Страница 88 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между веществом и характеристикой этого вещества.

ВЕЩЕСТВО

А) крахмал

Б) целлюлоза

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВА

1) подвергается гидролизу

2) состоит из остатков молекул глюкозы

3) имеет волокнистую структуру

4) даёт синее окрашивание с раствором иода

5) используется для изготовления бумаги

Задания с развёрнутым ответом

А) крахмал

Проанализируем каждую характеристику применительно к крахмалу:

1) подвергается гидролизу – Да, крахмал является полисахаридом с общей формулой $(C_6H_{10}O_5)_n$. При нагревании в присутствии кислот или под действием ферментов он гидролизуется (расщепляется с участием воды) до своего мономера — глюкозы ($C_6H_{12}O_6$). Эта характеристика подходит.

2) состоит из остатков молекул глюкозы – Да, макромолекулы крахмала представляют собой длинные цепи, состоящие из остатков α-глюкозы. Эта характеристика подходит.

3) имеет волокнистую структуру – Нет, крахмал существует в виде аморфного порошка, состоящего из зерен. Волокнистая структура является отличительной чертой целлюлозы. Эта характеристика не подходит.

4) даёт синее окрашивание с раствором иода – Да, это известная качественная реакция на крахмал. Молекулы амилозы (одного из полисахаридов в составе крахмала) имеют спиральную структуру, в которую встраиваются молекулы иода, образуя комплексное соединение интенсивного синего цвета. Эта характеристика подходит.

5) используется для изготовления бумаги – Нет, основным сырьем для производства бумаги является целлюлоза. Эта характеристика не подходит.

Ответ: 1, 2, 4.

Б) целлюлоза

Проанализируем каждую характеристику применительно к целлюлозе (клетчатке):

1) подвергается гидролизу – Да, целлюлоза, как и крахмал, является полисахаридом с формулой $(C_6H_{10}O_5)_n$ и способна гидролизоваться до глюкозы, однако для этого требуются более жёсткие условия (например, кипячение с сильными кислотами). Эта характеристика подходит.

2) состоит из остатков молекул глюкозы – Да, целлюлоза также является полимером глюкозы. Её макромолекулы построены из остатков β-глюкозы. Эта характеристика подходит.

3) имеет волокнистую структуру – Да, это ключевая физическая характеристика целлюлозы. Её длинные линейные молекулы упакованы в параллельные пучки (микрофибриллы), образуя прочные волокна. Эта характеристика подходит.

4) даёт синее окрашивание с раствором иода – Нет, из-за своего линейного, а не спирального, строения молекул целлюлоза не образует с иодом окрашенных комплексов. Эта характеристика не подходит.

5) используется для изготовления бумаги – Да, благодаря своей волокнистой структуре и прочности, целлюлоза, получаемая из древесины или хлопка, является основным материалом для производства бумаги, картона и тканей. Эта характеристика подходит.

Ответ: 1, 2, 3, 5.

13. В 1861 г. А. М. Бутлеров осуществил первый в истории синтез сахаристых веществ. Учёный получил смесь моносахаридов с общей формулой $C_6H_{12}O_6$, используя исходное вещество, молекулярная формула которого $CH_2O$.

Напишите название и структурную формулу исходного вещества, названия известных вам моносахаридов, имеющих формулу $C_6H_{12}O_6$, и укажите, к каким классам веществ по природе функциональных групп относятся вещества.

Название и структурная формула исходного вещества

Исходное вещество с молекулярной формулой $CH_2O$, которое А. М. Бутлеров использовал для синтеза сахаристых веществ, — это формальдегид. Его систематическое название — метаналь. Это простейший представитель класса альдегидов. Его структурная формула:
$H_2C=O$
Ответ: Исходное вещество — формальдегид (метаналь), структурная формула $H_2C=O$.

Названия известных вам моносахаридов, имеющих формулу $C_6H_{12}O_6$

Моносахариды с общей формулой $C_6H_{12}O_6$ относятся к гексозам. Существует несколько изомеров с такой формулой, наиболее известными из которых являются глюкоза, фруктоза и галактоза.
Ответ: Глюкоза, фруктоза, галактоза.

Укажите, к каким классам веществ по природе функциональных групп относятся вещества

Вещества классифицируются по функциональным группам следующим образом:
1. Исходное вещество, формальдегид ($CH_2O$), содержит альдегидную группу ($-CHO$), поэтому оно относится к классу альдегидов.
2. Продукты синтеза, моносахариды ($C_6H_{12}O_6$), являются полифункциональными соединениями, так как их молекулы содержат несколько гидроксильных групп ($-OH$) и одну карбонильную группу ($>C=O$). В зависимости от типа карбонильной группы их делят на два класса:
- Альдозы (альдегидоспирты), которые содержат альдегидную группу. Примером является глюкоза и галактоза.
- Кетозы (кетоноспирты), которые содержат кетонную группу. Примером является фруктоза.
Ответ: Исходное вещество (формальдегид) относится к классу альдегидов. Продукты синтеза (моносахариды) относятся к классам альдегидоспиртов (альдозы) и кетоноспиртов (кетозы).

14. Определите массу этилового спирта, полученного из 100 кг 15%-ного раствора глюкозы, если выход продукта составляет 60 %.

Дано:

$m_{р-ра(C_6H_{12}O_6)} = 100 \text{ кг}$

$\omega_{(C_6H_{12}O_6)} = 15\% = 0.15$

$\eta = 60\% = 0.60$

Найти:

$m_{(C_2H_5OH)} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции спиртового брожения глюкозы, в результате которого образуются этиловый спирт и углекислый газ:

$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{\text{ферменты}} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$

2. Найдем массу чистой глюкозы, содержащейся в 100 кг 15%-го раствора:

$m_{(C_6H_{12}O_6)} = m_{р-ра} \times \omega_{(C_6H_{12}O_6)}$

$m_{(C_6H_{12}O_6)} = 100 \text{ кг} \times 0.15 = 15 \text{ кг}$

3. Рассчитаем молярные массы глюкозы ($C_6H_{12}O_6$) и этилового спирта ($C_2H_5OH$). Для удобства расчетов будем использовать единицы кг/кмоль.

$M(C_6H_{12}O_6) = 6 \times 12 + 12 \times 1 + 6 \times 16 = 180 \text{ г/моль} = 180 \text{ кг/кмоль}$

$M(C_2H_5OH) = 2 \times 12 + 5 \times 1 + 16 + 1 = 46 \text{ г/моль} = 46 \text{ кг/кмоль}$

4. Определим количество вещества (в киломолях) глюкозы, вступившей в реакцию:

$\nu_{(C_6H_{12}O_6)} = \frac{m_{(C_6H_{12}O_6)}}{M_{(C_6H_{12}O_6)}} = \frac{15 \text{ кг}}{180 \text{ кг/кмоль}} = \frac{1}{12} \text{ кмоль}$

5. По уравнению реакции найдем теоретическое количество вещества этилового спирта. Соотношение количеств веществ глюкозы и спирта составляет 1:2.

$\nu_{теор.}(C_2H_5OH) = 2 \times \nu_{(C_6H_{12}O_6)} = 2 \times \frac{1}{12} \text{ кмоль} = \frac{1}{6} \text{ кмоль}$

6. Рассчитаем теоретически возможную массу этилового спирта:

$m_{теор.}(C_2H_5OH) = \nu_{теор.}(C_2H_5OH) \times M_{(C_2H_5OH)}$

$m_{теор.}(C_2H_5OH) = \frac{1}{6} \text{ кмоль} \times 46 \text{ кг/кмоль} = \frac{46}{6} \text{ кг} \approx 7.67 \text{ кг}$

7. Найдем практическую массу этилового спирта с учетом выхода продукта 60%:

$m_{практ.}(C_2H_5OH) = m_{теор.}(C_2H_5OH) \times \eta$

$m_{практ.}(C_2H_5OH) = \frac{46}{6} \text{ кг} \times 0.60 = 4.6 \text{ кг}$

Ответ: масса полученного этилового спирта составляет 4,6 кг.

1. Укажите формулу углевода.

1) $C_5H_{10}O$

2) $C_6H_{12}O_2$

3) $C_{12}H_{22}O_{11}$

4) $C_6H_{12}$

Решение

Углеводы (сахариды) — это класс органических соединений, общая формула которых для многих представителей может быть записана как $C_n(H_2O)_m$, где $n \ge 3$. Из этой формулы следует, что соотношение атомов водорода и кислорода в молекулах большинства углеводов составляет 2:1, как в воде. Проанализируем предложенные варианты, чтобы определить, какой из них соответствует этому определению.

1) $C_5H_{10}O$
В данной молекуле соотношение атомов водорода к атомам кислорода составляет 10:1. Это не соответствует общей формуле углеводов. Моносахариды с пятью атомами углерода (пентозы), например, рибоза, имеют формулу $C_5H_{10}O_5$. Формула $C_5H_{10}O$ может принадлежать альдегиду или кетону.

2) $C_6H_{12}O_2$
Здесь соотношение атомов водорода и кислорода равно 12:2, то есть 6:1. Это также не является формулой углевода. Моносахариды с шестью атомами углерода (гексозы), например, глюкоза, имеют формулу $C_6H_{12}O_6$. Формула $C_6H_{12}O_2$ может соответствовать, например, карбоновой кислоте (гексановая кислота) или сложному эфиру.

3) $C_{12}H_{22}O_{11}$
В этой молекуле соотношение атомов водорода и кислорода составляет 22:11, то есть 2:1. Эту формулу можно представить в виде $C_{12}(H_2O)_{11}$. Это характерная формула для дисахаридов (например, сахарозы, лактозы, мальтозы), которые являются важным классом углеводов. Дисахариды образуются в результате реакции конденсации двух моносахаридов.

4) $C_6H_{12}$
Данное вещество является углеводородом (конкретно, это может быть гексен или циклогексан), поскольку в его составе отсутствует кислород. Углеводороды не относятся к классу углеводов.

Таким образом, единственная формула из предложенных, которая соответствует классу углеводов, — это $C_{12}H_{22}O_{11}$.

