Страница 113 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Мономеры, участвующие в реакции полимеризации, должны иметь

1) функциональные группы

2) циклическое строение

3) двойные связи

4) разветвлённое строение

Решение:

Полимеризация — это процесс образования высокомолекулярных соединений (полимеров) путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономеров) к активному центру на конце растущей цепи. Существует несколько механизмов образования полимеров, основными из которых являются полимеризация (цепная) и поликонденсация (ступенчатая).

Реакция полимеризации (в узком смысле, или полимеризация присоединения) протекает за счет разрыва кратных связей в молекулах мономеров. Чтобы мономер был способен к такому типу реакции, он должен быть непредельным, то есть содержать в своей структуре двойную или тройную связь. В процессе реакции происходит разрыв менее прочной $\pi$-связи, и за счет образующихся свободных валентностей мономеры соединяются друг с другом в длинную полимерную цепь. При этом состав мономерного звена идентичен составу исходного мономера.

Пример реакции полимеризации — получение полиэтилена из этилена:
$n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{t, p, kat} (-CH_2-CH_2-)_n$
Здесь ключевым фактором является наличие двойной связи C=C в молекуле этилена.

Реакция поликонденсации, в отличие от полимеризации, протекает между мономерами, содержащими две или более функциональные группы (например, $-OH$, $-COOH$, $-NH_2$). Эта реакция сопровождается выделением низкомолекулярных побочных продуктов (например, $H_2O$).

Исходя из формулировки вопроса, где используется термин «реакция полимеризации», имеется в виду именно полимеризация присоединения. Проанализируем варианты ответа:

1. функциональные группы — это обязательное условие для мономеров, вступающих в реакцию поликонденсации.
2. циклическое строение — характерно для мономеров, вступающих в полимеризацию с раскрытием цикла (например, получение капрона из капролактама), что является отдельным типом реакции.
3. двойные связи — это необходимое условие для мономеров, участвующих в реакции полимеризации присоединения.
4. разветвлённое строение — строение углеродного скелета мономера не является условием для вступления в реакцию полимеризации. Например, этилен имеет неразветвленное строение.

Таким образом, главным требованием к мономерам, участвующим в реакции полимеризации (присоединения), является наличие в их молекулах кратных, в частности двойных, связей.

Ответ: 3) двойные связи.

4. Укажите структурное звено полиэтилена.

1) $-CH_2-$

2) $-CH_2-CH_2-$

3) $-CH=CH-$

4) $-CH_2-\underset{CH_3}{CH}-$

Решение

Полиэтилен является продуктом реакции полимеризации этилена (этена). Мономер этилен имеет химическую формулу $C_2H_4$ и структурную формулу $CH_2=CH_2$.

В ходе реакции полимеризации происходит разрыв двойной связи в молекулах этилена, и они соединяются в длинную цепь. Этот процесс можно представить следующим уравнением:

$n(CH_2=CH_2) \rightarrow (-CH_2-CH_2-)_n$

Структурное (или мономерное) звено — это повторяющаяся группа атомов в макромолекуле полимера. Как видно из уравнения, для полиэтилена таким звеном является группа $-CH_2-CH_2-$.

Проанализируем предложенные варианты:

• 1) $-CH_2-$ — метиленовая группа. Это только часть структурного звена.
• 2) $-CH_2-CH_2-$ — это и есть структурное звено полиэтилена.
• 3) $-CH=CH-$ — это звено могло бы образоваться при полимеризации ацетилена, в результате чего получился бы полиацетилен.
• 4) $-CH_2-CH(CH_3)-$ — это структурное звено полипропилена, который получают из пропилена $CH_2=CH-CH_3$.

Таким образом, правильный ответ находится под номером 2.

Ответ: 2

5. Укажите формулу мономера полистирола.

1) $C_6H_5-CH_2-CH_3$

3) $C_6H_5-CH=CH_2$

2) $CH_2=C(C_6H_5)-CH_3$

4) $CH \equiv C - C_6H_5$

Решение

Полистирол — это высокомолекулярное соединение (полимер), которое получают в результате реакции полимеризации. Название "полистирол" указывает на то, что мономером для его получения является стирол.

Стирол (другое название — винилбензол) — это органическое соединение, состоящее из бензольного кольца ($C_6H_5-$), связанного с винильной группой ($-CH=CH_2$). Его структурная формула — $C_6H_5-CH=CH_2$. Процесс полимеризации стирола происходит за счет разрыва двойной связи в винильной группе и образования длинных полимерных цепей.

