Bài học

Ôn tập: Polymer và vật liệu polymer

Em sẽ làm được gì?

Bài ôn tập này giúp em hệ thống hóa toàn bộ kiến thức polymer đã học — khái niệm, phản ứng trùng hợp, chất dẻo, tơ, cao su, composite, và vấn đề môi trường — rồi vận dụng để giải các bài tập tổng hợp.

Cần nhớ trước

Em cần nhớ lại toàn bộ 5 chương trước của khóa: polymer/monomer/mắt xích, trùng hợp, chất dẻo/tơ, cao su/composite, rác thải nhựa và 3R.

Nhìn quanh phòng học: bàn ghế nhựa, dây thun buộc tóc, sách vở, áo đồng phục, hộp bút — em có thể chỉ ra đâu là chất dẻo, đâu là tơ, đâu là cao su trong số đó không? Bài ôn tập này giúp em ghép lại toàn bộ bức tranh về polymer đã học trong khóa.

Hệ thống hóa kiến thức

Vòng đời của một sản phẩm nhựa đi qua đầy đủ các nội dung em đã học:

Monomer (phân tử nhỏ, có liên kết đôi $C{=}C$ , ví dụ ethylene) trải qua phản ứng trùng hợp (cần xúc tác, nhiệt độ, áp suất) để tạo thành polymer — mạch dài gồm nhiều mắt xích lặp lại.
Polymer được gia công thành các vật liệu cụ thể: chất dẻo (PE, PP, PVC — giữ nguyên hình dạng sau khi ép/đúc), tơ (nylon, polyester, hoặc tơ thiên nhiên như bông, len, tơ tằm — kéo thành sợi để dệt), cao su (đàn hồi — thiên nhiên từ mủ cao su hoặc tổng hợp như cao su buna), và composite (polymer nền + vật liệu gia cường — bền, nhẹ).
Sau khi sử dụng, sản phẩm nhựa trở thành rác thải. Vì mạch polymer tổng hợp bền, rác thải nhựa tồn tại rất lâu trong môi trường — nên nguyên tắc 3R (Giảm thiểu – Tái sử dụng – Tái chế) rất quan trọng để giảm tác động đó.

**Vòng đời của một sản phẩm nhựa** đi qua đầy đủ các nội dung em đã học: - **Monomer** (phân tử nhỏ, có liên kết đôi $C{=}C$, ví dụ ethylene) trải qua **phản ứng trùng hợp** (cần xúc tác, nhiệt độ, áp suất) để tạo thành **polymer** — mạch dài gồm nhiều **mắt xích** lặp lại. - Polymer được gia công thành các **vật liệu** cụ thể: **chất dẻo** (PE, PP, PVC — giữ nguyên hình dạng sau khi ép/đúc), **tơ** (nylon, polyester, hoặc tơ thiên nhiên như bông, len, tơ tằm — kéo thành sợi để dệt), **cao su** (đàn hồi — thiên nhiên từ mủ cao su hoặc tổng hợp như cao su buna), và **composite** (polymer nền + vật liệu gia cường — bền, nhẹ). - Sau khi sử dụng, sản phẩm nhựa trở thành **rác thải**. Vì mạch polymer tổng hợp bền, rác thải nhựa tồn tại rất lâu trong môi trường — nên nguyên tắc **3R** (Giảm thiểu – Tái sử dụng – Tái chế) rất quan trọng để giảm tác động đó.

Toàn bộ khóa học nằm trong một vòng đời: từ monomer, qua trùng hợp, thành vật liệu, được sử dụng, rồi trở thành rác thải cần xử lý theo 3R.

Bài tập tổng hợp

Ví dụ

Ví dụ 1 — Phân loại vật liệu tổng hợp

1
Xếp các vật liệu sau vào đúng nhóm (chất dẻo / tơ / cao su / composite): (1) ống hút nhựa PP, (2) áo sơ mi polyester, (3) lốp xe cao su tổng hợp, (4) vỏ ca-nô nhựa gia cường sợi thủy tinh, (5) khăn bông cotton.
2
(1) PP được ép thành hình ống hút, giữ nguyên hình dạng → chất dẻo. (2) Polyester kéo thành sợi dệt vải → tơ tổng hợp. (3) Lốp xe cần đàn hồi, chịu va đập → cao su (tổng hợp). (4) Vỏ ca-nô kết hợp nhựa nền và sợi thủy tinh gia cường → composite. (5) Khăn bông dệt từ cellulose có sẵn trong tự nhiên → tơ thiên nhiên.
(1) PP được ép thành hình ống hút, giữ nguyên hình dạng → **chất dẻo**. (2) Polyester kéo thành sợi dệt vải → **tơ tổng hợp**. (3) Lốp xe cần đàn hồi, chịu va đập → **cao su** (tổng hợp). (4) Vỏ ca-nô kết hợp nhựa nền và sợi thủy tinh gia cường → **composite**. (5) Khăn bông dệt từ cellulose có sẵn trong tự nhiên → **tơ thiên nhiên**.
3
Chất dẻo: (1). Tơ: (2) tổng hợp, (5) thiên nhiên. Cao su: (3). Composite: (4). Dấu hiệu nhận biết dựa vào cách vật liệu được gia công và tính chất sử dụng (giữ hình dạng, kéo sợi, đàn hồi, hay kết hợp gia cường).

