Номер 7, страница 98 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

7*. Один из видов синтетических каучуков — бутилкаучук — характеризуется такими ценными свойствами, как высокая эластичность, химическая стойкость, газонепроницаемость. Он используется для изготовления автомобильных камер, мембран, прорезиненных тканей, электроизоляционных материалов и др. Бутилкаучук синтезируют путём совместной полимеризации 2-метилпропена (изобутилена) и изопрена. Макромолекулы бутилкаучука содержат звенья обоих мономеров.

a) Напишите структурные формулы мономерных звеньев бутилкаучука.

б) Бутилкаучук массой 26,22 г может обесцветить 48 г 5%-го раствора брома в $\text{CCl}_4$. Рассчитайте, сколько мономерных звеньев изобутилена приходится на одно мономерное звено изопрена в бутилкаучуке.

а) Бутилкаучук является сополимером 2-метилпропена (изобутилена) и изопрена (2-метилбута-1,3-диена). В процессе полимеризации мономеры образуют соответствующие мономерные звенья в макромолекуле.

Структурная формула мономерного звена, образованного из 2-метилпропена (изобутилена):

$ \begin{pmatrix} \phantom{..}\text{CH}_3\phantom{..} \\ | \phantom{....} \\ \text{—CH}_2\text{—C—} \\ | \phantom{....} \\ \phantom{..}\text{CH}_3\phantom{..} \\ \end{pmatrix} $

Структурная формула мономерного звена, образованного из изопрена (в результате 1,4-присоединения):

$ \begin{pmatrix} \phantom{........}\text{CH}_3\phantom{..} \\ \phantom{.........}| \phantom{....} \\ \text{—CH}_2\text{—C=CH—CH}_2\text{—} \\ \end{pmatrix} $

Ответ: Мономерное звено изобутилена: $-(\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)_2)-$. Мономерное звено изопрена: $-(\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)=\text{CH}-\text{CH}_2)-$.

б) Дано:

$m(\text{каучука}) = 26,22 \text{ г}$
$m(\text{р-ра } Br_2) = 48 \text{ г}$
$\omega(Br_2) = 5\% = 0,05$

Найти:

Соотношение звеньев $\frac{n(\text{изобутилена})}{n(\text{изопрена})}$

Решение:

Бутилкаучук представляет собой сополимер изобутилена $(C_4H_8)$ и изопрена $(C_5H_8)$. Общая формула может быть записана как $[-C_4H_8-]_x-[-C_5H_8-]_y$.

Из двух типов мономерных звеньев только звено изопрена содержит двойную связь и способно реагировать с бромом. Звено изобутилена является насыщенным и с бромом не взаимодействует. Реакция присоединения брома к звену изопрена протекает в мольном соотношении 1:1.

Уравнение реакции:

$-(\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)=\text{CH}-\text{CH}_2)- + Br_2 \rightarrow -(\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)Br-\text{CH}Br-\text{CH}_2)-$

1. Рассчитаем массу чистого брома, вступившего в реакцию:

$m(Br_2) = m(\text{р-ра } Br_2) \cdot \omega(Br_2) = 48 \text{ г} \cdot 0,05 = 2,4 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества брома. Молярная масса брома $M(Br_2) = 2 \cdot 80 = 160 \text{ г/моль}$.

$n(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{2,4 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,015 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, количество вещества прореагировавшего брома равно количеству вещества мономерных звеньев изопрена в образце каучука:

$n(\text{звеньев изопрена}) = n(Br_2) = 0,015 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу, которую составляют звенья изопрена в образце каучука. Молярная масса звена изопрена $(C_5H_8)$ равна $M(C_5H_8) = 5 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 68 \text{ г/моль}$.

$m(\text{звеньев изопрена}) = n(\text{звеньев изопрена}) \cdot M(C_5H_8) = 0,015 \text{ моль} \cdot 68 \text{ г/моль} = 1,02 \text{ г}$

5. Найдем массу звеньев изобутилена в образце:

$m(\text{звеньев изобутилена}) = m(\text{каучука}) - m(\text{звеньев изопрена}) = 26,22 \text{ г} - 1,02 \text{ г} = 25,2 \text{ г}$

6. Рассчитаем количество вещества звеньев изобутилена. Молярная масса звена изобутилена $(C_4H_8)$ равна $M(C_4H_8) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 56 \text{ г/моль}$.

$n(\text{звеньев изобутилена}) = \frac{m(\text{звеньев изобутилена})}{M(C_4H_8)} = \frac{25,2 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,45 \text{ моль}$

7. Найдем искомое соотношение количества мономерных звеньев изобутилена к количеству звеньев изопрена:

$\frac{n(\text{звеньев изобутилена})}{n(\text{звеньев изопрена})} = \frac{0,45 \text{ моль}}{0,015 \text{ моль}} = 30$

Таким образом, на одно мономерное звено изопрена приходится 30 мономерных звеньев изобутилена.

Ответ: На одно мономерное звено изопрена приходится 30 мономерных звеньев изобутилена.