Страница 38 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Природный каучук можно рассматривать как продукт полимеризации

1) изопрена

2) этилена

3) бутадиена-1,3

4) пропена

Решение

Природный каучук — это эластичный материал (эластомер), получаемый из латекса (млечного сока) каучуконосных растений, в основном гевеи бразильской. С химической точки зрения, природный каучук является полимером, то есть высокомолекулярным соединением, состоящим из повторяющихся структурных звеньев — мономеров.

Мономером природного каучука является изопрен (систематическое название: 2-метилбутадиен-1,3). Его химическая формула: $CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$.

Процесс полимеризации изопрена в природный каучук (представляющий собой цис-1,4-полиизопрен) можно записать в виде уравнения реакции: $n \cdot CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 \xrightarrow{\text{полимеризация}} [-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-]_n$

Рассмотрим остальные предложенные вещества:

2) этилен ($CH_2=CH_2$) — мономер для производства полиэтилена, который является пластмассой.

3) бутадиен-1,3 ($CH_2=CH-CH=CH_2$) — мономер для производства синтетических каучуков (например, бутадиенового каучука), но не природного.

4) пропен ($CH_2=CH-CH_3$) — мономер для производства полипропилена, который также является пластмассой.

Таким образом, единственно верным вариантом является изопрен.

Ответ: 1) изопрена

10. По сравнению с эбонитом резина

1) содержит больше серы

2) не содержит серу

3) содержит меньше серы

4) не содержит каучук

Чтобы правильно ответить на этот вопрос, нужно понимать, что такое резина и эбонит и чем они отличаются. И резина, и эбонит являются продуктами вулканизации каучука.

Процесс вулканизации заключается в нагревании каучука с серой. Атомы серы образуют поперечные "мостики" между длинными молекулами каучука, "сшивая" их в единую пространственную сетку. Это придаёт материалу прочность, упругость и другие ценные свойства.

Ключевое различие между резиной и эбонитом состоит в количестве серы, которое используется для вулканизации, и, как следствие, в свойствах конечного продукта:

• Для получения резины — эластичного и упругого материала — используется сравнительно небольшое количество серы, обычно около 1–5% от массы каучука.
• Для получения эбонита — твёрдого, жёсткого и хрупкого материала — каучук вулканизируют очень большим количеством серы, содержание которой достигает 30–50%.

Следовательно, оба материала содержат и каучук (как основу), и серу (как вулканизирующий агент). Сравнивая их между собой, можно сделать вывод, что резина по сравнению с эбонитом содержит значительно меньше серы.

Ответ: 3) содержит меньше серы

11. Для ацетилена верны следующие утверждения:

1) состав молекулы соответствует общей формуле $C_nH_{2n}$

2) является непредельным углеводородом

3) атомы углерода в молекуле соединены двойной связью

4) вступает с водой в реакцию присоединения

5) сгорает с образованием углерода и водорода

Для определения верных утверждений проанализируем каждое из них, исходя из строения и химических свойств ацетилена (этина).

1) состав молекулы соответствует общей формуле $C_nH_{2n}$

Ацетилен, химическая формула которого $C_2H_2$, является простейшим представителем гомологического ряда алкинов. Общая формула для алкинов — $C_nH_{2n-2}$ (для $n \geq 2$). Подставляя $n=2$ в эту формулу, получаем $C_2H_{2 \cdot 2 - 2} = C_2H_2$, что соответствует ацетилену. Формула $C_nH_{2n}$ является общей для другого класса углеводородов — алкенов (и циклоалканов). Следовательно, данное утверждение для ацетилена неверно.

Ответ: утверждение неверно.

2) является непредельным углеводородом

Непредельные (ненасыщенные) углеводороды содержат в своих молекулах кратные связи между атомами углерода (двойные или тройные). В молекуле ацетилена ($H-C \equiv C-H$) присутствует одна тройная связь. Это делает его представителем непредельных углеводородов, для которых характерны реакции присоединения.

Ответ: утверждение верно.

3) атомы углерода в молекуле соединены двойной связью

В молекуле ацетилена два атома углерода соединены тройной связью ($C \equiv C$), а не двойной. Двойная связь ($C=C$) характерна для алкенов, например, для этена ($C_2H_4$).

Ответ: утверждение неверно.

