§ 27. Вуглеводи. Глюкоза. Сахароза (Григорович)

ПРИГАДАЙТЕ

Пригадайте якісну реакцію на багатоатомні спирти (за § 23).

Якісною реакцією на багатоатомні спирти є їхня взаємодія зі свіжоодержаним купрум(2+) гідроксидом $Cu (OH)_{2}$ . У результаті реакції блакитний драглистий осад розчиняється й утворюється прозорий розчин яскраво-синього кольору.

ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО

• Що відбувається? У який колір забарвлюється розчин?

Під час додавання розчину глюкози до свіжоодержаного осаду купрум(2+) гідроксиду синій осад повністю розчиняється. Розчин у пробірці набуває інтенсивного яскраво-синього забарвлення.

• Які висновки про будову молекули глюкози можна зробити за результатами досліду?

Оскільки глюкоза розчиняє купрум(2+) гідроксид з утворенням яскраво-синього розчину так само, як гліцерол, це доводить наявність у її молекулі кількох сусідніх гідроксильних груп $- OH$ . Отже, глюкоза за своєю будовою є багатоатомним спиртом.

• Чи зміняться результати досліду, якщо замість глюкози використати гліцерол?

За кімнатної температури результат досліду не зміниться: гліцерол також розчинить блакитний осад $Cu (OH)_{2}$ з утворенням яскраво-синього розчину. Проте під час наступного нагрівання суміш із гліцеролом не утворить червоного осаду, тоді як розчин глюкози окисниться й утворить жовтий осад $CuOH$ , який швидко перейде в морквяно-червоний осад $C u_{2} O$ .

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

328. У додаткових джерелах знайдіть різні формулювання поняття «вуглеводи». Порівняйте їх із наведеним у параграфі.

У підручнику вуглеводи визначено за їхнім складом як органічні сполуки із загальною формулою $C_{n} (H_{2} O)_{m}$ ( $m, n \geq 3$ ). Ця назва історично склалася через те, що перші досліджені представники розкладалися на вуглець і воду.

У сучасній науковій літературі вуглеводи визначають за хімічною будовою: це органічні поліфункціональні сполуки, які є багатоатомними альдегідоспиртами або кетоноспиртами, а також продуктами їхньої поліконденсації. Біологічні джерела визначають вуглеводи як найважливіші органічні речовини клітини, які слугують головним джерелом енергії та будівельним матеріалом організмів.

Отже, визначення в підручнику орієнтоване на молекулярну формулу та склад речовин, а визначення з додаткових джерел глибше розкривають хімічну природу речовин (наявність функціональних груп $- OH$ і $- CHO$ ) та їхнє біологічне призначення.

РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)

329. Із-поміж наведених формул випишіть формули вуглеводів: $C_{3} H_{8} O$ , $C_{5} H_{10} O_{5}$ , $C_{12} H_{26} O_{2}$ , $C_{12} H_{22} O_{11}$ , $C_{6} H_{12} O$ .

Вуглеводи відповідають загальній формулі $C_{n} (H_{2} O)_{m}$ :

$C_{5} H_{10} O_{5}$ відповідає формулі $C_{5} (H_{2} O)_{5}$ (це моносахарид — рибоза);
$C_{12} H_{22} O_{11}$ відповідає формулі $C_{12} (H_{2} O)_{11}$ (це дисахарид — сахароза).

Формули $C_{3} H_{8} O$ (пропанол), $C_{12} H_{26} O_{2}$ та $C_{6} H_{12} O$ не відповідають співвідношенню атомів у вуглеводах.

Формули вуглеводів: $C_{5} H_{10} O_{5}$ , $C_{12} H_{22} O_{11}$ .

330. Визначте невідому речовину X і запишіть рівняння реакцій, що відповідають такій схемі перетворень: $C_{6} H_{12} O_{6} \to X \to CaC O_{3}$ .

Невідомою речовиною $X$ є карбон(IV) оксид ( $C O_{2}$ ), оскільки вуглекислий газ утворюється під час розкладання або бродіння глюкози та дає осад кальцій карбонату під час пропускання крізь вапнякову воду.

Рівняння реакцій:

1) $C_{6} H_{12} O_{6} дріжджі 2 C_{2} H_{5} OH + 2C O_{2} ↑$ (спиртове бродіння глюкози)

2) $C O_{2} + Ca (OH)_{2} \to CaC O_{3} ↓ + H_{2} O$ (взаємодія вуглекислого газу з вапняною водою)

331. У медицині для ін’єкцій використовують розчин глюкози з масовою часткою приблизно 5 %. Обчисліть масу глюкози, необхідну для приготування такого розчину масою 1 кг.