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài tập tổng hợp: trùng hợp và đốt cháy

1
Một mẫu polypropylene (PP) có phân tử khối trung bình 420 000 đvC, mắt xích $-CH_2{-}CH(CH_3){-}$ có phân tử khối 42. a) Tính hệ số trùng hợp $n$ . b) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol mắt xích $C_3H_6$ (tương ứng một lượng phế phẩm PP), tính thể tích $CO_2$ sinh ra ở đkc mới ( $V_m = 24{,}79$ lít/mol).
Một mẫu polypropylene (PP) có phân tử khối trung bình 420 000 đvC, mắt xích $-CH_2{-}CH(CH_3){-}$ có phân tử khối 42. a) Tính hệ số trùng hợp $n$. b) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol mắt xích $C_3H_6$ (tương ứng một lượng phế phẩm PP), tính thể tích $CO_2$ sinh ra ở đkc mới ($V_m = 24{,}79$ lít/mol).
2
$n = \dfrac{420\,000}{42} = 10\,000$ mắt xích.
$n = \dfrac{420\,000}{42} = 10\,000$ mắt xích.
3
$2C_3H_6 + 9O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 6CO_2 + 6H_2O$ , hay rút gọn theo tỉ lệ mol: $1$ mol $C_3H_6$ sinh ra $3$ mol $CO_2$ .
$2C_3H_6 + 9O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 6CO_2 + 6H_2O$, hay rút gọn theo tỉ lệ mol: $1$ mol $C_3H_6$ sinh ra $3$ mol $CO_2$.
4
$n(CO_2) = 0{,}1 \times 3 = 0{,}3$ mol $\Rightarrow V(CO_2) = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437 \approx 7{,}44$ lít.
$n(CO_2) = 0{,}1 \times 3 = 0{,}3$ mol $\Rightarrow V(CO_2) = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437 \approx 7{,}44$ lít.
5
Mẫu PP này có khoảng 10 000 mắt xích mỗi phân tử; đốt cháy 0,1 mol mắt xích của nó sinh ra khoảng 7,44 lít khí $CO_2$ ở đkc mới — bài toán kết hợp cả kiến thức trùng hợp (Chương 2) và tính chất/tác động môi trường (Chương 5).
Mẫu PP này có khoảng 10 000 mắt xích mỗi phân tử; đốt cháy 0,1 mol mắt xích của nó sinh ra khoảng 7,44 lít khí $CO_2$ ở đkc mới — bài toán kết hợp cả kiến thức trùng hợp (Chương 2) và tính chất/tác động môi trường (Chương 5).

Lỗi cần tránh

Điểm lại năm lỗi hay gặp nhất: (1) nhầm monomer với mắt xích, (2) nhầm chất dẻo (giữ nguyên hình dạng) với cao su (đàn hồi), (3) nhầm nylon (tơ tổng hợp) là chất dẻo, (4) quên rằng composite luôn cần hai thành phần — polymer nền và vật liệu gia cường, (5) nghĩ đốt nhựa là cách xử lý rác an toàn và sạch sẽ.

Nhìn lại cả khóa học, có một điều đáng để ý: cùng xuất phát từ những monomer đơn giản, con người tạo ra vô số vật liệu khác hẳn nhau — chỉ bằng cách đổi loại monomer, điều kiện trùng hợp, và cách gia công sau đó. Cùng là ethylene, nhưng tùy cách xử lý PE mà thành túi nilon mềm mỏng hay ống nhựa cứng. Học hóa học polymer, vì vậy, không phải để nhớ tên gọi, mà để hiểu cấu trúc phân tử quyết định tính chất vật liệu như thế nào — đó là cách tư duy em sẽ còn dùng lại khi học sâu hơn về hóa hữu cơ.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Ghi nhớ toàn khóa

Polymer hình thành từ monomer qua trùng hợp (mắt xích lặp lại, hệ số $n$ ). Polymer được gia công thành chất dẻo (giữ hình dạng), tơ (kéo sợi, thiên nhiên hoặc tổng hợp), cao su (đàn hồi), composite (polymer nền + gia cường). Vì mạch polymer tổng hợp bền, rác thải nhựa tồn tại rất lâu — nguyên tắc 3R (Giảm thiểu – Tái sử dụng – Tái chế) là giải pháp cốt lõi.

Polymer hình thành từ monomer qua trùng hợp (mắt xích lặp lại, hệ số $n$). Polymer được gia công thành chất dẻo (giữ hình dạng), tơ (kéo sợi, thiên nhiên hoặc tổng hợp), cao su (đàn hồi), composite (polymer nền + gia cường). Vì mạch polymer tổng hợp bền, rác thải nhựa tồn tại rất lâu — nguyên tắc 3R (Giảm thiểu – Tái sử dụng – Tái chế) là giải pháp cốt lõi.

Đến đây em đã nắm được toàn bộ mạch kiến thức Polymer và vật liệu polymer — từ khái niệm cơ bản đến ứng dụng thực tế và trách nhiệm với môi trường. Những kiến thức này sẽ còn quay lại trong các chủ đề Hóa học 9 khác về hợp chất hữu cơ, và trong bài kiểm tra tổng hợp cuối chương trình.