Câu 19THPT
PLA (polylactic acid) là loại nhựa được làm từ tinh bột ngô hoặc mía. Việc sản xuất PLA từ tinh bột ngô là một quy trình chuyển hóa sinh học (biotransformation) kết hợp với các phản ứng hóa học công nghiệp tiến hành theo sơ đồ sau: [Hình cần kiểm tra lại: p3_f1] Cho biết số sóng hấp thụ đặc trưng của một số liên kết trên phổ hồng ngoại như sau: Liên kết O-H (alcohol) O-H (carboxylic acid) C=O (ester, carboxylic acid) Số sóng (cm⁻¹) 3 650–3 200 3 300–2 500 1 780–1 650
[Hình cần kiểm tra lại: p3_f2]
PLA (polylactic acid) là loại nhựa được làm từ tinh bột ngô hoặc mía. Việc sản xuất PLA từ tinh bột ngô là một quy trình chuyển hóa sinh học (biotransformation) kết hợp với các phản ứng hóa học công nghiệp tiến hành theo sơ đồ sau: [Hình cần kiểm tra lại: p3_f1] Cho biết số sóng hấp thụ đặc trưng của một số liên kết trên phổ hồng ngoại như sau:
[Hình cần kiểm tra lại: p3_f2]
| Liên kết | O-H (alcohol) | O-H (carboxylic acid) | C=O (ester, carboxylic acid) |
|---|---|---|---|
| Số sóng (cm⁻¹) | 3 650–3 200 | 3 300–2 500 | 1 780–1 650 |
Các mệnh đề Đúng / Sai:
a)
Nhựa PLA dễ bị phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên hơn so với nhựa PE (polyethene) do phân tử PLA có chứa các liên kết ester.
b)
Trong công nghiệp, để tổng hợp PLA có phân tử khối lớn, phương pháp trùng hợp mở vòng lactide được ưu tiên sử dụng thay vì trùng ngưng trực tiếp lactic acid.
c)
Từ 500 kg ngô (hàm lượng tinh bột 80%), nhà máy có thể sản xuất tối đa 7877 chiếc cốc nhựa PLA dạng hình trụ rỗng. Biết: mỗi chiếc cốc có bán kính ngoài 3 cm, chiều cao 10 cm, độ dày thành cốc và đáy cốc đều bằng 0,1 cm; khối lượng riêng của nhựa PLA là 1,25 g/cm³; hiệu suất của toàn bộ quy trình đạt 60% (lấy π = 3,14, kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng đơn vị).
d)
Trên phổ hồng ngoại của lactic acid, tín hiệu (peak) ở 1733 cm⁻¹ đặc trưng cho liên kết O-H.
Đáp án chính thức: a:Đ,b:Đ,c:S,d:S
Hướng dẫn giải chi tiết
a) Đúng: PLA là polymer có chứa nhiều liên kết ester trong mạch, liên kết ester dễ bị thủy phân hơn liên kết C-C, C-H trong PE; PE có mạch chính gần như chỉ gồm liên kết C-C rất bền nên khó phân hủy sinh học hơn PLA. b) Đúng: trùng ngưng trực tiếp lactic acid khó tạo polymer có phân tử khối rất lớn vì có nước sinh ra làm hạn chế quá trình; trong công nghiệp người ta chuyển lactic acid thành lactide rồi trùng hợp mở vòng lactide. c) Sai: tính toán cho số cốc ≈ 8063 chiếc, không phải 7877 chiếc. d) Sai: peak ở 1733 cm thuộc vùng đặc trưng của liên kết C=O, không phải O-H.
a) PLA là polymer có chứa nhiều liên kết ester trong mạch. Liên kết ester dễ bị thủy phân hơn liên kết C-C, C-H trong PE. PE có mạch chính gần như chỉ gồm liên kết C-C rất bền, nên khó phân hủy sinh học hơn PLA. Kết luận: Đúng.
