Высокомолекулярные соединения

341. Напишите уравнения реакции полимеризации изомеров бутилена, структура которых выражается формулами СН₂=СН-СН₂- СН₃ и СН₃-СН=СН- СН₃.

342. Напишите уравнение реакции получения политетрофторэтилена (фторпласта-4) и определите среднюю молекулярную массу полимера, если степень полимеризации равна 1200.

343. Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена. Представьте изотактическую и атактическую структуры полимеров.

344.Напишите уравнение реакции поликонденсации муравьиного альдегида с карбамидом.

345. Составьте уравнения реакции получения этилакрилата, если в качестве исходных соединений взять акриловую кислоту и этиловый спирт. Составьте схему полимеризации этилакрилата.

346. Волокно энант получают поликонденсацией аминоэнантовой кислоты (седьмой член гомологического ряда). Напишите уравнение реакции получения этого полимера.

347. Напишите уравнение реакции и поликонденсации 3 моль карбамида и 2 моль уксусного альдегида.

348. Напишите уравнения реакции получения глифталевой смолы, если в реакции поликонденсации участвуют 1 моль ортофталевой кислоты и 2 моль глицерина.

349. Напишите уравнение полимеризации вещества, получаемого при взаимодействии этилакриловой кислоты и пропилового спирта.

350. Напишите схему поликонденсации муравьиного альдегида с фенолом. Чем отличаются друг от друга получаемые при этом смолы: новолак, резол и резит?

351. Напишите уравнения реакции получения волокна «лавсан», если в реакции поликонденсации вступают 2 моль терефталевой кислоты и 1 моль этиленгликоля.

352. Напишите схему сополимера стирола и акрилонитрила, считая, что образуется полимер с регулярным чередованием мономерных звеньев в соотношении 1:1.

353. Составьте схему сополимеризации 2 моль бутилена и 3 моль стирола.

354. Составьте уравнения реакций получения полисилоксана, если в качестве исходных веществ взять хлористый метил и кремний.

355. Составьте уравнения реакции получения полисилоксана, если в качестве исходных веществ взять четыреххлористый кремний и метилат натрия.

356. Исходя из ацетилена, получите акрилонитрил и составьте схему сополимеризации акрилонитрила и бутадиена.

357. Напишите схему полимеризации окиси этилена.

358. Напишите схему полимеризации акролеина, исходя из пропана.

359. Напишите схему полимеризации метилвинилкетона. В качестве исходных соединений используйте муравьиный альдегид и ацетон.

360. Составьте схему поликонденсации акролеина и карбамида.

 

Примеры решения задач контрольной работы

Пример 1. Найти массы воды и медного купороса CuSO₄ · 5Н₂О, необходимые для приготовления одного литра раствора, содержащего 8 % (масс.) безводной соли. Плотность 8 % раствора CuSO₄ равна 1,084 г/мл.

Решение. Масса 1 л полученного раствора будет составлять 1,084 · 1000 = 1084 г. В этом растворе должно содержаться 8 % безводной соли, т.е. 1084 · 0,08 = 86,7 г. Массу CuSO₄ · 5Н₂О (мольная масса 249,7 г/моль), содержащую 86,7 г безводной соли ( мольная масса 159,6 г/моль), найдем из пропорции

249,7 : 159,6 = х : 86,7; х = 249,7 · 86,7 / 159,6 = 135,6 г.

Необходимая для приготовления раствора масса воды составит 1084 – 135,6 = 948,4 г.

Пример 2. Рассчитать, при какой температуре должен кристаллизоваться раствор, содержащий в250 г воды 54 г глюкозы С₆Н₁₂О₆.

Решение. При перерасчете на 1000 г Н₂О содержание глюкозы в растворе равно 216 г. Поскольку мольная масса глюкозы составляет 180 г/моль, то моляльность раствора равна m = 216 /180 = 1,20 моля на 1000 г Н₂О.

По формуле ∆t_крист = Кm находим: ∆t_крист = 1,86 · 1,20 = 2,23 К. Следовательно, раствор будет кристаллизоваться при – 2,23^оС.

Пример 3. Составить уравнение реакции восстановления оксида железа (Ш) углем. Реакция происходит по схеме:

Fe₂ О₃ + С → Fe + СО.

Решение. Железо восстанавливается, понижая степень окисления от + 3 до 0; углерод окисляется, его степень окисления повышается от 0 до + 2. Составим схемы этих процессов, указывая степень окисления элементов римскими цифрами (в отличие от зарядов ионов):

Fe+III+3e-=Fe0 C0=C+II+2e-

2 3.

