Лабораторный опыт 7, страница 237 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Лабораторный опыт 7

Изучение физических свойств крахмала. Взаимодействие крахмала с иодом

Взвесь небольшого количества крахмала в воде доведите до кипения. Образуется крахмальный клейстер. Разбавьте его водой и проведите качественную реакцию с иодом. Нагрейте раствор синего комплекса крахмала с иодом. Наблюдается обесцвечивание раствора. Для успешного проведения этого опыта раствор комплекса иода с крахмалом должен быть разбавленным.

Получите гидроксид меди(II), добавьте к нему разбавленный крахмальный клейстер, нагрейте пробирку. Наблюдается ли при этом растворение гидроксида меди(II) и последующее восстановление $Cu(II)$?

Капните раствор иода на кусочек белого хлеба и свежий срез клубня картофеля. О чём свидетельствует появление синего пятна на месте капли?

Объясните наблюдаемые явления, напишите уравнения протекающих реакций.

Объяснение взаимодействия крахмала с иодом

При доведении взвеси крахмала в воде до кипения происходит разрушение крахмальных зерен и образование коллоидного раствора — крахмального клейстера. Это физический процесс, а не химическая реакция.

Качественной реакцией на крахмал является его взаимодействие с иодом. При добавлении раствора иода к клейстеру образуется комплексное соединение включения (клатрат), имеющее характерное интенсивное синее окрашивание. Это происходит потому, что молекулы иода ($I_2$) проникают внутрь спиральных молекул амилозы (одной из составляющих крахмала) и удерживаются там за счет адсорбционных сил. Данный процесс не является полноценной химической реакцией с образованием ковалентных связей, поэтому его уравнение, как правило, не записывают. Схематически его можно представить так:

Крахмал + $I_2 \rightleftharpoons$ Комплекс включения (синего цвета)

Нагревание синего раствора приводит к его обесцвечиванию. При повышении температуры усиливается тепловое движение молекул, что приводит к нарушению (раскручиванию) спиральной структуры амилозы. В результате молекулы иода покидают спирали, комплекс разрушается, и синяя окраска исчезает. Этот процесс обратим: при последующем охлаждении раствора спиральная структура амилозы восстанавливается, иод снова образует с ней комплекс, и синяя окраска появляется вновь.

Ответ: Синее окрашивание при добавлении иода к крахмальному клейстеру обусловлено образованием комплекса включения иода в спирали амилозы. Обесцвечивание при нагревании происходит из-за разрушения этого комплекса вследствие нарушения спиральной структуры амилозы.

Объяснение взаимодействия крахмала с гидроксидом меди(II)

Гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$ является нерастворимым основанием голубого цвета. Его можно получить реакцией обмена, например, между сульфатом меди(II) и гидроксидом натрия:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Крахмал, будучи полисахаридом, является многоатомным спиртом, так как в каждом его мономерном звене (остатке глюкозы) содержится несколько гидроксильных групп (-OH). Многоатомные спирты способны реагировать со свежеосажденным гидроксидом меди(II), растворяя его с образованием ярко-синего раствора комплексного соединения (хелата). Таким образом, при добавлении крахмального клейстера к осадку $Cu(OH)_2$ наблюдается его растворение.

Сам по себе крахмал является невосстанавливающим сахаром и не дает реакции "серебряного зеркала" или реакции с гидроксидом меди(II) при нагревании. Однако при нагревании в присутствии щелочи (которая может остаться в избытке после получения $Cu(OH)_2$) происходит гидролиз крахмала до глюкозы:

$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{t^\circ, OH^-} nC_6H_{12}O_6$

Глюкоза, в отличие от крахмала, является альдегидоспиртом и обладает восстановительными свойствами. Она восстанавливает медь(II) из синего комплекса до меди(I), что наблюдается как изменение окраски раствора и выпадение сначала желтого ($CuOH$), а затем кирпично-красного ($Cu_2O$) осадка.

$C_6H_{12}O_6 + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} C_6H_{12}O_7 \text{ (глюконовая кислота)} + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$

Таким образом, при проведении опыта сначала наблюдается растворение осадка $Cu(OH)_2$ с образованием синего раствора, а при последующем нагревании происходит восстановление $Cu(II)$ до $Cu(I)$ с выпадением красного осадка.

Ответ: Да, при добавлении крахмального клейстера к гидроксиду меди(II) наблюдается его растворение с образованием синего комплексного соединения. При последующем нагревании происходит гидролиз крахмала до глюкозы, которая восстанавливает $Cu(II)$ до $Cu(I)$, что проявляется в виде выпадения кирпично-красного осадка $Cu_2O$.

Объяснение пробы с иодом на хлебе и картофеле

Появление синего пятна на месте капли раствора иода, нанесенной на белый хлеб и свежий срез клубня картофеля, свидетельствует о высоком содержании крахмала в этих продуктах. Хлеб изготавливают из муки, получаемой из зерен злаков (пшеницы, ржи), а картофель запасает питательные вещества именно в виде крахмала. Происходит та же качественная реакция, что и в опыте с клейстером: молекулы иода образуют синий адсорбционный комплекс с крахмалом, содержащимся в продуктах.

Ответ: Появление синего пятна свидетельствует о наличии крахмала в составе белого хлеба и картофеля.