Проанализируем предложенные варианты:

1) $C_6H_5-CH_2-CH_3$ — это этилбензол. В боковой цепи нет кратных связей, поэтому он не может вступать в реакцию полимеризации присоединения.

2) $CH_2=C(C_6H_5)-CH_3$ — это α-метилстирол. Его полимеризация приведет к образованию поли(α-метилстирола), а не полистирола.

3) $C_6H_5-CH=CH_2$ — это стирол (винилбензол). Это и есть мономер, из которого получают полистирол.

4) $C_6H_5-C \equiv CH$ — это фенилацетилен. Он содержит тройную связь и не является мономером для синтеза полистирола.

Следовательно, формула мономера полистирола представлена под номером 3.

Ответ: 3.

6. Сополимером не является

1) капрон

2) кевлар

3) бутадиен-стирольный каучук

4) фенолформальдегидная смола

Чтобы определить, какое из предложенных веществ не является сополимером, необходимо проанализировать мономерный состав каждого полимера. Сополимеры состоят из двух или более различных типов мономерных звеньев, в то время как гомополимеры состоят только из одного типа мономерных звеньев.

1) капрон

Капрон (также известный как нейлон-6 или поликапроамид) получают в результате реакции полимеризации с раскрытием цикла одного мономера — ε-капролактама. Поскольку в образовании макромолекулы участвует только один вид мономера, капрон является гомополимером. Структурное звено капрона: $-(-\text{NH}-(\text{CH}_2)_5-\text{CO}-)-$

2) кевлар

Кевлар — это ароматический полиамид (арамид), который синтезируют методом поликонденсации двух разных мономеров: п-фенилендиамина ($H_2N-C_6H_4-NH_2$) и терефталоилхлорида ($ClOC-C_6H_4-COCl$). Так как полимерная цепь построена из двух различных мономерных звеньев, кевлар является сополимером.

3) бутадиен-стирольный каучук

Бутадиен-стирольный каучук — это продукт совместной полимеризации (сополимеризации) двух мономеров: бутадиена-1,3 ($CH_2=CH-CH=CH_2$) и стирола ($C_6H_5-CH=CH_2$). Следовательно, это сополимер.

4) фенолформальдегидная смола

Фенолформальдегидные смолы получают в результате реакции поликонденсации двух видов мономеров: фенола ($C_6H_5OH$) и формальдегида ($HCHO$). Наличие двух различных мономеров в составе полимера делает его сополимером.

Таким образом, из всех перечисленных вариантов только капрон является гомополимером, а не сополимером.

Ответ: 1

7. Верны ли утверждения?

А. Молекулярная масса макромолекул поликонденсационного полимера равна суммарной массе молекул мономеров.

Б. Материалы на основе природных полимеров подвергаются гниению, повреждаются микроорганизмами.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Рассмотрим последовательно каждое из утверждений.

А. Молекулярная масса макромолекул поликонденсационного полимера равна суммарной массе молекул мономеров.

Данное утверждение неверно. Реакция поликонденсации представляет собой процесс синтеза полимеров из мономеров, который сопровождается отщеплением побочных низкомолекулярных продуктов (например, воды $H_2O$, аммиака $NH_3$, хлороводорода $HCl$). В соответствии с законом сохранения массы, масса образовавшегося полимера будет меньше суммарной массы исходных мономеров на величину массы выделившихся побочных продуктов. Общая схема реакции:
$n(мономер) \rightarrow (полимер) + n(побочный \ продукт)$
Следовательно, масса полимера:
$m_{полимера} = n \cdot m_{мономера} - n \cdot m_{побочного \ продукта}$
Таким образом, молекулярная масса макромолекулы поликонденсационного полимера всегда меньше суммарной массы молекул мономеров.

Ответ: утверждение А неверно.

Б. Материалы на основе природных полимеров подвергаются гниению, повреждаются микроорганизмами.

Данное утверждение верно. Природные полимеры, такие как целлюлоза (содержится в древесине, хлопке), крахмал, белки (шерсть, шелк, кожа), являются органическими веществами. Они служат питательной средой для множества микроорганизмов (бактерий, грибов). Эти микроорганизмы вырабатывают ферменты, которые расщепляют макромолекулы природных полимеров в процессе своей жизнедеятельности. Этот процесс называется биодеградацией или гниением. Поэтому изделия из природных полимеров без специальной защиты подвержены разрушению.

Ответ: утверждение Б верно.

Итак, утверждение А неверно, а утверждение Б верно. Следовательно, из предложенных вариантов ответа правильным является тот, который гласит "верно только Б".

Ответ: 2