Дано:

$m (р - ну) = 1 кг = 1000 г$
$w (C_{6} H_{12} O_{6}) = 5% (0, 05)$

Знайти:

$m (C_{6} H_{12} O_{6}) - ?$

Розв’язання:
Обчислимо масу розчиненої глюкози за формулою:
$m (C_{6} H_{12} O_{6}) = m (р - ну) \cdot w (C_{6} H_{12} O_{6}) = 1000 г \cdot 0, 05 = 50 г$

Відповідь: $m (C_{6} H_{12} O_{6}) = 50 г$ .

332. Одне дерево за добу в середньому перетворює на вуглеводи вуглекислий газ масою 55 г. Яка маса глюкози утворюється за таких умов?

Дано:

$m (C O_{2}) = 55 г$

Знайти:

$m (C_{6} H_{12} O_{6}) - ?$

Розв’язання:

1) Складемо сумарне рівняння реакції фотосинтезу:
$6 C O_{2} + 6 H_{2} O h ν C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2} ↑$

2) Обчислимо молярні маси речовин:
$M (C O_{2}) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \frac{г}{моль}$
$M (C_{6} H_{12} O_{6}) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 180 \frac{г}{моль}$

3) Знайдемо кількість речовини вуглекислого газу:
$n (C O_{2}) = \frac{m ( C O _{2} )}{M ( C O _{2} )} = \frac{55 г}{44 г / моль} = 1, 25 моль$

4) За рівнянням реакції кількість речовини глюкози у 6 разів менша за кількість речовини $C O_{2}$ :
$n (C_{6} H_{12} O_{6}) = \frac{1}{6} \cdot n (C O_{2}) = \frac{1 , 25 моль}{6}$

5) Обчислимо масу утвореної глюкози:
$m (C_{6} H_{12} O_{6}) = n (C_{6} H_{12} O_{6}) \cdot M (C_{6} H_{12} O_{6}) = \frac{1 , 25}{6} моль \cdot 180 \frac{г}{моль} = 37, 5 г$

Відповідь: $m (C_{6} H_{12} O_{6}) = 37, 5 г$ .

333. Для процесу фотосинтезу рослини нашої планети щорічно поглинають 200 млрд тонн вуглекислого газу. Який об’єм кисню (н. у.) виділяється в атмосферу за таких умов? Яка маса глюкози при цьому утворюється?

Дано:

$m (C O_{2}) = 200 млрд т = 200 \cdot 1 0^{9} т = 2 \cdot 1 0^{17} г$
$V_{m} = 22, 4 \frac{л}{моль}$

Знайти:

$V (O_{2}) - ?$
$m (C_{6} H_{12} O_{6}) - ?$

Розв’язання:

1) Запишемо рівняння реакції фотосинтезу:
$6 C O_{2} + 6 H_{2} O h ν C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2} ↑$

2) Обчислимо молярні маси речовин:
$M (C O_{2}) = 44 \frac{г}{моль}$
$M (C_{6} H_{12} O_{6}) = 180 \frac{г}{моль}$

3) Обчислимо кількість речовини поглинутого $C O_{2}$ :
$n (C O_{2}) = \frac{m ( C O _{2} )}{M ( C O _{2} )} = \frac{2 \cdot 1 0 ^{17} г}{44 г / моль} \approx 4, 5455 \cdot 1 0^{15} моль$

4) За коефіцієнтами хімічного рівняння:
$n (O_{2}) = n (C O_{2}) \approx 4, 5455 \cdot 1 0^{15} моль$
$n (C_{6} H_{12} O_{6}) = \frac{1}{6} \cdot n (C O_{2}) = \frac{4 , 5455 \cdot 1 0 ^{15} моль}{6} \approx 0, 7576 \cdot 1 0^{15} моль$

5) Обчислимо об’єм утвореного кисню (н. у.):
$V (O_{2}) = n (O_{2}) \cdot V_{m} = 4, 5455 \cdot 1 0^{15} моль \cdot 22, 4 \frac{л}{моль} \approx 101, 82 \cdot 1 0^{15} л = 101, 82 \cdot 1 0^{12} м^{3}$

6) Обчислимо масу глюкози:
$m (C_{6} H_{12} O_{6}) = n (C_{6} H_{12} O_{6}) \cdot M (C_{6} H_{12} O_{6}) = 0, 7576 \cdot 1 0^{15} моль \cdot 180 \frac{г}{моль} \approx 136, 36 \cdot 1 0^{15} г = 136, 36 млрд т$

Відповідь: $V (O_{2}) \approx 101, 82 \cdot 1 0^{12} м^{3}$ ( $101, 82 трлн м^{3}$ ), $m (C_{6} H_{12} O_{6}) \approx 136, 36 млрд т$ .

334. У телевізійній рекламі можна почути, що після вживання їжі в ротовій порожнині порушується кислотно-лужний баланс, унаслідок чого підвищується вміст кислоти, яка руйнує емаль зубів. Щоб відновити цей баланс, треба жувати гумку з карбамідом. Як ви вважаєте, які процеси призводять до порушення кислотно-лужного балансу? Яка роль карбаміду у відновленні балансу?