Отношение чисел электронов, участвующих в восстановлении и окислении, равно 3 : 2. Следовательно, в реакции каждые два атома железа восстанавливаются тремя атомами углерода. Окончательно получаем:

Fe₂ О₃ + 3 С = 2 Fe + 3 СО_.

Пример 4. Какой подуровень заполняется в атоме электронами после запол­нения подуровня 4р?

Решение. Подуровню 4р отвечает сумма п + l, равная 4 + 1 = 5. Такой же суммой n + l характеризуются подуровни 3d (3 + 2 = 5) и 5s (5 + 0 = 5). Однако состоянию 3d отвечает меньшее значение п (п = 3), чем состоянию 4р; поэтому подуровень 3d будет заполняться раньше, чем подуровень 4р. Следовательно, после заполнения подуровня 4р будет заполняться подуровень 5s, которому отвечает на единицу большее значение п (п = 5).

Пример 5. Объяснить механизм образования молекулы SiF₄ и иона SiF . Может ли существовать ион CF ?

Решение. Электронная конфигурации атома кремния 1s²2s²2p⁶3s²3p². Электронное строение его валентных орбиталей в невозбужденном состоянии может быть представлено следующей графической схемой:

При возбуждении атом кремния переходит в состояние 1s²2s²2p⁶3s¹3p³, а электронное строение его валентных орбиталей соответствует схеме:

Четыре неспаренных электрона возбужденного атома могут участвовать в образовании четырех ковалентных связей по обычному механизму с атомами фтора (1s²2s²2p⁵), имеющими по одному неспаренному электрону, с образованием молекулы SiF₄.

Для образования иона SiF к молекуле SiF₄ должны присоединяться два иона F^– (1s²2s²2p⁶), все валентные электроны которых спарены. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счет пары электронов каждого из фторид-ионов и двух вакантных 3d-орбиталей атома кремния.

Углерод (1s²2s²2p²) может образовать, подобно кремнию, соединение CF₄, но при этом валентные возможности углерода будут исчерпаны (нет неспаренных электронов, неподеленных пар электронов и вакантных орбиталей на валентном уровне). Ион CF образоваться не может.

Пример 6. Радиусы ионов Na⁺ и Cu⁺ одинаковы (0,098 нм). Объяснить различие температур плавления хлорида натрия (801ºС) и хлорида меди (I) (430ºС).

Решение. При одинаковых зарядах и размерах ионов Na⁺ и Cu⁺ различие в их поляризующем действии определяется особенностями их электронного строения. Ион Cu⁺ имеет 18-электронную внешнюю оболочку и более сильно поляризует анион Cl^-, чем ион Na⁺, обладающий благородногазовой электронной структурой. Поэтому в хлориде меди (I) в результате с аниона на катион переносится более значительная часть электронного заряда, чем в хлориде натрия. Эффективные заряды ионов в кристалле CuCl оказываются меньшими, чем в кристалле NaCl, а электростатическое взаимодействие между ними – более слабым. Этим и объясняется более низкая температура плавления CuCl в сравнении с NaCl, кристаллическая решетка которого близка к чисто ионному типу.

Пример 7. Ниже приведены температуры кипения (в К) благородных газов:

He Ne Ar Kr Xe Rn

4,3 27,2 87,3 119,9 165,0 211,2

Чем объясняется повышение температуры кипения с возрастанием порядкового номера благородного газа?

Решение. С ростом порядкового номера благородных газов увеличиваются размеры их атомов при сохранении аналогичной структуры внешнего электронного слоя атома. Поэтому поляризуемость атомов возрастает, вследствие чего возрастают и силы дисперсионного взаимодействия между ними; отрыв атомов друг от друга, происходящий при переходе вещества из жидкого в газообразное состояние, требует все большей затраты энергии. Это и приводит к повышению температуры кипения.

Пример 8. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погру­женного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца. Вычислить э. д. с. элемента, написать уравнения электродных процессов, составить схему элемента.

Решение. Чтобы определить ЭДС элемента, необходимо вычислить элек­тродные потенциалы. Для этого в табл. 9 приложения находим значения стан­дартных электродных потенциалов систем Zn²+/Zn (—0,76 В) • и Рb²+/Рb (—0,13 В), а затем рассчитываем значения р по уравнению Нернста:

Y_Zn=-0.76+0.030(-1)=-0.79B

Y_Pb=-0.13+0.059/2*lg0.02=-.013+0.030(-1.7)=-0.18B

Находим э. д. с. элемента:

Е =Y_pb-Y_Zn=-0.18-(-0.79)=0.61B

Поскольку Y_Pb > Y_Zn, то на свинцовом электроде будет происходить восста­новление, т. е. он будет служить катодом:

РЬ²⁺+2e^-= РЬ

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления

Zn = Zn²⁺ +2е^- ,

т. е. этот электрод будет анодом.

Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет следующий вид:

⁶ Zn | Zn(N 0₃)₂ (0.1 М)|| Рb(N 0₃)₂ (0,02 М)\ Рb^Ф .

Пример 9. Ток силой 2,5 А. Проходя через раствор электро­лита, за 30 мин выделяет из раствора 2,77 г металла. Найти эквивалентную массу металла.

Решение. Решим уравнение закона Фарадея относительно экви­валентной массы металла и подставим и него данные задачи (т = 2,77 г, / = 2,5 А, I = 30 мин = 1800 с):

Э = тF/(It) = 2,77 • 96500/(2,5 • 1800) = 59,4 г/ моль.

Пример 10. Составьте электронные уравнения процесса, происхо­дящего при атмосферной коррозии луаен железа в случае наруше­ния целостности покрытия.

Решение. При повреждении покрытия анодом в образовавшемся галь­ваническом элементе является железо, которое и разрушается в первую очередь.

Электронные уравнения процесса коррозии:

Анод Fe=Sn(₊) катод

Fe-2e=Fe²⁺

O₂+2H₂O+4e=4OH^-

В жидкой среде образуется гидроксид железа (П):

Fe²⁺+2OH^-=Fe(OH)₂

который кислородом воздуха окисляется до гидроксида железа (Ш):

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃

На основании разобранных примеров- можно сделать вывод о том, что анодное покрытие является с электрохимической точки зрения более вы­годным, чем катодное.

Пример 11. Вычислить заряды следующих комплексных ионов, образованных хромом (III): а) [Сг (Н₂ О)₅ С1]; б) [Сг(Н₂ О)₄ С1₂]; в) [Сг (Н₂ О)₂(С₂ О₄)₂].

Решение. Заряд иона хрома (III) принимаем равным +3, заряд молекулы во­ды равен нулю, заряды хлорид- и оксалат-ионов соответственно равны —1 и —2. Составляем алгебраические суммы зарядов для каждого из указанных соедине­ний: а) +3 + (-1) = +2; б) +3 + 2(-1) = +1; в) +3 + 2(-2) = -I.

Пример 12. Назвать комплексные соли: [Рt(N Нз)з С1] С1, (Со(NНз)₅ Вг]SО₄.

Решение. [Рt (N Нз)з С1] С1 — хлорид хлоротриамминплатины (II), (Со(NНз)₅ Вг]SО₄ — сульфат бромопентаамминкобальта(Ш).

Название комплексного аниона составляют аналогично названию катиона и заканчивают суффиксом «ат».

Пример 13. Константа нестойкости иона [Ag (С N)₂]~ составляет 1 • 10~²¹. Вы­числить концентрацию ионов серебра в 0,05 М растворе К[Аg(СN)₂], содержа­щем, кроме того, 0,01 моль/л КСN.

Решение. Вторичная диссоциация комплексного иона протекает по уравне­нию:

[А_g(СN)₂^-= А_g⁺+2СN^-.

В присутствии избытка ионов СN^-, создаваемого в результате диссоциации КСN (которую можно считать полной), это равновесие смещено влево настолько, что количество ионов СК~, образующихся при вторичной диссоциации, можно пренебречь. Тогда [СК~] = Сксн = 0,01 моль/л. По той же причине равновес­ная концентрация ионов [А§(СМ)2]~ может быть приравнена общей концентра­ции комплексной соли (0,05 моль/л).

По условию задачи:

K_нест=[Ag⁺] [CN^-]²/[Ag(CN)₂^-]=1*10^-21

Отсюда выражаем концентрацию ионов Ag⁺:

[Ag⁺]=1*10^-21[Ag(CN)^-₂]/[CN^-]²=01^-21*0.05/(0.01)²=5*10^-19 моль/л

Смещение равновесия диссоциации в системах, содержащих ком­плексные ионы, определяется теми же правилами, что и в рас­творах простых (не комплексных) электролитов, а именно,

равнове­сие смещается в направлении возможно более полного связывания комплексообразователя или лиганда, так что концентрации этих частиц, остающихся в растворе не связанными, принимают мини­мально возможные в данных условиях значения.

Для решения вопроса о направлении смещении равновесия не­обходимо оценить значения равновесных концентраций ионов в рассматриваемой системе.