Номер 1, страница 15 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

Объясните наблюдаемые явления.

При проведении гидролиза крахмала (эксперимент 1):

Изначально крахмальный клейстер представляет собой мутный раствор. Под действием серной кислоты и нагревания происходит гидролиз крахмала, то есть его расщепление на более простые сахара, конечным продуктом которого является глюкоза. Раствор становится прозрачным, так как продукты гидролиза (глюкоза и промежуточные декстрины) растворимы в воде и не образуют клейстера. Последующая нейтрализация серной кислоты раствором гидроксида натрия необходима для дальнейших реакций, так как гидроксид меди(II) реагирует в щелочной среде.

При получении и реакции гидроксида меди(II) (эксперимент 2):

При добавлении раствора сульфата меди(II) к раствору гидроксида натрия образуется свежеосажденный голубой осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2\downarrow$). Это реакция обмена: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$.

При добавлении к $Cu(OH)_2$ исходного крахмального клейстера (первая пробирка): никаких видимых изменений не происходит, синий осадок $Cu(OH)_2$ сохраняется. Крахмал не является восстанавливающим сахаром и не содержит функциональных групп, способных растворять или восстанавливать $Cu(OH)_2$ при этих условиях.

При добавлении к $Cu(OH)_2$ охлажденного продукта гидролиза крахмала (глюкозы) (вторая пробирка):

При комнатной температуре: синий осадок $Cu(OH)_2$ растворяется, образуя прозрачный ярко-синий раствор. Это свидетельствует о наличии в молекуле глюкозы нескольких гидроксильных групп, расположенных у соседних атомов углерода (свойство многоатомных спиртов), способных образовывать комплексные соединения с ионами меди(II).

При нагревании: ярко-синий раствор сначала мутнеет, затем образуется желтый, оранжевый или красный осадок оксида меди(I) ($Cu_2O\downarrow$). Это свидетельствует о наличии в молекуле глюкозы альдегидной группы, которая восстанавливает ионы меди(II) до ионов меди(I). Сама глюкоза при этом окисляется до глюконовой кислоты.

Ответ:

Приведите уравнение реакции полного гидролиза крахмала в структурных формулах.

Полный гидролиз крахмала (полисахарида) приводит к образованию D-глюкозы (моносахарида). Реакция протекает в присутствии кислоты (катализатор) и при нагревании.

Крахмал представляет собой полимер, состоящий из множества остатков D-глюкозы, связанных $\alpha$-1,4- и $\alpha$-1,6-гликозидными связями (для амилопектина). Молекула глюкозы существует преимущественно в циклической (пиранозной или фуранозной) форме, но находится в равновесии с открытой альдегидной формой.

Уравнение реакции в молекулярных формулах:

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

Здесь $(C_6H_{10}O_5)_n$ — крахмал, $C_6H_{12}O_6$ — глюкоза.

Графическое изображение структурных формул не может быть предоставлено в данном текстовом формате.

Ответ:

Наличие каких функциональных групп в молекуле глюкозы доказывает ее реакция с гидроксидом меди(II) при комнатной температуре? Напишите уравнение реакции глюкозы с гидроксидом меди(II) при нагревании.

Реакция глюкозы с гидроксидом меди(II) при комнатной температуре (растворение синего осадка и образование ярко-синего раствора) доказывает наличие в молекуле глюкозы нескольких гидроксильных групп (—OH) у соседних атомов углерода. Глюкоза проявляет свойства многоатомного спирта (полиола).

Уравнение реакции глюкозы с гидроксидом меди(II) при нагревании (реакция "медного зеркала" или качественная реакция на альдегидную группу):

$ CH_2OH-(CHOH)_4-CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CH_2OH-(CHOH)_4-COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O $

Глюкоза (альдегидная форма) окисляется до глюконовой кислоты, а гидроксид меди(II) восстанавливается до оксида меди(I), который выпадает в виде красного осадка.

Ответ:

Напишите, какие теоретические знания вы закрепили. Будут ли вступать в реакцию серебряного зеркала крахмал и продукт его полного гидролиза? Какие явления будут наблюдаться, если к свежеосажденному гидроксиду меди(II) добавить раствор дисахарида мальтозы (продукт частичного гидролиза крахмала), а затем нагреть содержимое пробирки?

Закрепленные теоретические знания: гидролиз полисахаридов (крахмала) под действием кислоты с образованием моносахаридов (глюкозы); качественные реакции на многоатомные спирты (полиолы) на примере реакции глюкозы с гидроксидом меди(II) при комнатной температуре; качественные реакции на альдегидную группу (восстанавливающие сахара) на примере реакции глюкозы с гидроксидом меди(II) при нагревании; различия в химических свойствах полисахаридов (крахмал), моносахаридов (глюкоза) и дисахаридов (мальтоза); принципы нейтрализации кислот щелочами.

Реакция серебряного зеркала (реакция Толленса):

- Крахмал: Нет, крахмал не вступает в реакцию "серебряного зеркала", так как не является восстанавливающим сахаром. В его структуре нет свободных альдегидных или гемиацетальных групп, способных к восстановлению.

- Продукт полного гидролиза крахмала (глюкоза): Да, глюкоза является альдозой и восстанавливающим сахаром. Она вступает в реакцию "серебряного зеркала", восстанавливая ионы серебра из аммиачного раствора оксида серебра до свободного металлического серебра ($Ag$), которое оседает на стенках пробирки в виде блестящего зеркала.

Уравнение реакции:

$ CH_2OH-(CHOH)_4-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t^\circ} CH_2OH-(CHOH)_4-COOH + 2Ag\downarrow + 4NH_3 + H_2O $

Реакция мальтозы с гидроксидом меди(II):

Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом, так как в ее молекуле присутствует одна свободная гемиацетальная гидроксильная группа, которая может переходить в альдегидную форму. Она также является многоатомным спиртом.

- При добавлении к свежеосажденному гидроксиду меди(II) раствора мальтозы при комнатной температуре: синий осадок $Cu(OH)_2$ растворится, образуя прозрачный ярко-синий раствор. Это обусловлено тем, что мальтоза, как и глюкоза, является многоатомным спиртом и образует комплексное соединение с ионами меди(II).

- При нагревании содержимого пробирки: ярко-синий раствор изменит свой цвет, и образуется желтый, оранжевый или красный осадок оксида меди(I) ($Cu_2O\downarrow$). Это происходит потому, что мальтоза, как восстанавливающий сахар, окисляется (до мальтобионовой кислоты), а гидроксид меди(II) восстанавливается.

Ответ: