Страница 161 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

2. Верны ли следующие утверждения о каучуках?

А. Природный каучук — высокомолекулярный углеводород.

Б. Важнейшее свойство каучуков — пластичность, т. е. возможность придания им любой формы.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

Решение

Рассмотрим каждое утверждение по отдельности для определения их истинности.

А. Природный каучук — высокомолекулярный углеводород.

Данное утверждение является верным. Природный каучук — это природный полимер, мономером которого служит изопрен (2-метилбута-1,3-диен). Химическая формула изопрена — $C_5H_8$. В результате реакции полимеризации образуются длинные макромолекулы полиизопрена с общей формулой $(C_5H_8)_n$, где $n$ (степень полимеризации) может достигать нескольких тысяч. Поскольку в состав молекулы входят только атомы углерода и водорода, это вещество является углеводородом. Из-за большой длины полимерных цепей и, соответственно, высокой молярной массы, природный каучук является высокомолекулярным соединением.

Б. Важнейшее свойство каучуков — пластичность, т. е. возможность придания им любой формы.

Данное утверждение является неверным. Главным и наиболее ценным свойством каучуков является их высокая эластичность. Эластичность — это способность материала претерпевать значительные обратимые деформации (например, растягиваться в несколько раз) под действием внешней силы и быстро возвращаться к своей первоначальной форме после снятия нагрузки. Пластичность же — это способность материала необратимо изменять свою форму под нагрузкой. Хотя сырой, невулканизованный каучук обладает определённой пластичностью, именно эластичность, которая значительно усиливается в процессе вулканизации (превращения каучука в резину), является его ключевой и наиболее важной характеристикой.

Таким образом, верно только утверждение А. В предложенных вариантах это соответствует номеру 1.

Ответ: 1

3. Верны ли следующие утверждения о волокнах?

А. Волокна образуются из полимеров линейного (неразветвлённого) строения.

Б. Искусственные волокна получают путём химической модификации природных полимеров.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

Решение

Рассмотрим последовательно оба утверждения, чтобы определить их истинность.

А. Волокна образуются из полимеров линейного (неразветвлённого) строения.

Волокна – это гибкие и прочные тела с малыми поперечными размерами и большой длиной. Такое строение материала возможно, когда составляющие его макромолекулы полимера имеют линейную, вытянутую структуру. Линейное строение позволяет молекулам полимера ориентироваться вдоль одной оси, образуя упорядоченные области (кристаллиты), которые придают волокну высокую прочность на разрыв. Полимеры с разветвлённым или пространственным (сетчатым) строением не могут образовывать волокна, так как их молекулы не способны к плотной упаковке и ориентации. Примерами волокнообразующих полимеров являются целлюлоза, натуральный шелк, капрон, лавсан — все они являются линейными полимерами. Следовательно, данное утверждение верно.

Б. Искусственные волокна получают путём химической модификации природных полимеров.

Все химические волокна делятся на две большие группы: искусственные и синтетические. Различие между ними заключается в исходном сырье. Синтетические волокна (например, капрон, нейлон, лавсан) производят из мономеров, полученных путем химического синтеза из продуктов переработки нефти, газа или угля. Искусственные волокна, в свою очередь, получают из природных полимеров, чаще всего из целлюлозы. Природный полимер подвергают химической обработке (модификации), чтобы перевести его в растворимое состояние, а затем из полученного раствора формуют волокна. Например, вискозное волокно получают обработкой целлюлозы раствором щелочи и сероуглеродом, а ацетатное волокно — обработкой целлюлозы уксусным ангидридом. Таким образом, данное утверждение также является верным.

Поскольку оба утверждения А и Б верны, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

4. Верны ли следующие утверждения о резине?

А. Резина — природный полимер.

Б. Резину получают с помощью реакции поликонденсации.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

Для ответа на вопрос проанализируем каждое утверждение.

А. Резина — природный полимер.

Это утверждение неверно. Природным полимером является натуральный каучук (цис-1,4-полиизопрен), который получают из млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Резина же является продуктом вулканизации каучука (натурального или синтетического). Вулканизация — это химический процесс нагревания каучука с серой или другими вулканизующими агентами. В результате этого процесса молекулы каучука сшиваются между собой дисульфидными мостиками, образуя трёхмерную сетку. Таким образом, резина — это не природный, а технический материал, полученный путем химической модификации полимера.

Ответ: утверждение неверно.

Б. Резину получают с помощью реакции поликонденсации.

Это утверждение неверно. Как было сказано выше, резину получают в результате процесса вулканизации каучука. Сам же исходный полимер — каучук — получают реакцией полимеризации. Например, натуральный каучук является продуктом полимеризации изопрена: $n \, CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 \rightarrow [-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-]_n$. Реакция полимеризации — это процесс соединения молекул мономера в длинные цепи без выделения побочных продуктов. Реакция поликонденсации, в свою очередь, сопровождается выделением низкомолекулярных побочных продуктов (например, воды $H_2O$). Ни получение каучука, ни его вулканизация не являются реакциями поликонденсации.

Ответ: утверждение неверно.

Поскольку оба утверждения (А и Б) являются неверными, правильный вариант ответа — 4.

Ответ: 4) оба утверждения неверны.

5. Какое высокомолекулярное вещество получают с помощью реакции поликонденсации?

1) поливинилхлорид.

2) синтетический каучук.

3) синтетическое волокно найлон.

4) резину.

Решение:

Реакция поликонденсации — это процесс образования высокомолекулярных соединений (полимеров) из мономеров, который сопровождается выделением побочных низкомолекулярных продуктов, таких как вода ($H_2O$), аммиак ($NH_3$) или хлороводород ($HCl$). Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) поливинилхлорид
Поливинилхлорид получают в результате реакции полимеризации винилхлорида. Это реакция присоединения, при которой происходит разрыв двойной связи в молекуле мономера и образование длинной полимерной цепи. Выделения побочных продуктов не происходит.
$n(CH_2=CHCl) \rightarrow (-CH_2-CHCl-)_n$
Следовательно, это не реакция поликонденсации.

2) синтетический каучук
Синтетические каучуки (например, бутадиеновый, изопреновый) получают реакцией полимеризации соответствующих диенов. Это также реакция присоединения по кратным связям, протекающая без выделения низкомолекулярных веществ.
Например, получение полибутадиена: $n(CH_2=CH-CH=CH_2) \rightarrow (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n$.
Следовательно, это не реакция поликонденсации.

3) синтетическое волокно найлон
Найлон является полиамидом. Его получают в результате реакции поликонденсации. Например, найлон-6,6 образуется при взаимодействии двух разных мономеров: гексаметилендиамина (содержит две аминогруппы) и адипиновой кислоты (содержит две карбоксильные группы). При образовании амидной связи между мономерами отщепляется молекула воды.
$n H_2N-(CH_2)_6-NH_2 + n HOOC-(CH_2)_4-COOH \rightarrow [-HN-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO-]_n + 2n H_2O$
Так как реакция сопровождается выделением побочного продукта (воды), это реакция поликонденсации.

4) резину
Резину получают не из мономеров, а из уже готового полимера — каучука — путем его вулканизации (сшивания макромолекул атомами серы). Это процесс химической модификации полимера, а не его синтеза.

Таким образом, единственное высокомолекулярное вещество из списка, которое получают с помощью реакции поликонденсации, — это синтетическое волокно найлон.

Ответ: 3

6. Какое высокомолекулярное вещество получают с помощью реакции полимеризации?

1) фенолоформальдегидную смолу.

2) синтетическое волокно лавсан.

3) синтетический каучук.

4) искусственное ацетатное волокно.

Для ответа на этот вопрос необходимо различать реакции полимеризации и поликонденсации — два основных способа получения высокомолекулярных соединений (полимеров).

Реакция полимеризации — это процесс образования полимера путем последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи. Эта реакция характерна для веществ, содержащих кратные связи (двойные или тройные). Ключевой особенностью является то, что при полимеризации не образуются низкомолекулярные побочные продукты, а состав элементарного звена полимера идентичен составу исходного мономера.

Реакция поликонденсации — это процесс образования полимера из мономеров, содержащих две или более функциональные группы. Эта реакция всегда сопровождается выделением низкомолекулярных побочных продуктов, например, воды ($H_2O$), аммиака ($NH_3$) или спирта.

Решение

Проанализируем каждый из предложенных вариантов, чтобы определить, какой из них получают реакцией полимеризации.

1) фенолоформальдегидную смолу

Фенолоформальдегидную смолу получают в результате реакции между фенолом и формальдегидом. Молекулы этих веществ соединяются друг с другом с отщеплением молекул воды. Поскольку в ходе реакции выделяется побочный низкомолекулярный продукт (вода), этот процесс является реакцией поликонденсации. Следовательно, этот вариант неверный.

2) синтетическое волокно лавсан

Лавсан (полиэтилентерефталат) — это полиэфир, который получают в результате реакции поликонденсации двухатомного спирта этиленгликоля и двухосновной терефталевой кислоты. Каждое образование эфирной связи сопровождается выделением молекулы воды. Таким образом, это реакция поликонденсации, а не полимеризации. Этот вариант также не подходит.

3) синтетический каучук

Различные виды синтетического каучука (например, бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый) получают реакцией полимеризации соответствующих мономеров — диенов. Например, при получении бутадиенового каучука происходит полимеризация бутадиена-1,3. Реакция протекает за счет разрыва двойных связей без выделения побочных продуктов:

$n \text{ CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \xrightarrow{\text{катализатор}} (-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-)_n$

Этот процесс является реакцией полимеризации. Следовательно, этот вариант является правильным.

4) искусственное ацетатное волокно

Ацетатное волокно получают не синтезом полимера из мономеров, а химической модификацией природного полимера — целлюлозы. Гидроксильные группы целлюлозы этерифицируют уксусным ангидридом. То есть, здесь происходит химическая реакция на уже существующей полимерной цепи, а не ее образование путем полимеризации. Поэтому этот вариант неверный.

Ответ: 3