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中国化学会第21届全国高中学生化学竞赛(决赛)实验试题


中国化学会第21届全国高中学生化学竞赛(决赛)实验试题 利用废聚酯饮料瓶回收对苯二甲酸 一、实验目的 目前市场上大量碳酸饮料、矿泉水、食用油等产品包装瓶几乎都是用 PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯,简称聚酯)制做的。据统计,我国年生产和消耗聚酯 瓶在 12 亿只以上,折合聚酯废料为 6.3 万吨。世界范围内每年消耗的聚酯量为 1300 万吨,其中用于包装饮料瓶的聚酯量达 15 万吨。废旧聚酯瓶进入环境,不 能自发降解, 将造成严重的环境污染和资源浪费。因此如何有效地循环利用废旧 聚酯瓶是一项非常重要、非常有意义的工作。废 PET 经化学解聚制备 PET 的初 始原料对苯二甲酸(TPA)及乙二醇(EG) ,形成资源的循环利用,既可有效治 理污染, 又可创造巨大的经济和环境效益,是实现聚酯工业可持续发展战略的重 要途径之一。 本实验是一个综合性实验,涵盖合成、分析等手段,目的在于考察选手的基 本实验技能和综合实验能力。 同时增强选手们的环保意识,了解化学与人们生活 的密切关系,具体认识到化学“无所不在,无处不用”,“人人处处都离不开它”。 激发选手们投身于化学事业的热情和积极性。 本实验包括以下内容: 1.产品的制备 2.产品质量分析 3.完成实验报告 二、主要试剂及产物的性质 三、主要试剂用量及规格 四、实验步骤 1.回收 在 100 mL 四颈瓶上分别装置冷凝管,搅拌器和温度计(注意:安装仪器时 留出后面改装成蒸馏装置的高度) ,装置搭好后,请监考老师确认。然后依次加 入 5.00 g 废饮料瓶碎片、0.05 g 氧化锌(2 种原料均已称好放在干燥器内自封塑 料袋中) 、?5 g 碳酸氢钠和 25 mL 乙二醇。加毕,缓慢搅拌,油浴加热(注意: 油浴中须挂温度计,控制浴温<220℃) 。10 分钟内使体系温度升到 130℃,体系 开始激烈反应并有气体逸出。继续升温反应,PET 逐步分解,于 5 分钟内将温度 升至 180℃(不超过 185℃) ,在此温度下反应 15 分钟。反应完毕,体系呈白色稠 浆状。降下油浴,冷却至 160℃左右停止搅拌,将搅拌回流装置改成搅拌蒸馏装 置,水泵减压,油浴加热蒸去乙二醇,记录乙二醇的沸点及回收体积(装入细口 瓶中,贴上标签,写上选手营号、产品名称及体积) 。 从乙二醇馏出开始,蒸馏 15 分钟后撤去油浴,稍冷后解除真空,擦去反应 瓶外壁的硅油,向四颈瓶中加入 50 mL 沸水,搅拌使四颈瓶中的残留物溶解, 溶液温度维持在 60℃左右(可用水浴锅保温,加速溶解) ,5 分钟左右即可溶完 (溶液中尚有少量白色不溶物及未反应的 PET) 。拆除装置,将四颈瓶中的混合 物用布氏漏斗及滤纸抽滤除去少量不溶物,滤毕,用 25 mL 热水洗涤四颈瓶和 滤纸,记录滤液颜色。将滤液转移到 400 mL 烧杯中,用 25 mL 水荡洗吸滤瓶并 倒入烧杯中,再添加水使溶液总体积达 200 mL,加入 2 粒沸石,将烧杯置于石 棉网上加热煮沸。取下烧杯,取出沸石后趁热边搅拌边用 8~10 mL 1∶1 HCl 酸 化, 酸化结束, 体系呈白色浆糊状。 冷至室温后再用冰水冷却。 用砂芯漏斗抽滤, 滤饼用蒸馏水洗涤数次,每次 25 mL,洗至滤出液 pH=6,抽干后再用 10 mL 丙 酮分 2 次洗涤,抽干。将滤饼置于已称重的扁型称量瓶中(事先贴上标签,写上 称量瓶质量和选手营号) ,摊开,置于微波炉中干燥(微波干燥条件:功率 500 W,时间:每次 5 min,干燥 2 次,由监考老师操作。第一次干燥后取 出用磨口塞

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