Номер 2, страница 186 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 8. Первоначальные представления об органических веществах. Параграф 53. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды. Подумай, ответь, выполни... - номер 2, страница 186.

Условие.

2. Охарактеризуйте свойства этилена и его применение. Где используют полиэтилен и полипропилен?

Решение.

Решение 2.

Свойства этилена и его применение

Этилен (по международной номенклатуре — этен) — это органическое соединение, относящееся к классу алкенов (ненасыщенных углеводородов). Его химическая формула — $C_2H_4$, а структурная формула — $CH_2=CH_2$.

Физические свойства этилена:

• В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ.
• Обладает слабым, едва уловимым сладковатым запахом.
• Практически нерастворим в воде, но хорошо растворяется во многих органических растворителях (например, в спирте, эфире).
• Немного легче воздуха (молярная масса этилена составляет 28,05 г/моль, в то время как средняя молярная масса воздуха — около 29 г/моль).
• Температура кипения: $-103.7 \degree C$.
• Температура плавления: $-169.2 \degree C$.

Химические свойства этилена:

Высокая химическая активность этилена обусловлена наличием в его молекуле двойной связи $C=C$. Одна из связей (π-связь) является менее прочной и легко разрывается, что делает этилен склонным к реакциям присоединения, окисления и полимеризации.

• Реакции присоединения. Происходят по месту разрыва двойной связи.
  • Гидрирование (присоединение водорода) с образованием этана: $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{t, p, Ni/Pt} CH_3-CH_3$.
  • Галогенирование (присоединение галогенов). Например, с бромной водой, что является качественной реакцией на ненасыщенные соединения (происходит обесцвечивание раствора): $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$ (1,2-дибромэтан).
  • Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов): $CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2Br$ (бромэтан).
  • Гидратация (присоединение воды) в присутствии катализатора (фосфорной кислоты) приводит к образованию этанола. Это важный промышленный метод его получения: $CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t, p} C_2H_5OH$.
• Реакции окисления.
  • Горение на воздухе или в кислороде. Этилен горит светящимся пламенем, образуя углекислый газ и воду: $C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$.
  • Мягкое окисление (реакция Вагнера). При взаимодействии с холодным водным раствором перманганата калия $KMnO_4$ происходит его обесцвечивание и образование двухатомного спирта — этиленгликоля: $3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$.
• Реакция полимеризации. Это ключевое свойство этилена, лежащее в основе производства полиэтилена. Молекулы этилена (мономеры) соединяются в длинные макромолекулярные цепи (полимер): $nCH_2=CH_2 \xrightarrow{t, p, кат.} (-CH_2-CH_2-)_n$.

Применение этилена:

• Самое масштабное применение — синтез полиэтилена, самого распространенного в мире пластика.
• Промышленное производство этилового спирта (этанола) методом гидратации.
• Получение этиленгликоля, который используется в производстве антифризов и синтетического волокна лавсана (полиэтилентерефталата).
• Синтез винилхлорида — мономера для получения поливинилхлорида (ПВХ).
• Производство стирола (через алкилирование бензола этиленом) для последующего получения полистирола.
• В сельском хозяйстве этилен применяют как фитогормон для ускорения созревания собранных плодов (томатов, бананов, цитрусовых).

Ответ: Этилен — это бесцветный газ ($C_2H_4$), химически активный из-за наличия двойной связи. Он вступает в реакции присоединения (с $H_2, Br_2, H_2O$), окисления (горение, реакция Вагнера) и, что самое важное, полимеризации. Основное применение этилена — это сырье для химической промышленности, в частности для производства полиэтилена, этанола, этиленгликоля, винилхлорида. Также используется для ускорения созревания плодов.

Где используют полиэтилен и полипропилен?

Полиэтилен и полипропилен являются термопластичными полимерами (пластмассами), получаемыми из этилена и пропилена соответственно. Благодаря своим ценным свойствам и низкой стоимости они нашли широчайшее применение в различных отраслях.

Применение полиэтилена $(-CH_2-CH_2-)_n$:

Полиэтилен — эластичный, прочный, химически стойкий материал с отличными диэлектрическими свойствами. В зависимости от условий синтеза получают полиэтилен с разными свойствами (например, ПЭНД — твердый и прочный, ПЭВД — более гибкий).

• Упаковка: производство всевозможных пленок (упаковочных, парниковых), пакетов-маек, мешков для мусора.
• Тара: изготовление бутылок, канистр, бочек, контейнеров для пищевых продуктов и бытовой химии.
• Трубы: производство напорных труб для систем холодного водоснабжения и газопроводов, а также канализационных и дренажных труб.
• Электротехника: изоляция электрических кабелей и проводов.
• Товары бытового назначения: детские игрушки, посуда, ведра, тазы.
• Медицина: используется в эндопротезировании для создания частей искусственных суставов.

Применение полипропилена $(-CH(CH_3)-CH_2-)_n$:

Полипропилен отличается от полиэтилена большей твердостью, износостойкостью и термостойкостью (выдерживает кипячение), а также устойчивостью к многократным изгибам.

• Упаковка: производство жесткой тары, в том числе для горячих продуктов (контейнеры для еды с возможностью разогрева в СВЧ-печи), стаканчиков для йогуртов, крышек для бутылок.
• Автомобилестроение: изготовление бамперов, деталей интерьера (приборных панелей), корпусов фар и аккумуляторов.
• Волокна: производство ковровых покрытий, веревок, шпагатов, а также нетканых материалов (спанбонд), из которых делают одноразовую медицинскую одежду, маски, геотекстиль.
• Строительство и сантехника: трубы для систем горячего водоснабжения и отопления, фитинги, детали вентиляционных систем.
• Бытовая техника: корпуса чайников, пылесосов, детали холодильников и стиральных машин.
• Медицинские изделия: одноразовые шприцы, лабораторная посуда, контейнеры для анализов, так как он легко стерилизуется.

Ответ: Полиэтилен в основном используется для производства пленок, пакетов, бутылок, канистр и труб для холодной воды. Полипропилен, будучи более прочным и термостойким, применяется в автомобилестроении, для производства труб горячего водоснабжения, волокон для ковров и нетканых материалов, пищевых контейнеров для горячих блюд и стерилизуемых медицинских изделий, таких как шприцы.