План ответа:
- Высокомолекулярные соединения, их виды (примеры).
- Состав и строение полимеров на примере полиэтилена и синтетического каучука.
- Свойства.
- Синтез.
- Использование высокомолекулярных соединений.
Высокомолекулярные соединения (ВМС) – органические вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся структурных звеньев. Их иначе называют полимерами.
Мономер и структурное звено полимера одинаковы по составу, но различны по строению.
СН2=СН2 -СН2-СН2-
мономер структурное звено
В молекуле этилена имеются двойные связи, в структурном звене этилена она отсутствует.
Степень полимеризации – число n, показывает в формуле полимера, сколько молекул мономера соединяются в макромолекулу (-СН2-СН2-)n
ВМС бывают:
- Природного происхождения – каучук, полисахариды (крахмал, целлюлоза), белки, нуклеиновые кислоты.
- Синтетические – каучуки (бутадиеновый, бутадиен-стирольный, изопреновый и т.д.), волокна, пластмассы.
Геометрическая форма молекул полимеров:
линейная – структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим (полиэтилен);
разветвлённая (крахмал)
пространственная: линейные молекулы соединены между собой химическими связями (резина).
Свойства
Полиэтилена (-СН2-СН2-)n: твёрдый, белый, размягчается при нагревании, горит, химически устойчив к действию кислот, окислителей, щелочей (т.к. в его молекуле прочные одинарные сигма-связи); в зависимости от условий получения имеет различную структуру – линейную (полученную при низком давлении) и разветвлённую (полученную при высоком давлении), а следовательно, разные свойства.
Синтетического каучука(СК) зависят от пространственного строения. В настоящее время производят много различных видов СК, каждый из которых имеет свои преимущества в определённой области применения. Например, для изготовления автомобильных шин особенно пригоден бутадиен-стирольный каучук из-за своей износостойкости (прочности при истирании), которая даже выше чем у натурального каучука.
Реакции лежащие в основе получения полиэтилена и бутадиенового каучука
кат.
1) nСН2═СН2→ (―СН2―СН2―)n
этилен полиэтилен
2) nCH2═ CH―СН═СН2 → (-CH2-CH―СН-СН2-)n
Примеры экзаменационных задач.
Вычисление количества продукта реакции, если известно количество вещества или масса одного из исходных продуктов.
Задача. Какое количество вещества гидроксида натрия образуется при взаимодействии 0,5 моль натрия с водой?
Решение: 0,5 моль Х моль
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
2 моль 2моль
1) 0,5 моль ------------Х моль
2 моль ------------ 2 моль
Х= 0,5моль ·2 моль/2 моль=0,5 моль
Ответ: образуется 0,5 моль гидроксида натрия.
Вычисление массы вступившего в реакцию вещества, если известно количество вещества или масса второго из исходных продуктов.
Задача. Какая масса алюминия потребуется для полного замещения водорода в 25г серной кислоты?
Х 25г
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2
2 моль 3 моль
54 г/моль 294 г/моль
1) Mr (Al)=27
M (Al)=2 моль· 27=54 г/моль
Mr (H2SO4)=2+32+16·4=98
M (H2SO4)=3 моль·98=294г/моль
2) Х-----------------25г
54г/моль--------294 г/моль
Х=(25г·54 г/моль)/294 г/моль= 4,6г
Ответ: m (Al)= 4,6г.
Вычисление массы образующегося вещества по известному количеству вещества одного из исходных продуктов.
Задача. Рассчитайте, какую массу меди можно получить, если 0,4 моль оксида меди(II) нагревали до окончания реакции в избытке водорода.
Решение:
0,4 моль Х
CuO + H2= Cu + H2O
1 моль 1 моль
1) Mr(Cu)=63
M(Cu)= 1 моль ·63=63 г/моль
2) 0,4 моль---------Х
1моль------------1моль Х=0,4 моль ν(Cu)=0,4 моль
3) m = ν · М
m (Cu)= 0,4 моль· 63 г/моль= 25,2г.
Ответ: m (Cu)= 25,2г.
Вычисление массы продукта реакции, если известно количество вещества или масса одного из исходных продуктов.
Задача. Какое количество ацетата натрия образуется при взаимодействии 17г уксусной кислоты с гидроксидом натрия?
Решение:
17г Х
СН3СООН + NaOH= СН3СООNa + НОН
1 моль 1 моль
60 г/моль 82 г\моль
1) Mr (СН3СООН)=12+3+12+16+16+1=60
M (СН3СООН) =1моль ·60=60 г/моль
Mr (СН3СООNa)=12+3+12+16+16+23=82
Mr (СН3СООNa)= 1моль· 82=82 г/моль
2) 17г-------------------Х
60 г/моль------------82г/моль
Х= (17г · 82 г/моль) / 60 г/моль= 23,2 г
m (СН3СООNa)=23,2г.
