Bài toán điều chế polymer lớp 12 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài toán điều chế polymer lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài toán điều chế polymer.

Bài toán điều chế polymer lớp 12 (cách giải + bài tập)

Thi online Hóa 12 KNTTThi online Hóa 12 CDThi online Hóa 12 CTST

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Bài toán điều chế polymer thường gặp dưới dạng chuỗi điều chế. Ví dụ:

(1) 2CH₄ → C₂H₂ → C₂H₃Cl → PVC

(2) (C₆H₁₀O₅)_n → C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH → C₄H₆ → Cao su buna

(3) ${\text{C}}_{\text{2}}{\text{H}}_{\text{4}}\stackrel{}{\to }{\text{C}}_{\text{2}}{\text{H}}_{\text{4}}{\text{Cl}}_{\text{2}}\stackrel{}{\to }$ ${\text{CH}}_{\text{2}}\text{=CHCl}\stackrel{}{\to }\text{PVC}$

- H%_{(quá trình)} = H₁.H₂.H₃...100% (H₁, H₂, H_3, … là hiệu suất các giai đoạn).

- Với polymer trùng hợp, thường áp dụng bảo toàn khối lượng trong tính toán.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cần bao nhiêu tấn acrylonytrile để điều chế 1 tấn tơ nitron? Biết hiệu suất của phản ứng trùng hợp là 65%.

Hướng dẫn giải

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_{acrylonytrile} = m_{nitron sản phầm} = 1 tấn

Do hiệu suất của phản ứng trùng hợp là 65% nên khối lượng acrylonytrile cần dùng là:$m=\frac{1}{65\%}=\frac{1}{65}.100\approx 1,54$tấn.

Ví dụ 2: Cao su chloroprene có thể tổng hợp từ acelylene theo sơ đồ

Acelylene → vinyl acelylene → chloroprene → cao su chloroprene

a). Xác định công thức cấu tạo của vinyl acetylene

b). Cần bao nhiêu tấn chloropren để sản xuất 1 tấn cao su chloroprene ? Giả sử hiệu suất của phản ứng trùng hợp là 78%.

Hướng dẫn giải

a). Công thức cấu tạo của vinyl acetylene là CH ≡ C – CH = CH₂

b).

Khối lượng acetylene cần theo lý thuyết là: $m_{C_2{H}_2}=\frac{52.1}{88,5}=0,588$tấn.

Khối lượng acetylene cần thực tế là: $m_{C_2{H}_2}=\frac{0,588}{78\%}=0,7538$tấn.

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Trùng hợp 6,1975 lít C₂H₄ (đkc), nếu hiệu suất phản ứng là 90% thì khối lượng polymer thu được là

A. 4,3 gam.

B. 7,3 gam.

C. 5,3 gam.   

D. 6,3 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$n_{C_2{H}_4}\text{=}\frac{6,1975}{24,79}=0,25mol$

$\Rightarrow m_{C_2{H}_4}=0,25.28=7,0gam.$

Bảo toàn khối lượng có: m_Polymer = m_{Ethene phản ứng}

H = 90% $\Rightarrow$ m_polymer =7.0,9 = 6,3(g).

Câu 2: Trùng hợp 60 kg propene thu được m kg polime, biết H = 70%. Giá trị của m là

A. 42,0 kg.

B. 29,4 kg.

C. 84,0 kg.

D. 60,0 kg.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

$\begin{array}{l}nC{H}_2=CH-C{H}_3 \stackrel{xt,t^o,p}{\to }{\sout{\text{[}}C{H}_2-CH\sout{\text{]}}}_n\\ \stackrel{\left|\right.}{C}{H}_3\end{array}$

Theo lí thuyết: m_polymer = m_propene = 60 kg

$\to$ m_{polymer thực tế} = $\frac{60.70}{100}$= 42 kg.

Câu 3: Để điều chế cao su buna người ta có thể thực hiện theo các sơ đồ chuyển hóa sau:

$C_2{H}_6\stackrel{H=30\%}{\to }{C}_2{H}_4\stackrel{H=80\%}{\to }{C}_2{H}_{5}OH$ $\stackrel{H=50\%}{\to }C{H}_{2}CH=CHC{H}_2\stackrel{H=80\%}{\to }CaosuBun\text{a}$

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

A. 62,50.

B. 18,75.

C. 31,25.

D. 50,00.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Xét 1 mắt xích cao su Buna, ta có sơ đồ:

$2C_2{H}_6\stackrel{H=30\%}{\to }2C_2{H}_4\stackrel{H=80\%}{\to }2C_2{H}_{5}OH$ $\stackrel{H=50\%}{\to }C{H}_2=CH-CH=C{H}_2$ $\stackrel{H=80\%}{\to }-C{H}_2-C=C-C{H}_2-$

Ta có:

$n_{1matxich}=\frac{5,4}{54}=0,1kmol\stackrel{BTNTC}{\to }{n}_{C_2{H}_6}=$$2\underset{0,1}{\underbrace{n_{1matxich}}}\Rightarrow n_{C_2{H}_6}=0,2kmol\Rightarrow m_{C_2{H}_6}=6kg$(hay khối lượng ethanol theo lý thuyết)

$\stackrel{H=80\%,50\%,80\%,30\%}{\to }{m}_{C_2{H}_6}$ $=6.\frac{100}{80}.\frac{100}{50}.\frac{100}{80}.\frac{100}{30}=62,5kg$(hay khối lượng ethanol cần lấy).

Câu 4: Trùng ngưng ε-aminocaproic acid thu được m kg capron và 12,6 kg H₂O với hiệu suất phản ứng 90%. Giá trị của m là

A. 71,19.              

B. 79,10.               

C. 91,70.              

D. 90,40.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Sơ đồ của phản ứng trùng ngưng:

Khối lượng capron thu được theo lí thuyết là:

$m_{capron}=\frac{12,6\times 113n}{18n}=79,1\left(kg\right).$

Câu 5: Người ta có thể điều chế cao su buna từ gỗ theo sơ đồ sau:

$Cellulose\stackrel{35\%}{\to }glu\cos e\stackrel{80\%}{\to }ethylalcohol\stackrel{60\%}{\to }$ $buta-1,3-dien\stackrel{60\%}{\to }Caosubuna$

Khối lượng cellulose cần để sản xuất 1 tấn cao su buna là

A. 5,806 tấn.

B. 25,625 tấn.

C. 37,875 tấn.

D. 29,762 tấn.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

H_{quá trình} = 0,35.0,8.0,6.0,6 = 10,08%

Ta có sơ đồ: (C₆H₁₀O₅)_n                        →          (C₄H₆)_n

                          162 g                           →          54 g

$\frac{1.162}{54.10,08\%}=29,76$tấn                       $\stackrel{H=10,08\%}{\leftarrow }$         1 tấn

 

Câu 6: Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ Nano (IBN) của Singapore vừa phát hiện một sơ đồ hóa học mới có thể chuyển hóa đường glucose thành adipic acid như sau:

Trong công nghiệp, adipic acid được dùng để sản xuất poly(hexamethylene adipamide) qua phản ứng trùng ngưng giữa hexamethylenediamine và adipic acid với hiệu suất đạt 90%.

Có các phát biểu sau:

(a) Poly(hexamethylene adipamide) thuộc loại tơ polyamide.

(b) Poly(hexamethylene adipamide) kém bền với acid và kiềm.

(c) Poly(hexamethylene adipamide) có tên gọi khác là nylon-6,6.

(d) Lượng adipic acid được tạo từ 225 kg glucose theo sơ đồ (1) có thể sản xuất được 179 kg chỉ nha khoa. Biết rằng chỉ nha khoa chứa 92% về khối lượng poly (hexamethylene adipamide).

Các phát biểu đúng là

A. (a), (b), (c).            

B. (b), (c), (d).            

C. (a), (b), (c), (d).     

D. (a), (b), (d).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

(a) Đúng, poly(hexamethylene adipamide) thuộc loại tơ polyamide.

(b) Đúng, các nhóm amide -CONH- dễ bị thủy phân trong môi trường acid và kiềm.

(c) Đúng, poly(hexamethylene adipamide) còn có tên gọi khác là tơ nilon - 6,6.

(d) Sai. Sơ đồ:

$\begin{array}{l}n{C}_6{H}_{12}{O}_6\to \sout{\text{[}}NH-{\left(C{H}_2\right)}_6-NH-CO-{\left(C{H}_2\right)}_4-CO\sout{{\text{]}}_n}\\ 180n226ngam\\ 225xkg\end{array}$

m _chỉ = $\frac{\mathrm{225.226.0},8.0,9.0,9}{180.0,92}=199kg$

Câu 7: Một công ty sản xuất nilon-6,6 từ adipic acid và hexamethylenediamine theo phương trình phản ứng:

$nHO\text{}OC\text{-}{\left[C{H}_2\right]}_4\text{-}CO\text{}OH+n{H}_{2}N\text{-}{\left[C{H}_2\right]}_6\text{-}N{H}_2\underset{xt}{\overset{t^0,p}{\to }}$ $\sout{(}OC\text{-}{\left[C{H}_2\right]}_4\text{-}CO\text{-\hspace{0.17em}}HN\text{-}{\left[C{H}_2\right]}_6\text{-}NH\sout{{)}_n}+2n{H}_{2}O$

Trong một lô hàng nhập nguyên liệu:

    - Adipic acid: Nhập kho 1460 kg, nhưng 10% khối lượng bị hư hỏng trong quá trình bảo quản.

