Страница 118 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Верны ли утверждения?

А. Молекулярная масса макромолекул поликонденсационного полимера меньше суммарной массы молекул мономеров.

Б. Бутадиен-стирольный каучук является сополимером.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

А. Молекулярная масса макромолекул поликонденсационного полимера меньше суммарной массы молекул мономеров.

Данное утверждение является верным. Реакция поликонденсации — это процесс образования высокомолекулярных соединений (полимеров) из низкомолекулярных (мономеров), который протекает с выделением побочных низкомолекулярных продуктов, таких как вода ($H_2O$), аммиак ($NH_3$), хлороводород ($HCl$) и другие.
В соответствии с законом сохранения массы, суммарная масса продуктов реакции (полимера и побочного продукта) равна суммарной массе исходных веществ (мономеров).
Это можно выразить уравнением:
$m(\text{мономеры}) = m(\text{полимер}) + m(\text{побочный продукт})$
Поскольку масса побочного продукта всегда больше нуля, масса образовавшегося полимера будет меньше суммарной массы мономеров, вступивших в реакцию.
Например, при синтезе капрона из ε-аминокапроновой кислоты происходит отщепление молекулы воды на каждое присоединяемое звено:
$n \cdot NH_2-(CH_2)_5-COOH \rightarrow [-NH-(CH_2)_5-CO-]_n + n \cdot H_2O$
Следовательно, молярная масса макромолекулы полимера, полученного поликонденсацией, меньше суммарной молярной массы исходных мономеров.

Ответ: утверждение верно.

Б. Бутадиен-стирольный каучук является сополимером.

Данное утверждение является верным. Полимеры, макромолекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами. Если же макромолекула состоит из двух или более различных типов мономерных звеньев, такой полимер называется сополимером.
Бутадиен-стирольный каучук синтезируют путем сополимеризации (совместной полимеризации) двух различных мономеров: бутадиена-1,3 ($CH_2=CH-CH=CH_2$) и стирола (винилбензола, $C_6H_5-CH=CH_2$).
Процесс можно схематически представить следующим образом:
$n \cdot CH_2=CH-CH=CH_2 + m \cdot C_6H_5-CH=CH_2 \rightarrow [(-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_m]$
Поскольку в состав макромолекулы бутадиен-стирольного каучука входят звенья двух разных мономеров, он является сополимером.

Ответ: утверждение верно.

Оба утверждения, А и Б, являются верными. Следовательно, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

8. Укажите степень полимеризации полиэтилена со средней относительной молекулярной массой 35 000.

1) 630 2) 1250 3) 1000 4) 1800

Дано:

Средняя относительная молекулярная масса полиэтилена $M_r(полиэтилена) = 35000$.

Найти:

Степень полимеризации $n$ - ?

Решение:

Степень полимеризации ($n$) — это число, показывающее, сколько мономерных звеньев в среднем содержится в одной макромолекуле полимера. Она определяется отношением средней относительной молекулярной массы полимера к относительной молекулярной массе его мономерного звена.

Полиэтилен является продуктом полимеризации этилена (этена). Его общая формула $(-CH_2-CH_2-)_n$. Мономерным звеном является $-CH_2-CH_2-$, что соответствует молекуле этилена $C_2H_4$.

1. Сначала вычислим относительную молекулярную массу мономерного звена полиэтилена ($C_2H_4$). Используем относительные атомные массы углерода ($A_r(C) \approx 12$) и водорода ($A_r(H) \approx 1$).

$M_r(C_2H_4) = 2 \times A_r(C) + 4 \times A_r(H) = 2 \times 12 + 4 \times 1 = 24 + 4 = 28$.

2. Теперь найдем степень полимеризации ($n$), разделив среднюю относительную молекулярную массу полимера на относительную молекулярную массу мономерного звена:

$n = \frac{M_r(полиэтилена)}{M_r(C_2H_4)}$

Подставим данные из условия задачи:

$n = \frac{35000}{28} = 1250$

Полученное значение 1250 соответствует варианту ответа под номером 2.

Ответ: 1250.

9. Укажите верные характеристики полихлорвинила.

1) галогенопроизводное углеводорода

2) искусственный полимер

3) не проводит электрический ток

4) непредельный углеводород

5) обесцвечивает бромную воду

Для определения верных характеристик полихлорвинила (ПВХ) необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений.

Полихлорвинил — это продукт полимеризации винилхлорида (другое название — хлорэтен). Мономер имеет формулу $CH_2=CHCl$. В результате реакции полимеризации образуется длинная цепь, состоящая из повторяющихся звеньев: $n(CH_2=CHCl) \rightarrow (-CH_2-CHCl-)_n$.

1) галогенопроизводное углеводорода

Это утверждение верно. Углеводороды — это органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода. Если в молекуле углеводорода один или несколько атомов водорода замещены на атомы галогенов (например, хлора), такое соединение называют галогенопроизводным. В каждом мономерном звене полихлорвинила $(-CH_2-CHCl-)$ присутствует атом хлора, поэтому ПВХ является галогенопроизводным полимером.

2) искусственный полимер

Это утверждение неверно. В химии различают полимеры природные (например, крахмал, целлюлоза), искусственные (полученные путем химической модификации природных полимеров, например, ацетатный шелк из целлюлозы) и синтетические (полученные путем синтеза из низкомолекулярных веществ-мономеров). Полихлорвинил получают в результате реакции полимеризации мономера винилхлорида, который не встречается в природе. Следовательно, полихлорвинил — это синтетический полимер.

3) не проводит электрический ток

Это утверждение верно. Для проведения электрического тока необходимо наличие свободных носителей заряда — подвижных электронов или ионов. В структуре полихлорвинила все валентные электроны прочно связаны в ковалентных связях, свободных носителей заряда нет. Поэтому ПВХ является диэлектриком, то есть не проводит электрический ток. Это свойство широко используется при изготовлении изоляции для проводов и кабелей.

