Синтетические высокомолекулярные соединения: строение, свойства, значение данных соединений в жизни человека

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 = (m_прак/ m_теор) · 100%

m_теор= (m_практ · 100%) / 100%

m_теор(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.

V_m(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.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: