Номер 884, страница 143 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

884. Широко используемая в быту посуда с антипригарным покрытием производится путём нанесения на поверхность посуды специального вещества — тефлона, получающегося путём полимеризации соединения, в котором массовые доли углерода и фтора соответственно равны 24,02 и 75,98 %. Относительная плотность паров этого мономера по воздуху равна 3,448. Установите формулу мономера и приведите уравнение его полимеризации.

Дано:

$w(C) = 24,02 \% = 0,2402$

$w(F) = 75,98 \% = 0,7598$

$D_{воздух}(мономера) = 3,448$

Найти:

Формулу мономера - ?

Уравнение полимеризации - ?

Решение:

1. Сначала установим простейшую (эмпирическую) формулу мономера. Пусть его формула $C_x F_y$. Соотношение индексов $x$ и $y$ в формуле равно соотношению количеств вещества (молей) атомов углерода и фтора. Примем массу образца вещества равной 100 г, тогда массы углерода и фтора будут равны их массовым долям в граммах.

Найдем соотношение количеств вещества:

$x : y = \frac{w(C)}{Ar(C)} : \frac{w(F)}{Ar(F)}$

где $Ar(C) \approx 12$ г/моль и $Ar(F) \approx 19$ г/моль – молярные массы атомов.

$x : y = \frac{24,02}{12} : \frac{75,98}{19} \approx 2,0017 : 3,999$

Чтобы получить целочисленное соотношение, разделим оба числа на наименьшее из них (2,0017):

$x : y = \frac{2,0017}{2,0017} : \frac{3,999}{2,0017} \approx 1 : 2$

Таким образом, простейшая формула соединения – $CF_2$.

2. Далее найдем истинную (молекулярную) формулу мономера. Для этого нам нужна его молярная масса. Мы можем вычислить ее, зная относительную плотность паров по воздуху ($D_{воздух}$).

Молярная масса мономера ($M_{мономера}$) связана с относительной плотностью по воздуху и средней молярной массой воздуха ($M_{воздух} \approx 29$ г/моль) следующим образом:

$M_{мономера} = D_{воздух} \times M_{воздух}$

$M_{мономера} = 3,448 \times 29 \text{ г/моль} \approx 99,992 \text{ г/моль} \approx 100$ г/моль.

3. Теперь вычислим молярную массу для простейшей формулы $CF_2$:

$M(CF_2) = Ar(C) + 2 \times Ar(F) = 12 + 2 \times 19 = 50$ г/моль.

4. Сравним молярную массу истинной формулы с молярной массой простейшей, чтобы найти, во сколько раз истинная формула "больше" простейшей:

$n = \frac{M_{мономера}}{M(CF_2)} = \frac{100 \text{ г/моль}}{50 \text{ г/моль}} = 2$

Это означает, что истинная формула содержит в 2 раза больше атомов, чем простейшая. Истинная формула: $(CF_2)_2 = C_2F_4$.

Данное соединение – тетрафторэтен (также известный как тетрафторэтилен).

5. Напишем уравнение полимеризации тетрафторэтена. В процессе полимеризации множество молекул мономера ($C_2F_4$, структурная формула $CF_2=CF_2$) соединяются друг с другом за счет разрыва двойной связи, образуя длинную полимерную цепь.

$n CF_2=CF_2 \xrightarrow{t, p, cat.} (-CF_2-CF_2-)_n$

Полученный полимер называется политетрафторэтилен (ПТФЭ), или тефлон.

Ответ:

Молекулярная формула мономера – $C_2F_4$ (тетрафторэтен). Уравнение его полимеризации: $n CF_2=CF_2 \xrightarrow{t, p, cat.} (-CF_2-CF_2-)_n$.