Страница 162 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. Полистирол получают из

1) $-(CH_2-CH_2-)_n$

2) $CH_2=CH-C_6H_5$

3) $CH_2=CH-CH_3$

4) $CH_2=CH-Cl$

Полистирол – это синтетический полимер, который получают в результате реакции полимеризации. Название полимера указывает на мономер, из которого он получен. В данном случае, "поли-стирол" означает, что он получен из мономера стирола.

Рассмотрим предложенные варианты ответов, чтобы определить, какой из них является стиролом:

1) $ (-CH₂-CH₂-)_n $ — это структурное звено полиэтилена. Это уже полимер, а не мономер, из которого получают полистирол.

2) $ CH₂=CH-C₆H₅ $ — это химическая формула стирола (также известного как винилбензол). Стирол является ароматическим углеводородом с винильной группой $ (-CH=CH₂) $, присоединенной к бензольному кольцу $ (C₆H₅) $. Именно полимеризация стирола по двойной связи в винильной группе приводит к образованию полистирола. Схема реакции выглядит так: $ n(CH_2=CH-C_6H_5) \xrightarrow{t, p, kat} (-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n $ Этот вариант является правильным.

3) $ CH₂=CH-CH₃ $ — это пропен (пропилен). Полимеризация пропена дает полипропилен.

4) $ CH₂=CH-Cl $ — это винилхлорид. Полимеризация этого мономера приводит к получению поливинилхлорида (ПВХ).

Таким образом, полистирол получают из стирола, химическая формула которого $ CH₂=CH-C₆H₅ $.

Ответ: 2.

8. Поливинилхлорид получают из

1) $(-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_{n}$

2) $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{C}_6\text{H}_5$

3) $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3$

4) $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{Cl}$

Решение:

Вопрос заключается в том, из какого вещества (мономера) получают поливинилхлорид (ПВХ).

Название полимера «поливинилхлорид» само подсказывает ответ. Приставка «поли-» означает «много», а «винилхлорид» — это название мономерного звена, из которого состоит полимер.

Винилхлорид (систематическое название: хлорэтен) — это хлорпроизводное этилена. Винильная группа имеет строение $CH_2=CH-$. Присоединив к ней атом хлора, мы получаем формулу винилхлорида: $CH_2=CH-Cl$.

Процесс получения поливинилхлорида — это реакция полимеризации, при которой множество молекул мономера (винилхлорида) соединяются в длинную цепь за счёт разрыва двойных связей:

$n(CH_2=CH-Cl) \rightarrow (-CH_2-CHCl-)_n$

где $n$ — степень полимеризации.

Рассмотрим предложенные варианты:

1. $(-CH_2-CH_2-)_n$ — это полиэтилен, уже готовый полимер, получаемый из этена ($CH_2=CH_2$).
2. $CH_2=CH-C_6H_5$ — это стирол (винилбензол), мономер для получения полистирола.
3. $CH_2=CH-CH_3$ — это пропен (пропилен), мономер для получения полипропилена.
4. $CH_2=CH-Cl$ — это винилхлорид (хлорэтен), мономер для получения поливинилхлорида.

Таким образом, правильным ответом является винилхлорид.

Ответ: 4

9. Формула бутадиенового каучука

1) $(-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_{n}$

2) $(-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-)_{n}$

3) $(-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{C(Cl)}-\text{CH}_2-)_{n}$

4) $(-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{O}-\text{CO}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{CO}-\text{O}-)_{n}$

Решение

Бутадиеновый каучук, также известный как полибутадиен, является синтетическим полимером, получаемым в результате реакции полимеризации его мономера — бутадиена-1,3 (другое название — дивинил).

Молекулярная формула мономера, бутадиена-1,3, выглядит следующим образом: $CH_2=CH-CH=CH_2$.

В ходе реакции 1,4-полимеризации происходит разрыв π-связей между первым и вторым, а также третьим и четвертым атомами углерода. При этом образуется новая двойная связь между вторым и третьим атомами углерода, а освободившиеся валентности у крайних (первого и четвертого) атомов углерода используются для соединения с другими молекулами мономера.

Уравнение реакции полимеризации бутадиена-1,3:
$n(CH_2=CH-CH=CH_2) \xrightarrow{катализатор} (—CH_2—CH=CH—CH_2—)_n$

Таким образом, элементарное (структурное) звено полимерной цепи бутадиенового каучука имеет формулу $—CH_2—CH=CH—CH_2—$.

Теперь проанализируем предложенные варианты ответов:
1) $(—CH_2—CH_2—)_n$ — это формула полиэтилена, продукта полимеризации этилена.
2) $(—CH_2—CH=CH—CH_2—)_n$ — это формула полибутадиена, то есть бутадиенового каучука. Этот вариант является верным.
3) $(—CH_2—CH=C(Cl)—CH_2—)_n$ — это формула хлоропренового каучука (неопрена), продукта полимеризации хлоропрена.
4) $(—CH_2—CH_2—O—CO—C_6H_4—CO—O—)_n$ — это формула сложного полиэфира, полиэтилентерефталата (лавсана), продукта поликонденсации этиленгликоля и терефталевой кислоты.

Следовательно, формула бутадиенового каучука соответствует варианту 2.

Ответ: 2.

10. Формула натурального каучука

1) $(- \text{CH}_2 - \text{CH}_2 -)_n$

2) $(- \text{CH}_2 - \text{CH} = \text{CH} - \text{CH}_2 -)_n$

3) $(- \text{CH}_2 - \text{CH} = \text{C}(\text{CH}_3) - \text{CH}_2 -)_n$

4) $(- \text{CH}_2 - \text{CH} = \text{C}(\text{Cl}) - \text{CH}_2 -)_n$

Решение

Натуральный каучук — это природный высокомолекулярный полимер, основным компонентом которого является полиизопрен. Мономером для натурального каучука служит изопрен (систематическое название: 2-метилбута-1,3-диен).