Ответ: 3) $C_{12}H_{22}O_{11}$.

2. К дисахаридам относится

1) глюкоза

2) целлюлоза

3) фруктоза

4) сахароза

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в классификации углеводов. Углеводы (сахариды) — это органические соединения, которые по своей способности к гидролизу (распаду под действием воды на более простые молекулы) делятся на три основные группы:

• Моносахариды – это простые углеводы, которые не гидролизуются. Они служат строительными блоками для более сложных углеводов.
• Дисахариды – это углеводы, которые при гидролизе распадаются на две молекулы моносахаридов.
• Полисахариды – это сложные высокомолекулярные углеводы, которые при гидролизе распадаются на множество молекул моносахаридов.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) глюкоза

Глюкоза (химическая формула $C_6H_{12}O_6$) является моносахаридом. Она представляет собой простейшую углеводную единицу и не может быть гидролизована. Следовательно, этот вариант не является дисахаридом.

2) целлюлоза

Целлюлоза (общая формула $(C_6H_{10}O_5)_n$) — это полисахарид. Её макромолекулы состоят из большого числа повторяющихся остатков глюкозы. Следовательно, этот вариант не является дисахаридом.

3) фруктоза

Фруктоза (химическая формула $C_6H_{12}O_6$) также является моносахаридом, как и глюкоза (является её изомером). Она не подвергается гидролизу. Следовательно, этот вариант не является дисахаридом.

4) сахароза

Сахароза (химическая формула $C_{12}H_{22}O_{11}$) — это типичный представитель дисахаридов. Её молекула состоит из двух моносахаридных остатков: одного остатка глюкозы и одного остатка фруктозы. В процессе гидролиза сахароза распадается на эти два моносахарида. Таким образом, сахароза относится к дисахаридам.

Ответ: 4) сахароза.

3. Гидролизу подвергается

1) глюкоза

2) сорбит

3) крахмал

4) фруктоза

Решение

Гидролиз — это реакция разложения вещества при взаимодействии с водой. В органической химии, в частности в химии углеводов, гидролизу подвергаются сложные углеводы (полисахариды и дисахариды), распадаясь на более простые (моносахариды). Рассмoтрим предложенные варианты:

1) Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$) — это моносахарид, простейшая форма углевода. Она является конечным продуктом гидролиза многих более сложных углеводов и сама дальше не гидролизуется.

2) Сорбит ($C_6H_{14}O_6$) — это шестиатомный спирт (сахарный спирт), который получают гидрированием (восстановлением) глюкозы. Он не является полимером и не содержит гликозидных связей, которые могли бы разорваться в процессе гидролиза.

3) Крахмал — это полисахарид, природный полимер, макромолекулы которого состоят из остатков глюкозы. Его общая формула $(C_6H_{10}O_5)_n$. При нагревании в присутствии кислоты или под действием ферментов крахмал подвергается гидролизу. Гликозидные связи между остатками глюкозы разрываются, и в конечном итоге образуется глюкоза.

Суммарное уравнение реакции гидролиза крахмала:
$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \rightarrow nC_6H_{12}O_6$
(крахмал) + (вода) $\rightarrow$ (глюкоза)

4) Фруктоза ($C_6H_{12}O_6$) — это моносахарид, изомер глюкозы. Как и глюкоза, она не подвергается гидролизу.

Таким образом, из перечисленных веществ гидролизу подвергается только крахмал.

Ответ: 3

4. К моносахаридам относится каждое из двух веществ:

1) клетчатка и глюкоза

2) сахароза и фруктоза

3) фруктоза и глюкоза

4) крахмал и целлюлоза

Решение

Для того чтобы определить, какая пара веществ состоит только из моносахаридов, необходимо вспомнить классификацию углеводов. Углеводы делятся на три основные группы.

Моносахариды – это простые сахара, являющиеся мономерными единицами и не подвергающиеся гидролизу с образованием более простых углеводов. К ним относятся, например, глюкоза, фруктоза, галактоза. Гексозы, к которым принадлежат глюкоза и фруктоза, имеют общую формулу $C_6H_{12}O_6$.

Дисахариды – углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов. Например, сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы.

Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы (полимеры), состоящие из большого числа остатков моносахаридов. Примерами являются крахмал и целлюлоза (клетчатка), их общая формула $(C_6H_{10}O_5)_n$.

Теперь проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) клетчатка и глюкоза

В этой паре глюкоза является моносахаридом, однако клетчатка (целлюлоза) — это полисахарид. Следовательно, вариант не подходит.

2) сахароза и фруктоза

Фруктоза — это моносахарид, но сахароза — это дисахарид. Следовательно, вариант не подходит.

3) фруктоза и глюкоза

И фруктоза, и глюкоза являются моносахаридами (гексозами). Оба вещества соответствуют условию задачи. Следовательно, этот вариант является правильным.

4) крахмал и целлюлоза

И крахмал, и целлюлоза являются полисахаридами. Следовательно, вариант не подходит.

Таким образом, единственная пара, где оба вещества являются моносахаридами, это фруктоза и глюкоза.

Ответ: 3