23. Вуглеводи. Глюкоза. Сахароза (§ 27)

• Назад до змісту

23.1

Доповніть визначення.

Вуглеводи — це органічні сполуки, склад яких виражається загальною формулою $\text{C}_n(\text{H}_2\text{O})_m$, а молекули складаються з атомів Карбону, Гідрогену та Оксигену.

23.2

Доповніть схему.

23.3

Схарактеризуйте глюкозу.

1. Молекулярна формула: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$

2. Фізичні властивості:

• колір: безбарвні кристали (у масі — білий кристалічний порошок)
• агрегатний стан за звичайних умов: твердий
• температура плавлення: $146\ ^\circ\text{C}$
• смак: солодкий
• розчинність у воді: добре розчинна

3. Хімічні властивості:

• термічний розклад: під час нагрівання без доступу повітря глюкоза обвуглюється з утворенням вуглецю та води:
  $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \xrightarrow{t} 6\text{C} + 6\text{H}_2\text{O}$
• горіння: повністю окиснюється киснем до карбон(IV) оксиду та води з виділенням теплоти:
  $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$

4. Біологічна роль: глюкоза є основним джерелом енергії для клітин живих організмів, забезпечує перебіг метаболічних процесів, необхідна для функціонування м’язів і нервової системи, а також є первинним продуктом фотосинтезу та вихідною речовиною для біосинтезу інших вуглеводів (глікогену, крохмалю, целюлози).

23.4

Подивіться досліди та дайте відповіді на запитання.

Що відбувається під час взаємодії розчину глюкози з осадом купрум(2+) гідроксиду?

Під час додавання розчину глюкози до блакитного осаду купрум(II) гідроксиду осад розчиняється, й утворюється прозорий розчин яскраво-синього кольору.

Що відбувається за нагрівання одержаного розчину?

За нагрівання одержаного синього розчину його забарвлення змінюється: спочатку випадає жовтий осад купрум(I) гідроксиду $\text{CuOH}$, який під час подальшого нагрівання перетворюється на морквяно-червоний осад купрум(I) оксиду $\text{Cu}_2\text{O}$.

Порівняйте результати досліду з якісною реакцією на гліцерол. Які висновки щодо будови молекул гліцеролу і глюкози можна зробити?

Розчинення осаду $\text{Cu(OH)}_2$ з утворенням яскраво-синього розчину за звичайних умов є спільним для глюкози та гліцеролу, що свідчить про наявність у молекулі глюкози кількох суміжних гідроксильних груп ($-\text{OH}$), тобто глюкоза є багатоатомним спиртом. Зміна кольору розчину за нагрівання з утворенням червоного осаду $\text{Cu}_2\text{O}$ притаманна саме глюкозі та підтверджує наявність у її молекулі альдегідної групи ($-\text{CHO}$). Отже, молекула глюкози поєднує властивості багатоатомного спирту та альдегіду (є альдегідоспиртом).

Що відбувається за нагрівання одержаного розчину?

За нагрівання одержаного прозорого синього розчину купрум(ІІ) глюконату спочатку утворюється жовтий осад купрум(І) гідроксиду $\text{CuOH}$, який швидко перетворюється на червоно-оранжевий осад купрум(І) оксиду $\text{Cu}_2\text{O}$.

Порівняйте результати досліду з якісною реакцією на гліцерол. Які висновки щодо будови молекул гліцеролу і глюкози можна зробити?

Без нагрівання розчини глюкози та гліцеролу однаково реагують зі свіжоодержаним купрум(ІІ) гідроксидом, утворюючи прозорі яскраво-сині розчини, що доводить наявність у молекулах обох речовин кількох суміжних гідроксильних груп $-\text{OH}$ (прояв властивостей багатоатомних спиртів). За нагрівання синій розчин глюкози утворює червоно-оранжевий осад купрум(І) оксиду $\text{Cu}_2\text{O}$, тоді як синій розчин гліцеролу за нагрівання не змінює колір. Це свідчить про наявність у молекулі глюкози, крім гідроксильних груп, альдегідної групи $-\text{CHO}$, тобто глюкоза є альдегідоспиртом.

23.5 Схарактеризуйте сахарозу.

1. Молекулярна формула: $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$
2. Фізичні властивості:
   • колір: безбарвні кристали (у масі — білий порошок)
   • агрегатний стан за звичайних умов: тверда кристалічна речовина
   • температура плавлення: 186\,^\circ\text{C}
   • смак: солодкий
   • розчинність у воді: добре розчинна
3. Хімічні властивості:
   • Термічний розклад: за нагрівання без доступу повітря обвуглюється з утворенням вуглецю та води ($\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} \xrightarrow{t^\circ} 12\text{C} + 11\text{H}_2\text{O}$)
   • Горіння: повністю згоряє у кисні з утворенням вуглекислого газу і води ($\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + 12\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} 12\text{CO}_2 + 11\text{H}_2\text{O}$)
   • Гідроліз: за нагрівання в присутності кислот розщеплюється на глюкозу та фруктозу ($\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+, t^\circ} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$)
4. Біологічна роль: є важливим джерелом легкозасвоюваних вуглеводів та енергії для організму людини.

23.6 Порівняйте масові частки хімічних елементів у глюкозі та сахарозі.