Структурная формула мономера изопрена:

$CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$

В результате реакции полимеризации, которая в природе протекает по механизму 1,4-присоединения, образуется длинная полимерная цепь. Двойная связь при этом смещается в центр мономерного звена. Схема реакции полимеризации изопрена:

$n\,CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 \xrightarrow{полимеризация} (-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-)_n$

Таким образом, структурное звено натурального каучука (цис-1,4-полиизопрена) имеет формулу $(-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-)_n$.

Теперь проанализируем предложенные в задании варианты:

1) $(–CH_2–CH_2–)_n$ — это формула полиэтилена, полимера этена. Не является каучуком.

2) $(–CH_2–CH=CH–CH_2–)_n$ — это формула полибутадиена, синтетического каучука, получаемого из бутадиена-1,3.

3) $(–CH_2–CH=C(CH_3)–CH_2–)_n$ — эта формула наиболее близка к формуле полиизопрена. Она содержит углеродный скелет из четырех атомов, одну двойную связь и метильную группу $(–CH_3)$ в качестве бокового заместителя. Хотя в представленной формуле есть неточность (положение метильной группы и атома водорода у двойной связи перепутано местами), среди предложенных вариантов это единственно верный ответ, описывающий полимер изопрена.

4) $(–CH_2–CH=C(Cl)–CH_2–)_n$ — это формула полихлоропрена (неопрена), синтетического каучука. Его мономер — хлоропрен, где вместо метильной группы находится атом хлора.

Исходя из анализа, формула натурального каучука (полиизопрена) представлена в варианте 3.

Ответ: 3

11. Полимер $(-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{CH}_3)-)_n$, получают из

1) этилена.

2) стирола.

3) бутадиена.

4) пропена.

Решение

В вопросе дан полимер со структурной формулой $(—CH_2—CH(CH_3)—)_n$. Этот полимер известен как полипропилен. Нам необходимо определить мономер, из которого он получен.

Полимеры такого типа образуются в результате реакции полимеризации, при которой происходит разрыв двойной связи в молекулах мономера и образование длинной полимерной цепи за счет новых одинарных связей.

Чтобы определить исходный мономер, необходимо выполнить обратное действие: мысленно восстановить двойную связь в элементарном (структурном) звене полимера.

Элементарное звено полимера: $—CH_2—CH(CH_3)—$.

Восстановим двойную связь между атомами углерода, составляющими основную цепь звена ($—CH_2—$ и $—CH—$). В результате мы получим молекулу мономера: $CH_2=CH—CH_3$

Эта молекула представляет собой алкен с тремя атомами углерода и называется пропен (тривиальное название — пропилен).

Уравнение реакции полимеризации пропена: $n(CH_2=CH—CH_3) \xrightarrow{t, p, kat.} (—CH_2—CH(CH_3)—)_n$

Проанализируем предложенные варианты:

1) этилен ($CH_2=CH_2$) полимеризуется в полиэтилен $(—CH_2—CH_2—)_n$;
2) стирол ($CH_2=CH(C_6H_5)$) полимеризуется в полистирол $(—CH_2—CH(C_6H_5)—)_n$;
3) бутадиен ($CH_2=CH—CH=CH_2$) полимеризуется в полибутадиен $(—CH_2—CH=CH—CH_2—)_n$;
4) пропен ($CH_2=CH—CH_3$) полимеризуется в полипропилен $(—CH_2—CH(CH_3)—)_n$.

Таким образом, исходным мономером для получения данного полимера является пропен.

Ответ: 4) пропена

12. При сгорании 14 г полиэтилена образуется углекислый газ объёмом (н. у.)

1) 19,2 л

2) 26,1 л

3) 22,4 л

4) 11,2 л

Дано:

$m((-C_2H_4-)_n) = 14 \text{ г}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V(CO_2) - ?$

Решение:

Для решения задачи сначала необходимо составить уравнение реакции горения полиэтилена. Полиэтилен — это полимер, состоящий из повторяющихся звеньев этилена, его общая формула $(-C_2H_4-)_n$. Для стехиометрических расчетов можно использовать формулу мономерного звена, то есть этилена $C_2H_4$.

Уравнение реакции полного сгорания этилена в кислороде выглядит следующим образом:

$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

1. Вычислим молярную массу мономерного звена полиэтилена ($C_2H_4$). Для этого используем относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(C) = 12 \text{ г/моль}$, $Ar(H) = 1 \text{ г/моль}$.

$M(C_2H_4) = 2 \times Ar(C) + 4 \times Ar(H) = 2 \times 12 + 4 \times 1 = 28 \text{ г/моль}$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) мономерных звеньев $C_2H_4$ в 14 г полиэтилена по формуле $n = m/M$.

$n(C_2H_4) = \frac{m(полиэтилена)}{M(C_2H_4)} = \frac{14 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, определим количество вещества углекислого газа ($CO_2$), которое образуется в результате реакции. Из уравнения видно, что при сгорании 1 моль $C_2H_4$ образуется 2 моль $CO_2$. Следовательно, количество вещества $CO_2$ будет в два раза больше количества вещества сгоревших звеньев $C_2H_4$.

$n(CO_2) = 2 \times n(C_2H_4) = 2 \times 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

4. Найдём объём образовавшегося углекислого газа. Согласно закону Авогадро, при нормальных условиях (н. у.) 1 моль любого газа занимает объём 22,4 л. Этот объём называется молярным объёмом ($V_m$).

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 1 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 22,4 \text{ л}$

Таким образом, при сгорании 14 г полиэтилена образуется 22,4 л углекислого газа.

Ответ: 22,4 л.