b) Lactic acid có thể trùng ngưng trực tiếp tạo PLA, nhưng phương pháp này thường khó tạo polymer có phân tử khối rất lớn vì có nước sinh ra làm hạn chế quá trình. Trong công nghiệp, để tạo PLA có phân tử khối lớn, người ta thường chuyển lactic acid thành lactide, sau đó trùng hợp mở vòng lactide. Kết luận: Đúng.
c) Khối lượng tinh bột trong 500 kg ngô là: 500 × 80% = 400 kg. Một mắt xích tinh bột có M = 162. Khi chuyển thành PLA, từ 1 mol tạo được 2 mắt xích PLA . Mắt xích PLA có M = 72. Vậy từ 162 kg tinh bột tạo tối đa: 2 × 72 = 144 kg PLA. Khối lượng PLA thực tế với hiệu suất 60% là: 400 × 144/162 × 60% = 213,33 kg = 213333,33 g. Thể tích nhựa của một chiếc cốc: V = πR²h - πr²h', với R = 3 cm, h = 10 cm, r = 2,9 cm, h' = 9,9 cm. V = 3,14 × 3² × 10 - 3,14 × 2,9² × 9,9 = 21,16674 cm³. Khối lượng một chiếc cốc: m = 21,16674 × 1,25 = 26,458425 g. Số cốc tạo được: 213333,33 : 26,458425 ≈ 8063 chiếc. Đề cho 7877 chiếc, không đúng. Kết luận: Sai.
d) Theo bảng phổ hồng ngoại: O-H alcohol: 3650–3200 cm; O-H carboxylic acid: 3300–2500 cm; C=O ester, carboxylic acid: 1780–1650 cm. Peak ở 1733 cm nằm trong vùng đặc trưng của liên kết C=O, không phải O-H. Kết luận: Sai.
a) PLA là polymer có chứa nhiều liên kết ester trong mạch. Liên kết ester dễ bị thủy phân hơn liên kết C-C, C-H trong PE. PE có mạch chính gần như chỉ gồm liên kết C-C rất bền, nên khó phân hủy sinh học hơn PLA. Kết luận: Đúng.
b) Lactic acid có thể trùng ngưng trực tiếp tạo PLA, nhưng phương pháp này thường khó tạo polymer có phân tử khối rất lớn vì có nước sinh ra làm hạn chế quá trình. Trong công nghiệp, để tạo PLA có phân tử khối lớn, người ta thường chuyển lactic acid thành lactide, sau đó trùng hợp mở vòng lactide. Kết luận: Đúng.
c) Khối lượng tinh bột trong 500 kg ngô là: 500 × 80% = 400 kg. Một mắt xích tinh bột có M = 162. Khi chuyển thành PLA, từ 1 mol tạo được 2 mắt xích PLA . Mắt xích PLA có M = 72. Vậy từ 162 kg tinh bột tạo tối đa: 2 × 72 = 144 kg PLA. Khối lượng PLA thực tế với hiệu suất 60% là: 400 × 144/162 × 60% = 213,33 kg = 213333,33 g. Thể tích nhựa của một chiếc cốc: V = πR²h - πr²h', với R = 3 cm, h = 10 cm, r = 2,9 cm, h' = 9,9 cm. V = 3,14 × 3² × 10 - 3,14 × 2,9² × 9,9 = 21,16674 cm³. Khối lượng một chiếc cốc: m = 21,16674 × 1,25 = 26,458425 g. Số cốc tạo được: 213333,33 : 26,458425 ≈ 8063 chiếc. Đề cho 7877 chiếc, không đúng. Kết luận: Sai.
d) Theo bảng phổ hồng ngoại: O-H alcohol: 3650–3200 cm; O-H carboxylic acid: 3300–2500 cm; C=O ester, carboxylic acid: 1780–1650 cm. Peak ở 1733 cm nằm trong vùng đặc trưng của liên kết C=O, không phải O-H. Kết luận: Sai.