Після споживання їжі, яка містить вуглеводи, бактерії зубного нальоту запускають процес молочнокислого бродіння глюкози:
$C_{6} H_{12} O_{6} \to 2 C_{3} H_{6} O_{3}$
Утворена молочна кислота $C_{3} H_{6} O_{3}$ знижує рівень $pH$ слини нижче за критичний рівень, і це призводить до поступового розчинення кальцієвих мінералів зубної емалі та виникнення карієсу.

Карбамід (сечовина) $(N H_{2})_{2} CO$ під впливом бактеріального ферменту уреази вступає в реакцію гідролізу:
$(N H_{2})_{2} CO + H_{2} O \to 2N H_{3} ↑ + C O_{2} ↑$
Утворений амоніак має слабкі основні властивості. Він реагує з надлишковою молочною кислотою і нейтралізує її, утворюючи безпечні солі амонію. Завдяки цьому кислотність знижується, показник $pH$ повертається до норми, і зубна емаль зберігає свою цілісність.

335. Під час гідролізу сахарози утворилося 360 г суміші глюкози й фруктози. Обчисліть маси сахарози й води, що прореагували.

Дано:

$m (сум . продуктів) = 360 г$

Знайти:

$m (C_{12} H_{22} O_{11}) - ?$
$m (H_{2} O) - ?$

Розв’язання:

1) Запишемо рівняння гідролізу сахарози:
$C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O H^{+}, t^{\circ} глюкоза C_{6} H_{12} O_{6} + фруктоза C_{6} H_{12} O_{6}$

2) Обчислимо молярні маси всіх учасників реакції:
$M (C_{12} H_{22} O_{11}) = 12 \cdot 12 + 22 \cdot 1 + 11 \cdot 16 = 342 \frac{г}{моль}$
$M (H_{2} O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \frac{г}{моль}$
$M (C_{6} H_{12} O_{6}) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 180 \frac{г}{моль}$

3) За хімічним рівнянням із $1 моль$ сахарози та $1 моль$ води утворюється $1 моль$ глюкози і $1 моль$ фруктози. Маса суміші продуктів, що утворюється з $1 моль$ вихідних речовин:
$M (продуктів) = 180 \frac{г}{моль} + 180 \frac{г}{моль} = 360 \frac{г}{моль}$

4) Обчислимо кількість речовини гідролізованої сахарози:
$n (C_{12} H_{22} O_{11}) = \frac{m ( сум . продуктів )}{M ( продуктів )} = \frac{360 г}{360 г / моль} = 1 моль$

5) За співвідношенням коефіцієнтів у рівнянні:
$n (H_{2} O) = n (C_{12} H_{22} O_{11}) = 1 моль$

6) Обчислимо маси витрачених реагентів:
$m (C_{12} H_{22} O_{11}) = n (C_{12} H_{22} O_{11}) \cdot M (C_{12} H_{22} O_{11}) = 1 моль \cdot 342 \frac{г}{моль} = 342 г$
$m (H_{2} O) = n (H_{2} O) \cdot M (H_{2} O) = 1 моль \cdot 18 \frac{г}{моль} = 18 г$

(Примітка: розв’язок узгоджується із законом збереження маси: $342 г + 18 г = 360 г$ ).

Відповідь: $m (C_{12} H_{22} O_{11}) = 342 г$ , $m (H_{2} O) = 18 г$ .

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ 12 «ЯК ВІДБУВАЄТЬСЯ БРОДІННЯ ГЛЮКОЗИ ТА ЧИМ ВОНО КОРИСНЕ?»

• Які небезпечні та проблемні ситуації можуть виникнути під час роботи з названими речовинами й обладнанням?

Під час експерименту можуть виникнути такі небажані ситуації:

надмірне підвищення тиску вуглекислого газу в щільно закритій склянці або занадто сильне роздування гумової кульки через швидке бродіння, що загрожує тріщинами посуду чи розривом кульки з виплескуванням рідини;
падіння та пошкодження скляного мірного посуду, що створює небезпеку порізів уламками скла;
випадкове потрапляння кислого розчину або розчину солі в очі чи на подразнену шкіру, що викликає печіння;
забруднення робочої поверхні піною від інтенсивного бродіння дріжджів.

• Якими мають бути ваші дії в разі небезпеки?

Якщо виникає небезпечна ситуація, діють швидко та спокійно:

якщо гумова кулька роздувається занадто сильно, акуратно відтягують її край або знімають зі склянки, щоб плавно випустити накопичений вуглекислий газ;
у разі потрапляння соку або розчину в очі чи на шкіру негайно промивають їх прохолодною проточною водою;
у разі пошкодження скла негайно припиняють дослід і прибирають осколки за допомогою совка та щітки (руками скло не чіпають), а в разі випадкового порізу обробляють рану антисептиком і повідомляють дорослих.

§ 27. Вуглеводи. Глюкоза. Сахароза (Григорович)

Теги статті:

До уроку