4) вступает с водой в реакцию присоединения

Ацетилен, как непредельный углеводород, способен вступать в реакции присоединения. Реакция присоединения воды к ацетилену (гидратация) известна как реакция Кучерова. Она протекает в присутствии катализатора — солей ртути(II) в кислой среде. В результате образуется уксусный альдегид (этаналь): $C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} CH_3CHO$.

Ответ: утверждение верно.

5) сгорает с образованием углерода и водорода

Горение — это реакция окисления кислородом. При полном сгорании любого углеводорода, включая ацетилен, в избытке кислорода образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). При недостатке кислорода горение может быть неполным с образованием угарного газа ($CO$) или сажи (чистого углерода, $C$) и воды. Однако свободный водород ($H_2$) в продуктах горения углеводородов не образуется, так как атомы водорода окисляются до воды.

Ответ: утверждение неверно.

Таким образом, для ацетилена верными являются утверждения 2 и 4.

Тестовое задание на соответствие

12. Установите соответствие между названием исходного вещества и формулой продукта его полимеризации.

НАЗВАНИЕ ИСХОДНОГО ВЕЩЕСТВА

А) бутен-2

Б) изопрен

В) бутадиен-1,3

ФОРМУЛА ПРОДУКТА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

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

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

3) $\left(-\text{CH}_2-\text{CH}=\underset{\text{CH}_3}{|}{\text{C}}-\text{CH}_2-\right)_n$

4) $\left(-\underset{\text{CH}_3}{|}{\text{CH}}-\underset{\text{CH}_3}{|}{\text{CH}}-\right)_n$

А) бутен-2

Бутен-2 — это алкен с химической формулой $CH_3—CH=CH—CH_3$. Полимеризация алкенов происходит за счет разрыва $\pi$-связи в двойной связи $C=C$ и образования новых $\sigma$-связей между мономерными звеньями. В результате полимеризации бутена-2 образуется полимер, структурное звено которого имеет вид $—CH(CH_3)—CH(CH_3)—$.

Уравнение реакции полимеризации:

$n(CH_3—CH=CH—CH_3) \xrightarrow{t, p, kat} (—CH(CH_3)—CH(CH_3)—)_n$

Эта формула соответствует варианту ответа под номером 4.

Ответ: 4

Б) изопрен

Изопрен — это тривиальное название 2-метилбутадиена-1,3, его химическая формула $CH_2=C(CH_3)—CH=CH_2$. Это сопряженный диен. Основным типом полимеризации для сопряженных диенов является 1,4-присоединение. В ходе этой реакции происходит разрыв двойных связей по краям молекулы (в положениях 1 и 4), а между атомами углерода в центре (положения 2 и 3) образуется новая двойная связь. Метильная группа остается у второго атома углерода.

Уравнение реакции 1,4-полимеризации:

$n(CH_2=C(CH_3)—CH=CH_2) \xrightarrow{kat} (—CH_2—C(CH_3)=CH—CH_2—)_n$

Полученный полимер — полиизопрен. Среди предложенных вариантов, формула под номером 3, $(—CH_2—CH=C(CH_3)—CH_2—)_n$, имеет тот же атомный состав ($C_5H_8$) и общую структуру (четырехуглеродная цепь с одной двойной связью и одной метильной группой), что и полиизопрен. Несмотря на вероятную опечатку в положении двойной связи и метильной группы в приведенной формуле, по методу исключения это единственный подходящий вариант, так как остальные не соответствуют полимеру изопрена по составу.

Ответ: 3

В) бутадиен-1,3

Бутадиен-1,3 (дивинил) — это сопряженный диен с химической формулой $CH_2=CH—CH=CH_2$. Его полимеризация, как и у изопрена, протекает по механизму 1,4-присоединения. Двойные связи $C_1=C_2$ и $C_3=C_4$ разрываются, а между атомами $C_2$ и $C_3$ образуется новая двойная связь, в то время как атомы $C_1$ и $C_4$ присоединяются к соседним мономерным звеньям.

Уравнение реакции 1,4-полимеризации:

$n(CH_2=CH—CH=CH_2) \xrightarrow{kat} (—CH_2—CH=CH—CH_2—)_n$

Продуктом является полибутадиен. Его структурное звено в точности совпадает с формулой, приведенной под номером 2.

Ответ: 2