Обчислення масових часток елементів у глюкозі ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, $M = 180\text{ г/моль}$):

• $w(\text{C}) = \dfrac{6 \cdot 12}{180} = 0{,}40 \quad (40\%)$
• $w(\text{H}) = \dfrac{12 \cdot 1}{180} \approx 0{,}0667 \quad (6{,}67\%)$
• $w(\text{O}) = \dfrac{6 \cdot 16}{180} \approx 0{,}5333 \quad (53{,}33\%)$

Обчислення масових часток елементів у сахарозі ($\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$, $M = 342\text{ г/моль}$):

• $w(\text{C}) = \dfrac{12 \cdot 12}{342} \approx 0{,}4211 \quad (42{,}11\%)$
• $w(\text{H}) = \dfrac{22 \cdot 1}{342} \approx 0{,}0643 \quad (6{,}43\%)$
• $w(\text{O}) = \dfrac{11 \cdot 16}{342} \approx 0{,}5146 \quad (51{,}46\%)$

Висновок: у сахарозі масова частка Карбону дещо більша ($42{,}11\%$), ніж у глюкозі ($40\%$), а масові частки Гідрогену ($6{,}43\%$ проти $6{,}67\%$) та Оксигену ($51{,}46\%$ проти $53{,}33\%$) є меншими.

23.7 У трьох пробірках містяться розчини глюкози, гліцеролу й етанової кислоти. Запропонуйте два способи визначення вмісту кожної пробірки.

Перший спосіб:

1. До зразків речовин із кожної пробірки додаємо кілька крапель розчину індикатора лакмусу. У пробірці з етановою кислотою лакмус змінює колір на червоний. У пробірках із глюкозою та гліцеролом колір індикатора залишається незмінним.
2. До решти двох зразків додаємо свіжоодержаний осад купрум(ІІ) гідроксиду $\text{Cu(OH)}_2$. В обох пробірках осад розчиняється з утворенням яскраво-синього розчину.
3. Здобуті сині розчини нагріваємо. У пробірці з глюкозою випадає червоно-оранжевий осад купрум(І) оксиду $\text{Cu}_2\text{O}$. У пробірці з гліцеролом колір розчину за нагрівання не змінюється.

Другий спосіб:

1. До зразків речовин із кожної пробірки додаємо розчин натрій карбонату $\text{Na}_2\text{CO}_3$. У пробірці з етановою кислотою спостерігається виділення бульбашок вуглекислого газу $\text{CO}_2\uparrow$. У двох інших пробірках видимих змін немає.
2. До двох залишків розчинів додаємо свіжоодержаний $\text{Cu(OH)}_2$ та нагріваємо вміст. У пробірці з глюкозою спочатку утворюється синій розчин, який за нагрівання утворює червоний осад $\text{Cu}_2\text{O}$. У пробірці з гліцеролом утворюється синій розчин, що зберігає своє забарвлення під час нагрівання.

23.8 Обчисліть масу глюкози, яку можна одержати гідролізом сахарози масою 1 кг.

Відомо:

• $m(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}) = 1\text{ кг} = 1000\text{ г}$
• $M(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}) = 342\text{ г/моль}$
• $M(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 180\text{ г/моль}$

Обчислити:

• $m(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6)$

Розв’язання:

1. Рівняння реакції гідролізу сахарози:
   $\underset{1\text{ моль}}{\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^\circ, \text{H}^+} \underset{1\text{ моль}}{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6} + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$
2. Кількість речовини сахарози:
   $n(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}) = \dfrac{m}{M} = \dfrac{1000\text{ г}}{342\text{ г/моль}} \approx 2{,}924\text{ моль}$
3. За рівнянням реакції кількість речовини глюкози дорівнює кількості речовини сахарози:
   $n(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = n(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}) = 2{,}924\text{ моль}$
4. Маса утвореної глюкози:
   $m(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = n \cdot M = 2{,}924\text{ моль} \cdot 180\text{ г/моль} \approx 526{,}32\text{ г} \approx 0{,}526\text{ кг}$

Відповідь:
$526{,}32\text{ г}$ ($0{,}526\text{ кг}$) глюкози.

23.9 Середня добова потреба організму людини у глюкозі становить 185 г. За умови, що вся глюкоза піддається повному окисненню, обчисліть об’єм кисню, який має засвоїти організм.

Відомо:

• $m(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 185\text{ г}$
• $M(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 180\text{ г/моль}$
• $V_m = 22{,}4\text{ л/моль}$

Обчислити:

• $V(\text{O}_2)$

Розв’язання:

1. Рівняння реакції повного окиснення глюкози:
   $\underset{1\text{ моль}}{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6} + \underset{6\text{ моль}}{6\text{O}_2} \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$
2. Кількість речовини глюкози:
   $n(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = \dfrac{m}{M} = \dfrac{185\text{ г}}{180\text{ г/моль}} \approx 1{,}028\text{ моль}$
3. За рівнянням реакції кількість речовини кисню:
   $n(\text{O}_2) = 6 \cdot n(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 6 \cdot 1{,}028\text{ моль} \approx 6{,}167\text{ моль}$
4. Об’єм кисню (за н. у.):
   $V(\text{O}_2) = n \cdot V_m = 6{,}167\text{ моль} \cdot 22{,}4\text{ л/моль} \approx 138{,}13\text{ л}$

Відповідь:
$138{,}13\text{ л}$ кисню.

Підпишіть види діяльності на уроці й оцініть за ними свою роботу.

Види діяльності на уроці:

1. Засвоєння теоретичного матеріалу про вуглеводи.
2. Виконання лабораторних дослідів та проведення спостережень.
3. Розв’язування розрахункових задач за хімічними рівняннями.
4. Порівняльний аналіз властивостей органічних речовин.

Оцінка роботи: Усі види діяльності виконано в повному обсязі, завдання та розрахунки засвоєно на високому рівні.