     - Hexamethylenediamine: Nhập kho 713 kg (khối lượng đảm bảo không có hỏng hóc hay thiếu hụt).

Khối lượng nilon-6,6 tối đa có thể thu được trong điều kiện thực tế là bao nhiêu kg, biết rằng hiệu suất phản ứng của quá trình sản xuất đạt 92%. (Kết quả bài toán làm tròn đến hàng đơn vị).

A. 1229 kg.

B. 1872 kg.

C. 1385 kg.

D. 1278 kg.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Khối lượng adipic acid dùng được là: $1460.\frac{100-10}{100}=1314\left(kg\right).$

$n_{adipicacid}=\frac{1314}{146}=9\left(kmol\right)$

$n_{hexamethylenedia\min e}=\frac{713}{116}\left(kmol\right)$

⇒ Sản phẩm tính theo hexamethylenediamine.

Hiệu suất phản ứng là 92% thì khối lượng nilon-6,6 tối đa có thể thu được là:

$m=\frac{713.226n}{116n}.\frac{92}{100}\approx 1278kg.$

 

Câu 8: Cellulose tác dụng với acetic anhydride thu được cellulose triacetate theo phương trình sau:

${{\text{[C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{7}}{\text{O}}_{\text{2}}{\text{(OH)}}_{\text{3}}\text{]}}_{\text{n}}{\text{ + 3n(CH}}_{\text{3}}{\text{CO)}}_{\text{2}}\text{O}\underset{}{\overset{}{\to }}$ ${{\text{[C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{7}}{\text{O}}_{\text{2}}{{\text{(OCOCH}}_{\text{3}}\text{)}}_{\text{3}}\text{]}}_{\text{n}}{\text{+3nCH}}_{\text{3}}\text{COOH}$

Khi sử dụng cellulose của bông thì hiệu suất phản ứng đạt 91,30% tính theo cellulose. Tính số kg tơ acetate chứa 92% khối lượng cellulose triacetate tạo thành từ 1,0 tấn bông chứa 99,0% cellulose (coi các tạp chất trong bông không sinh ra cellulose triacetate, làm tròn kết quả đến hàng đơn vị và chỉ làm tròn ở phép tính cuối cùng).

Đáp án: ……………….

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: 1747

1 tấn bông có 990 kg cellulose.

Khối lượng tơ thu được là:

$m=\frac{990.288n.0,913}{162n.0,92}=1747$ kg.

Câu 9: Từ methacrylic acid ($C{H}_2=C\left(C{H}_3\right)COOH$) và methanol có thể điều chế được methyl methacrylate.

Để tổng hợp được 100kg poly(methyl methacrylate) cần dùng bao nhiêu kg methacrylic acid? Biết hiệu suất phản ứng ester hóa đạt là 60% và phản ứng trùng hợp là 86%.

(Kết quả làm tròn đến hàng phần mười)

Đáp án: ………………….

Hướng dẫn giải:

Đáp án đúng là: 179,2.

Hiệu suất phản ứng trùng hợp là 80% nên khối lượng methyl methacrylate là:

$m=\frac{100}{0,8}=125kg$

⇒ Số mol acid tính theo lí thuyết là: $n_{acid}=n_{ester}=\frac{{125.10}^3}{100}=1250mol$

Số mol acid tính theo thực tế là: $\frac{1250}{0,6}=2083,33mol$

Khối lượng acid CH₂ = C(CH₃)COOH là: m = 2083,33.86 = 179 166 g = 179,2 kg.

Câu 10: Copolymer được tạo thành từ 2 monomer khác nhau. Khi thực hiện phản ứng trùng hợp gồm ethylene và styrene thu được copolymer X. Phân tích thành phần nguyên tố của X thấy phần trăm khối lượng của carbon bằng 91,0%. Tỉ lệ số mol của styrene : số mol ethylene trong copolymer X bằng bao nhiêu? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười)

Đáp án: ……………….

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là:  1,1.

Sơ đồ: x styrene ($C_6{H}_5-CH=C{H}_2$) + y ethylene ($C{H}_2=C{H}_2$) → copolymer

% C = $\frac{(8x+2y).12}{104x+28y}.100\%=91,0\%$ ⇒ 136x = 148y → $\frac{x}{y}\approx 1,1$

Thi online Hóa 12 KNTTThi online Hóa 12 CDThi online Hóa 12 CTST

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:

• Bài toán tính số mắt xích polymer
• Bài tập pin điện
• Bài tập điện phân
• Bài toán CO, H₂ khử oxide kim loại
• Bài tập điều chế nhôm
• Bài toán luyện quặng

---