обладает высокой стойкостью к кислотам и щелочам. Не растворяется в ацетоне, но растворяется в специфических растворителях, таких как диметилформамид (ДМФА) или диметилсульфоксид (ДМСО).

Ответ: Отличить волокна можно по их поведению в пламени и запаху продуктов горения: капрон пахнет жженым пером, лавсан имеет сладковатый запах, а нитрон горит вспышками с резким запахом. Также их можно различить по отношению к растворителям: капрон растворяется в концентрированных кислотах, лавсан устойчив к кислотам, но разрушается щелочами, а нитрон устойчив к кислотам и щелочам, но растворяется в диметилформамиде.

Как на практике вы отличаете капроновые ткани от тканей из лавсана и нитрона?

На практике для быстрого различения синтетических тканей, таких как капрон, лавсан и нитрон, наиболее удобным и доступным методом является проба на горение. Для этого необходимо аккуратно вытянуть несколько нитей из ткани и провести следующие действия:

1. Подготовка: Взять пинцетом небольшой пучок нитей. Соблюдать осторожность при работе с огнем.
2. Поднесение к пламени: Медленно поднести нити к краю пламени (например, спички или зажигалки) и наблюдать за поведением.
3. Наблюдение в пламени: Поместить нити непосредственно в пламя и отметить характер горения (цвет пламени, наличие копоти).
4. Запах: После того как нити загорятся, потушить пламя и немедленно понюхать дым. Запах является одним из самых надежных признаков.
5. Анализ остатка: Рассмотреть остаток на конце нити после горения (спёкшийся шарик, хрупкий уголек).

Результаты для идентификации:

• Если нить плавится, горит неохотно, самозатухает, а дым пахнет жженым волосом или пером, то это капрон. На конце образуется твердый темный шарик.
• Если нить плавится, горит коптящим пламенем, самозатухает, а дым имеет сладковатый химический запах, то это лавсан. На конце образуется твердый черный наплыв, который трудно раздавить.
• Если нить усаживается, горит очень быстро и энергично, как порох, с ярким коптящим пламенем, а дым имеет резкий, специфический запах (не похожий на два предыдущих), то это нитрон. Остается хрупкий черный остаток сложной формы.

Этот метод позволяет с достаточной степенью уверенности различить данные типы тканей в бытовых или полевых условиях без специального лабораторного оборудования.

Ответ: На практике эти ткани легче всего отличить по пробе на горение. Нужно поджечь нить из ткани и проанализировать характер горения, запах дыма и вид остатка. Капрон пахнет жженым пером, лавсан – сладковатым запахом, нитрон горит вспышками с резким запахом.