Страница 146 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

6. Напишите уравнения реакций полимеризации: этилена пропена бутена-2 стирола (фенилэтилена) метилового эфира 2-метилпропеновой кислоты (метилметакрилата).

Полимеризация этилена

Реакция полимеризации этилена (этена) протекает с разрывом двойной связи в молекуле мономера и образованием длинной цепи полимера — полиэтилена. Условия реакции (температура, давление, катализатор) определяют свойства получаемого полимера.

Уравнение реакции:

$$n \text{CH}_2=\text{CH}_2 \xrightarrow{t, p, \text{кат.}} (-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_n$$

где $n$ — степень полимеризации.

Ответ: Уравнение реакции полимеризации этилена: $n \text{CH}_2=\text{CH}_2 \rightarrow (-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_n$.

Полимеризация пропена

При полимеризации пропена (пропилена) также происходит разрыв двойной связи. Метильная группа $(-\text{CH}_3)$ становится боковым заместителем в основной цепи полимера — полипропилена.

Уравнение реакции:

$$n \text{CH}_2=\text{CH}(\text{CH}_3) \xrightarrow{t, p, \text{кат.}} \left[-\text{CH}_2-\underset{\displaystyle\text{CH}_3}{\underset{|}{\text{CH}}}-\right]_n$$

Ответ: Уравнение реакции полимеризации пропена: $n \text{CH}_2=\text{CH}(\text{CH}_3) \rightarrow [-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{CH}_3)-]_n$.

Полимеризация бутена-2

В молекуле бутена-2 двойная связь находится между вторым и третьим атомами углерода. При полимеризации эта связь разрывается, и мономерные звенья соединяются, образуя полибутен-2. Метильные группы оказываются у смежных атомов углерода в основной цепи.

Уравнение реакции:

$$n \text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3 \xrightarrow{t, p, \text{кат.}} \left[-\underset{\displaystyle\text{CH}_3}{\underset{|}{\text{CH}}}-\underset{\displaystyle\text{CH}_3}{\underset{|}{\text{CH}}}-\right]_n$$

Ответ: Уравнение реакции полимеризации бутена-2: $n \text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3 \rightarrow [-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}(\text{CH}_3)-]_n$.

Полимеризация стирола (фенилэтилена)

Стирол (винилбензол) полимеризуется по двойной связи винильной группы. Фенильное кольцо $(-\text{C}_6\text{H}_5)$ является боковым заместителем. Продукт реакции — полистирол.

Уравнение реакции:

$$n \text{CH}_2=\text{CH}(\text{C}_6\text{H}_5) \xrightarrow{t, p, \text{кат.}} \left[-\text{CH}_2-\underset{\displaystyle\text{C}_6\text{H}_5}{\underset{|}{\text{CH}}}-\right]_n$$

Ответ: Уравнение реакции полимеризации стирола: $n \text{CH}_2=\text{CH}(\text{C}_6\text{H}_5) \rightarrow [-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{C}_6\text{H}_5)-]_n$.

Полимеризация метилового эфира 2-метилпропеновой кислоты (метилметакрилата)

Метилметакрилат является сложным эфиром. Полимеризация протекает за счет разрыва двойной связи. Метильная группа $(-\text{CH}_3)$ и сложноэфирная группа $(-\text{COOCH}_3)$ оказываются при одном и том же атоме углерода в основной цепи полимера. Продукт — полиметилметакрилат (органическое стекло).

Уравнение реакции:

$$n \text{CH}_2=\overset{\displaystyle\text{CH}_3}{\overset{|}{\text{C}}}-\text{COOCH}_3 \xrightarrow{t, p, \text{кат.}} \left[-\text{CH}_2-\overset{\displaystyle\text{CH}_3}{\overset{|}{\underset{\displaystyle\text{COOCH}_3}{\underset{|}{\text{C}}}}}-\right]_n$$

Ответ: Уравнение реакции полимеризации метилметакрилата: $n \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)(\text{COOCH}_3) \rightarrow [-\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)(\text{COOCH}_3)-]_n$.

