Номер 261, страница 64 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

261. Осуществите схему превращений:

$C_2 H_5 Cl \xrightarrow{\text{KOH (спирт.)}} X \xrightarrow{\text{полимеризация}} Y$

a) Какую массу продукта $Y$ можно получить по указанной схеме превращений из хлорэтана массой 258 г?

б) Средняя молярная масса $Y$ равна 8400 г/моль, определите степень полимеризации.

Сначала запишем уравнения реакций, описанных в схеме превращений:

1. Первая стадия — это дегидрогалогенирование хлорэтана ($C_2H_5Cl$) при нагревании со спиртовым раствором гидроксида калия ($KOH$). В результате этой реакции отщепляется молекула хлороводорода ($HCl$) и образуется алкен — этен (вещество X).

$C_2H_5Cl + KOH \xrightarrow{спирт, t} CH_2=CH_2 \uparrow + KCl + H_2O$

Таким образом, вещество X — это этен ($C_2H_4$).

2. Вторая стадия — это реакция полимеризации этена. Молекулы этена (мономеры) соединяются друг с другом, образуя длинную полимерную цепь — полиэтилен (вещество Y).

$n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{катализатор, p, t} (-CH_2-CH_2-)_n$

Таким образом, вещество Y — это полиэтилен ($(C_2H_4)_n$).

а) Какую массу продукта Y можно получить по указанной схеме превращений из хлорэтана массой 258 г?

Дано:

$m(C_2H_5Cl) = 258 \text{ г}$

Найти:

$m(Y) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем молярные массы хлорэтана ($C_2H_5Cl$) и этена ($C_2H_4$), который является мономерным звеном полиэтилена (Y). Атомные массы: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(Cl)=35.5$.

$M(C_2H_5Cl) = 2 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 35.5 = 64.5 \text{ г/моль}$

$M(C_2H_4) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28 \text{ г/моль}$

2. Найдем количество вещества (моль) хлорэтана, вступившего в реакцию.

$\nu(C_2H_5Cl) = \frac{m(C_2H_5Cl)}{M(C_2H_5Cl)} = \frac{258 \text{ г}}{64.5 \text{ г/моль}} = 4 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции дегидрогалогенирования, из 1 моль хлорэтана образуется 1 моль этена. Следовательно, количество вещества образовавшегося этена равно количеству вещества исходного хлорэтана.

$\nu(C_2H_4) = \nu(C_2H_5Cl) = 4 \text{ моль}$

4. В реакции полимеризации масса мономера (этена) полностью переходит в массу полимера (полиэтилена) в соответствии с законом сохранения массы. Поэтому масса продукта Y равна массе этена, из которого он был получен.

$m(Y) = m(C_2H_4) = \nu(C_2H_4) \cdot M(C_2H_4) = 4 \text{ моль} \cdot 28 \text{ г/моль} = 112 \text{ г}$

Ответ: масса продукта Y (полиэтилена), которую можно получить, составляет 112 г.

б) Средняя молярная масса Y равна 8400 г/моль, определите степень полимеризации.

Дано:

$\bar{M}(Y) = 8400 \text{ г/моль}$

Найти:

$n - ?$

Решение:

Продукт Y — это полиэтилен с общей формулой $(-CH_2-CH_2-)_n$.

Степень полимеризации ($n$) показывает, сколько мономерных звеньев $(-CH_2-CH_2-)$ содержится в одной макромолекуле полимера. Её можно рассчитать как отношение средней молярной массы полимера к молярной массе одного мономерного звена.

1. Молярная масса мономерного звена ($C_2H_4$) была рассчитана в предыдущем пункте:

$M(C_2H_4) = 28 \text{ г/моль}$

2. Рассчитаем степень полимеризации $n$:

$n = \frac{\bar{M}(Y)}{M(C_2H_4)}$

$n = \frac{8400 \text{ г/моль}}{28 \text{ г/моль}} = 300$

Ответ: степень полимеризации равна 300.