Номер 346, страница 84 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

346. Какое тривиальное название имеет вещество, структурная формула которого $CH_2=CHCl$? Как получить это вещество из ацетилена? Приведите уравнение реакции.

Запишите уравнение реакции полимеризации данного вещества. Какую массу полимера можно получить из ацетилена объемом $1$ $м^3$ (н. у.), если выход продукта реакции на первой стадии составил $80$ %, а на стадии полимеризации потери равны $35$ %? Чему равна степень полимеризации, если средняя молярная масса полученного полимера составила $37375$ г/моль?

Какое тривиальное название имеет вещество, структурная формула которого CH₂=CHCl? Как получить это вещество из ацетилена? Приведите уравнение реакции.

Вещество со структурной формулой $CH_2=CHCl$ имеет тривиальное название винилхлорид (систематическое название - хлорэтен). Это вещество можно получить из ацетилена ($C_2H_2$) реакцией гидрохлорирования — присоединением хлороводорода ($HCl$) к ацетилену по тройной связи. Реакция обычно протекает в присутствии катализатора, например, хлорида ртути(II) на активированном угле.

Уравнение реакции:

$HC \equiv CH + HCl \xrightarrow{HgCl_2, 150-200^{\circ}C} CH_2=CHCl$

Ответ: Тривиальное название вещества – винилхлорид. Его получают путем гидрохлорирования ацетилена. Уравнение реакции: $HC \equiv CH + HCl \rightarrow CH_2=CHCl$.

Запишите уравнение реакции полимеризации данного вещества. Какую массу полимера можно получить из ацетилена объемом 1 м³ (н. у.), если выход продукта реакции на первой стадии составил 80 %, а на стадии полимеризации потери равны 35 %? Чему равна степень полимеризации, если средняя молярная масса полученного полимера составила 37375 г/моль?

Уравнение реакции полимеризации винилхлорида с образованием поливинилхлорида (ПВХ):

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

Дано:

$V(C_2H_2) = 1 \, \text{м}^3$ (н. у.)
$\eta_1 = 80\%$
Потери на стадии полимеризации = 35%
$\bar{M}(\text{полимера}) = 37375 \, \text{г/моль}$

$V(C_2H_2) = 1 \, \text{м}^3 = 1000 \, \text{л}$
$\eta_1 = 80\% = 0.8$
Выход на стадии полимеризации $\eta_2 = 100\% - 35\% = 65\% = 0.65$
Молярный объем газа при н.у. $V_m = 22.4 \, \text{л/моль}$

Найти:

$m(\text{полимера}) - ?$
$n - ?$

Решение

1. Процесс получения полимера из ацетилена включает две основные стадии:
Стадия 1: Синтез винилхлорида из ацетилена
$C_2H_2 + HCl \rightarrow C_2H_3Cl$
Стадия 2: Полимеризация винилхлорида
$n C_2H_3Cl \rightarrow (-C_2H_3Cl-)_n$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) исходного ацетилена, используя его объем при нормальных условиях.
$\nu(C_2H_2) = \frac{V(C_2H_2)}{V_m} = \frac{1000 \, \text{л}}{22.4 \, \text{л/моль}} \approx 44.643 \, \text{моль}$

3. Рассчитаем общий выход полимера, учитывая выходы на обеих стадиях. Общий выход является произведением выходов отдельных стадий.
$\eta_{общ} = \eta_1 \times \eta_2 = 0.80 \times 0.65 = 0.52$

4. Из стехиометрии уравнений следует, что из 1 моль ацетилена теоретически образуется 1 моль мономерных звеньев полимера. Рассчитаем молярную массу мономерного звена винилхлорида ($C_2H_3Cl$):
$M(C_2H_3Cl) = 2 \times A_r(C) + 3 \times A_r(H) + A_r(Cl) = 2 \times 12.01 + 3 \times 1.01 + 35.45 = 62.5 \, \text{г/моль}$

5. Найдем практическую массу полимера, которую можно получить с учетом общего выхода реакции.
Теоретически, количество вещества образовавшихся мономерных звеньев равно исходному количеству вещества ацетилена: $\nu_{теор}(\text{звеньев}) = \nu(C_2H_2)$.
Масса полимера, полученная на практике, рассчитывается по формуле:
$m(\text{полимера}) = \nu(C_2H_2) \times M(C_2H_3Cl) \times \eta_{общ}$
$m(\text{полимера}) \approx 44.643 \, \text{моль} \times 62.5 \, \text{г/моль} \times 0.52 \approx 1450.9 \, \text{г} \approx 1.45 \, \text{кг}$

6. Рассчитаем степень полимеризации ($n$). Она равна отношению средней молярной массы полимера к молярной массе мономерного звена.
$n = \frac{\bar{M}(\text{полимера})}{M(C_2H_3Cl)} = \frac{37375 \, \text{г/моль}}{62.5 \, \text{г/моль}} = 598$

Ответ: Масса полимера, которую можно получить, составляет примерно $1.45 \, \text{кг}$. Степень полимеризации равна 598.