4) непредельный углеводород

Это утверждение неверно. Во-первых, ПВХ не является углеводородом, так как в его состав, помимо углерода и водорода, входит хлор. Во-вторых, он не является непредельным соединением. Непредельные соединения содержат двойные или тройные связи между атомами углерода. Хотя мономер винилхлорид ($CH_2=CHCl$) является непредельным, в ходе полимеризации двойная связь разрывается для образования полимерной цепи. В результате основная цепь макромолекулы ПВХ $(-CH_2-CHCl-)_n$ состоит только из одинарных (насыщенных) связей.

5) обесцвечивает бромную воду

Это утверждение неверно. Обесцвечивание бромной воды — это качественная реакция на наличие непредельных (кратных) углерод-углеродных связей. Поскольку, как указано выше, полимерная цепь полихлорвинила является насыщенной, он не вступает в реакцию присоединения с бромом и, следовательно, не обесцвечивает бромную воду.

Таким образом, верными являются характеристики, указанные в пунктах 1 и 3.

Ответ: 1, 3.

10. Установите соответствие между названием полимера и реакцией его получения.

ПОЛИМЕР

А) капрон

Б) фенолформальдегидная смола

В) тефлон

РЕАКЦИЯ ПОЛУЧЕНИЯ

1) полимеризация

2) поликонденсация

3) сополимеризация

4) сополиконденсация

А) капрон

Капрон (или поликапроамид, нейлон-6) – это синтетическое полиамидное волокно. Его получают из одного вида мономера – ε-аминокапроновой кислоты или её циклического амида, ε-капролактама. Процесс получения капрона из ε-аминокапроновой кислоты представляет собой реакцию, в которой молекулы мономера соединяются друг с другом с образованием амидных связей и отщеплением низкомолекулярного побочного продукта – воды.

Схематически реакцию можно записать так:
$n \cdot HOOC-(CH_2)_5-NH_2 \rightarrow [-OC-(CH_2)_5-NH-]_n + n \cdot H_2O$

Реакция образования полимера из одного типа мономера, сопровождающаяся выделением низкомолекулярного вещества (например, воды), называется поликонденсацией.

Ответ: 2

Б) фенолформальдегидная смола

Фенолформальдегидная смола – это синтетический полимер, который получают в результате реакции между двумя различными мономерами: фенолом ($C_6H_5OH$) и формальдегидом ($HCHO$). В ходе этой реакции молекулы фенола и формальдегида соединяются, образуя полимерную цепь, при этом в качестве побочного продукта выделяется вода.

Упрощенная схема реакции:
$n \cdot C_6H_5OH + n \cdot HCHO \xrightarrow{t, p, kat} [-C_6H_3(OH)-CH_2-]_n + n \cdot H_2O$

Поскольку в реакции участвуют два разных типа мономеров и происходит выделение низкомолекулярного продукта, данный процесс является сополиконденсацией.

Ответ: 4

В) тефлон

Тефлон – это торговое название политетрафторэтилена (ПТФЭ). Этот полимер получают из одного мономера – тетрафторэтилена ($CF_2=CF_2$). Реакция получения тефлона заключается в последовательном присоединении молекул мономера друг к другу за счет разрыва двойной связи в молекуле тетрафторэтилена.

Схема реакции:
$n \cdot CF_2=CF_2 \xrightarrow{t, p, kat} [-CF_2-CF_2-]_n$

Этот процесс, при котором полимерная цепь образуется путем присоединения молекул мономера без образования побочных низкомолекулярных продуктов, называется полимеризацией.

Ответ: 1

Задания с развёрнутым ответом

11. Волокно лавсан $(-OC-C_6H_4-CO-O-CH_2-CH_2-O-)_n$ добавляют в ткани для обеспечения прочности и несминаемости, из него делают тюль, спортивные сумки, изделия технического назначения: канаты, транспортные ленты, пожарные рукава.

На основании структурной формулы волокна напишите формулы мономеров, используемых для его получения.

Решение

Волокно лавсан, также известное как полиэтилентерефталат (ПЭТ), является сложным полиэфиром. Полимеры этого класса получают в реакции поликонденсации. Чтобы определить мономеры, из которых состоит полимер, необходимо проанализировать его структурное звено.

Структурное звено лавсана, представленное в задаче: $(-\text{OC}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{CO}-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{O}-)_n$.

В этом звене можно выделить два фрагмента, которые в полимерной цепи соединены сложноэфирными связями $(-\text{CO}-\text{O}-)$. Для определения исходных мономеров нужно мысленно провести гидролиз этих связей (то есть их разрыв с присоединением молекулы воды $\text{H}_2\text{O}$). При гидролизе к карбонильной группе $(-\text{CO}-)$ присоединяется гидроксильная группа $(-\text{OH})$, а к атому кислорода эфирной связи $(-\text{O}-)$ присоединяется атом водорода $(\text{H})$.

1. Фрагмент $(-\text{CO}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{CO}-)$ является остатком дикарбоновой кислоты. После присоединения двух гидроксильных групп образуется терефталевая кислота (или бензол-1,4-дикарбоновая кислота).

Ее химическая формула: $\text{HOOC}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{COOH}$

2. Фрагмент $(-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{O}-)$ является остатком двухатомного спирта (диола). После присоединения двух атомов водорода образуется этиленгликоль (или этан-1,2-диол).

Его химическая формула: $\text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}$

Ответ:

Мономерами, используемыми для получения волокна лавсан, являются терефталевая кислота и этиленгликоль.

Формула терефталевой кислоты: $\text{HOOC}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{COOH}$

Формула этиленгликоля: $\text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}$