3) ν = m/М
ν (СН3СООNa)= 23,2г /82 г/моль=0,3 моль
Ответ: ν (СН3СООNa)= 0,3 моль.
Вычисление объёма газа, необходимого для реакции с определённым объёмом другого газа.
Задача. Какой объём метана нужно сжечь в воздухе объёмом 40л (н.у.), чтобы получить оксид углерода (IV)?
Решение:
Х 8л
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
1 литр 2 литра
1) V(O2)=V(возд)· ω (О2)
V(O2)= 40л · 0,2= 8л
2) 1л.-------------2л Х=4л
Х ------------- 8л
Ответ: нужно сжечь 4литра метана.
Вычисление массы исходного вещества, если известен практический выход продукта и указана массовая доля его (в процентах) от теоретически возможного выхода.
Задача. При восстановлении нитробензола получено 15 г. анилина. Что составило 90% от теоретически возможного выхода. Определите массу нитробензола вступившего в реакцию.
Решение:
Х 16,7г
С6Н5NO2 + 6Н = С6Н5NН2 + 2НОН
1 моль 1 моль
123г/моль 93 г/моль
1) Mr (С6Н5NO2)= 12· 6+5+14+16·2=123
M (С6Н5NO2) = 1моль · 123=123 г/моль
Mr (С6Н5NН2) = 12· 6+5+14+2=93
M (С6Н5NН2) = 1моль · 93 =93 г/моль
2) ω = (mпрак / mтеор) · 100%
mтеор= (mпракт · 100%) / 100%
mтеор (С6Н5NН2 ) = (15г · 100%) / 90%=16,7г.
3) Х-------------16,7г
123 г/моль---93 г/моль
Х= (123 г/моль · 16,7г) /93 г/моль=22,1г
Ответ: в реакцию вступила 22,1 г нитробензола.
Вычисление массы одного из исходных органических веществ по известному количеству вещества продукта реакции.
Задача. Какая масса уксусной кислоты израсходуется на получение 0,6 моль этилового эфира уксусной кислоты?
Решение:
Х 0,6 моль
СН3СООН +С2Н5ОН= СН3СООС2Н5+НОН
1 моль 1моль
60 г/моль
1) Mr (СН3СООН)=12+3+12+16+16+1=60
M (СН3СООН)=1моль ·60=60 г/моль
2) Найдём, какое количество уксусной кислоты вступило в реакцию (Х).
Х------------------0,6 моль
1 моль-----------1 моль Х=0,6 моль
3) m(СН3СООН)= ν · М = 0,6 моль · 60 г/моль=36г.
Ответ: израсходуется 36г уксусной кислоты.
8. Вычисление количества вещества или массы одного из продуктов реакции по данным об исходных веществах, одно из которых взято в избытке.
Задача. Какая масса осадка образуется, если пропускать оксид углерода (IV) объёмом 280 мл через раствор, содержащий 2,4г гидроксида бария?
Решение:
2,4г 0,28л Х
Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3↓ + H2O
1 моль 1 моль 1 моль
171г/моль 22,4л/моль 197г/моль
1) Mr (Ba(OH)2)=137+(16 + 1) · 2 = 171
M (Ba(OH)2)= 1 моль · 171 = 171 г/ моль.
Vm (CO2) = 22,4 л/моль
Mr (BaСO3)=137+ 12 + 16 · 3 = 197
M (BaСO3)=1 моль · 197 = 197 г/моль
2) Найдём количество реагирующих веществ
ν (Ba(OH)2) = m (Ba(OH)2) / М (Ba(OH)2) =
2,4г / 171г/моль = 0,014 (моль)
ν (СO2) = m (СО2) / М (СO2) = 0,28л / 22,4л/моль = 0,0125 (моль)
3) По уравнению 1 моль углекислого газа реагирует с 1 моль гидроксида бария, значит 0,0125 моль (CO2) должно реагировать с таким же количеством Ba(OH)2. Следовательно, гидроксид бария взят в избытке, и расчёт ведём по (CO2).
1 моль (CO2) образует 1 моль (BaСО3)
0,0125 моль (CO2)----------Х (BaСО3)
Х = 0,0125 моль (BaСО3)
4) m (BaСО3) = ν (BaСО3) · М (BaСО3) = 0,0125 моль · 197 г/моль = 2,46г.
Ответ: образуется 2,46г осадка карбоната бария.