7. Из 100 $м^3$ этилена получили 112,5 кг полиэтилена. Определите массовую долю выхода реакции полимеризации.

Дано:
Объем этилена $V(\text{C}_2\text{H}_4) = 100 \text{ м}^3$
Практическая масса полиэтилена $m_{практ.} = 112,5 \text{ кг}$

Найти:
Массовую долю выхода реакции $\eta$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полимеризации этилена, в результате которой образуется полиэтилен: $$ n \text{C}_2\text{H}_4 \xrightarrow{t, p, kat} (-\text{CH}_2-\text{CH}_2- )_n $$

2. Найдем количество вещества (моль) исходного этилена. В задаче не указаны условия, поэтому принимаем их за нормальные (н.у.). Молярный объем идеального газа при н.у. ($V_m$) равен $22,4 \text{ л/моль}$ или $0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}$. $$ n(\text{C}_2\text{H}_4) = \frac{V(\text{C}_2\text{H}_4)}{V_m} $$ $$ n(\text{C}_2\text{H}_4) = \frac{100 \text{ м}^3}{0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}} \approx 4464,29 \text{ моль} $$

3. Рассчитаем молярную массу этилена ($\text{C}_2\text{H}_4$): $$ M(\text{C}_2\text{H}_4) = 2 \cdot A_r(\text{C}) + 4 \cdot A_r(\text{H}) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28 \text{ г/моль} = 0,028 \text{ кг/моль} $$

4. Определим теоретически возможную массу полиэтилена ($m_{теор.}$). Согласно уравнению реакции и закону сохранения массы, масса полученного полимера теоретически равна массе вступившего в реакцию мономера. $$ m_{теор.} = n(\text{C}_2\text{H}_4) \cdot M(\text{C}_2\text{H}_4) $$ $$ m_{теор.} = \frac{100}{0,0224} \text{ моль} \cdot 0,028 \text{ кг/моль} = 125 \text{ кг} $$

5. Рассчитаем массовую долю выхода ($\eta$) продукта реакции как отношение практической массы к теоретической, выраженное в процентах: $$ \eta = \frac{m_{практ.}}{m_{теор.}} \cdot 100\% $$ $$ \eta = \frac{112,5 \text{ кг}}{125 \text{ кг}} \cdot 100\% = 0,9 \cdot 100\% = 90\% $$

Ответ: массовая доля выхода реакции полимеризации составляет 90%.

8. При полном разложении образца пластмассы массой 100 г получено 90 г стирола. Определите массовую долю полистирола в образце.

Дано:

$m_{образца} = 100 \text{ г}$

$m_{стирола} = 90 \text{ г}$

Найти:

$\omega_{полистирола} - ?$

Решение:

Полистирол — это полимер, мономером которого является стирол. При полном разложении (деполимеризации) полистирола происходит его распад на мономеры — стирол. Уравнение этого процесса можно записать так:

$(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n \rightarrow n \cdot C_6H_5CH=CH_2$

Из уравнения реакции видно, что из полистирола образуется только стирол. Согласно закону сохранения массы, масса полистирола, который разложился, равна массе стирола, который образовался.

Поскольку в результате реакции было получено 90 г стирола, это означает, что в исходном образце пластмассы содержалось 90 г полистирола.

$m_{полистирола} = m_{стирола} = 90 \text{ г}$

Массовая доля ($\omega$) вещества в смеси — это отношение массы этого вещества к общей массе смеси. В данном случае, образец пластмассы является смесью.

Формула для расчета массовой доли полистирола:

$\omega_{полистирола} = \frac{m_{полистирола}}{m_{образца}}$

Подставим числовые значения:

$\omega_{полистирола} = \frac{90 \text{ г}}{100 \text{ г}} = 0.9$

Чтобы выразить массовую долю в процентах, необходимо умножить полученное значение на 100%:

$\omega_{полистирола} = 0.9 \cdot 100\% = 90\%$

Ответ: массовая доля полистирола в образце составляет 90%.