номер 5, страница 243 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5.Структурную формулу макромолекулы полимера, полученного в результате реакции поликонденсации, можно представить следующим образом:

$$ \text{H—(M—)}_n\text{OH}, $$

где $M$ — структурное звено полимера, $n$ — число остатков мономера в макромолекуле, $\text{H—}$ и $\text{—OH}$ — концевые группы макромолекулы.

В результате взаимодействия этиленгликоля с терефталевой кислотой образовался полимер, в котором число остатков обоих мономеров одинаково. Определите среднее число остатков этиленгликоля в макромолекуле, если известно, что масса вступившего в реакцию этиленгликоля равна $1,86$ $г$, а масса образовавшейся воды — $1,0567$ $г$.

Дано:
$m(\text{этиленгликоля}) = 1,86\text{ г}$
$m(\mathrm{H_2O}) = 1,0567\text{ г}$
$M(\text{этиленгликоля}) = 62\text{ г/моль}$
$M(\mathrm{H_2O}) = 18\text{ г/моль}$

Найти:
$k$ — среднее число остатков этиленгликоля в макромолекуле.

Решение:

1. Запишем формулы исходных мономеров:

• Этиленгликоль: $\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH}$ ($M = 62\text{ г/моль}$)
• Терефталевая кислота: $\mathrm{HOOC-C_6H_4-COOH}$ ($M = 166\text{ г/моль}$)

2. По условию задачи число остатков обоих мономеров в макромолекуле одинаково. Обозначим число остатков этиленгликоля как $k$, тогда число остатков терефталевой кислоты также равно $k$.

Общее число мономерных звеньев в цепи равно $n = 2k$. Макромолекула линейного полиэфира с концевыми группами $\mathrm{H-}$ и $\mathrm{-OH}$ имеет вид:

$$\mathrm{H-[-O-CH_2-CH_2-O-CO-C_6H_4-CO-]_k-OH}$$

Схема реакции поликонденсации:

$$k\,\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH} + k\,\mathrm{HOOC-C_6H_4-COOH} \rightarrow \mathrm{H-(M)_{2k}-OH} + (2k - 1)\,\mathrm{H_2O}$$

При образовании одной макромолекулы из $k$ молекул диола и $k$ молекул дикарбоновой кислоты образуется $(2k - 1)$ связей и выделяется $(2k - 1)$ молекул воды.

3. Рассчитаем количество вещества вступившего в реакцию этиленгликоля и выделившейся воды:

$$u(\text{этиленгликоля}) = \frac{m}{M} = \frac{1,86\text{ г}}{62\text{ г/моль}} = 0,03\text{ моль}$$

$$u(\mathrm{H_2O}) = \frac{m}{M} = \frac{1,0567\text{ г}}{18\text{ г/моль}} \approx 0,058706\text{ моль}$$

4. Исходя из коэффициентов в уравнении реакции, составим соотношение:

$$\frac{u(\mathrm{H_2O})}{u(\text{этиленгликоля})} = \frac{2k - 1}{k} = 2 - \frac{1}{k}$$

$$2 - \frac{1}{k} = \frac{0,058706}{0,03} \approx 1,95685$$

$$\frac{1}{k} = 2–1,95685 = 0,04315$$

$$k = \frac{1}{0,04315} \approx 23,17 \approx 23$$

Ответ: среднее число остатков этиленгликоля в макромолекуле равно 23.