Страница 54 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. Напишите уравнение реакции ацетилена с хлороводородом, взятыми в соотношении 1 : 1.

$CH \equiv CH + HCl \rightarrow CH_2=CHCl$

Решение

Реакция ацетилена (этина) с хлороводородом является реакцией электрофильного присоединения (гидрогалогенирование). Ацетилен, формула которого $HC \equiv CH$, имеет в своем составе тройную связь, состоящую из одной сигма-связи ($\sigma$-связи) и двух пи-связей ($\pi$-связей).

Поскольку реагенты взяты в молярном соотношении 1:1, происходит разрыв только одной из двух $\pi$-связей в молекуле ацетилена. К одному атому углерода присоединяется атом водорода из молекулы $HCl$, а к другому — атом хлора.

В результате реакции образуется алкен — хлорэтен, также известный как винилхлорид. Уравнение реакции выглядит следующим образом (реакция обычно протекает в присутствии катализатора, например, хлорида ртути(II)):

$HC \equiv CH + HCl \xrightarrow{катализатор} H_2C=CHCl$

Структурно это можно представить так:

Ответ: $HC \equiv CH + HCl \rightarrow H_2C=CHCl$

8. Если бы ацетилен вступал в реакцию полимеризации подобно этилену, какова была бы формула образующегося полимера?

Решение

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сначала рассмотреть механизм реакции полимеризации этилена, а затем применить его по аналогии к ацетилену.

1. Полимеризация этилена.

Мономер этилен (этен) имеет формулу $CH_2=CH_2$. В его молекуле присутствует одна двойная связь $C=C$. В процессе полимеризации эта двойная связь разрывается (конкретно, разрывается менее прочная $\pi$-связь), и на её месте образуются две новые одинарные $\sigma$-связи, которые соединяют мономеры в длинную цепь. Таким образом, образуется полиэтилен.

Схематично этот процесс можно записать так:

$n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{t, p, kat} (-CH_2-CH_2-)_{n}$

Структурным звеном полимера является $-CH_2-CH_2-$.

2. Полимеризация ацетилена по аналогии с этиленом.

Мономер ацетилен (этин) имеет формулу $HC \equiv CH$. В его молекуле присутствует тройная связь $C \equiv C$, состоящая из одной $\sigma$-связи и двух $\pi$-связей.

Если ацетилен будет полимеризоваться подобно этилену, то должна разорваться одна из двух $\pi$-связей. При этом тройная связь между атомами углерода превратится в двойную, а у каждого атома углерода появится по одной свободной валентности для соединения с соседними звеньями.

Схематично этот процесс будет выглядеть следующим образом:

$n(HC \equiv CH) \rightarrow (-CH=CH-)_{n}$

Таким образом, образуется полимер, называемый полиацетиленом, в котором мономерные звенья $-CH=CH-$ соединены между собой, образуя цепь с чередующимися одинарными и двойными связями.

Ответ: Формула образующегося полимера будет $(-CH=CH-)_{n}$.

9. Сколько граммов карбида кальция необходимо для получения 4,48 л ацетилена (н. у.)?

Дано:

$V(\text{C₂H₂}) = 4,48 \text{ л}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$m(\text{CaC₂}) - ?$

Решение:

1. Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции получения ацетилена ($C₂H₂$) из карбида кальция ($CaC₂$). Ацетилен получают в результате гидролиза (реакции с водой) карбида кальция. Вторым продуктом реакции является гидроксид кальция ($Ca(OH)₂$).

Уравнение реакции:

$\text{CaC₂} + 2\text{H₂O} \rightarrow \text{C₂H₂} \uparrow + \text{Ca(OH)₂}$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) ацетилена, которое соответствует объему 4,48 л при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$\nu(\text{C₂H₂}) = \frac{V(\text{C₂H₂})}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль карбида кальция образуется 1 моль ацетилена. Стехиометрическое соотношение $\nu(\text{CaC₂}) : \nu(\text{C₂H₂})$ составляет 1:1.

$\frac{\nu(\text{CaC₂})}{1} = \frac{\nu(\text{C₂H₂})}{1}$

Следовательно, для получения 0,2 моль ацетилена потребуется такое же количество вещества карбида кальция:

$\nu(\text{CaC₂}) = \nu(\text{C₂H₂}) = 0,2 \text{ моль}$

4. Вычислим молярную массу карбида кальция ($M(\text{CaC₂})$), используя периодическую таблицу химических элементов. Относительная атомная масса кальция $Ar(\text{Ca}) \approx 40$ а.е.м., а углерода $Ar(\text{C}) \approx 12$ а.е.м.

$M(\text{CaC₂}) = Ar(\text{Ca}) + 2 \cdot Ar(\text{C}) = 40 + 2 \cdot 12 = 40 + 24 = 64 \text{ г/моль}$

5. Зная количество вещества и молярную массу карбида кальция, найдем его массу ($m$).

$m(\text{CaC₂}) = \nu(\text{CaC₂}) \cdot M(\text{CaC₂}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 12,8 \text{ г}$

Ответ: для получения 4,48 л ацетилена (н. у.) необходимо 12,8 граммов карбида кальция.