Страница 89 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

5. При нагревании раствора глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра

1) образуется ярко-синий раствор

2) выпадает красный осадок

3) выделяется газ

4) образуется «серебряное зеркало»

Данная задача описывает качественную реакцию на альдегидную группу, известную как реакция «серебряного зеркала».

1. Реагенты:

• Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$): является альдогексозой, то есть в ее молекуле, помимо гидроксильных групп, присутствует альдегидная группа (-CHO). В этой реакции глюкоза выступает в роли восстановителя.
• Аммиачный раствор оксида серебра: это реактив То́лленса, который содержит диамминсеребра(I) гидроксид $[Ag(NH_3)_2]OH$. В данной реакции он является окислителем.

2. Процесс реакции:
При нагревании глюкозы с реактивом Толленса происходит окислительно-восстановительная реакция.

• Альдегидная группа глюкозы (-CHO) окисляется до карбоксильной группы (-COOH). В щелочной среде аммиачного раствора образуется не сама глюконовая кислота, а ее аммонийная соль — глюконат аммония.
• Ионы серебра(I) ($Ag^+$) в составе комплексного соединения $[Ag(NH_3)_2]^+$ восстанавливаются до металлического серебра ($Ag^0$).

Уравнение реакции можно записать в следующем виде:
$C_6H_{12}O_6 + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} CH_2OH(CHOH)_4COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 \uparrow + H_2O$
или в более общем виде для альдегида:
$R-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} R-COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 \uparrow + H_2O$

3. Наблюдаемый эффект:
Образующееся в ходе реакции металлическое серебро ($Ag$) при соблюдении чистоты посуды и медленном нагреве оседает на стенках пробирки в виде тонкого блестящего слоя, создавая эффект зеркальной поверхности. Это явление и получило название «реакция серебряного зеркала».

4. Анализ предложенных вариантов:

• 1) образуется ярко-синий раствор — это признак реакции многоатомных спиртов (каким является и глюкоза) со свежеосажденным гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$) без нагревания.
• 2) выпадает красный осадок — это признак реакции альдегидов с гидроксидом меди(II) при нагревании, в результате которой образуется оксид меди(I) ($Cu_2O$) красного цвета.
• 3) выделяется газ — в ходе реакции действительно образуется газообразный аммиак ($NH_3$), однако главным и характерным визуальным признаком реакции является именно образование серебряного налета.
• 4) образуется «серебряное зеркало» — это верное описание результата реакции Толленса с глюкозой.

Таким образом, при нагревании раствора глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра на стенках сосуда образуется налет металлического серебра.

Ответ: 4) образуется «серебряное зеркало»

6. Сумма коэффициентов в уравнении реакции спиртового брожения глюкозы равна

1) 3

2) 4

3) 5

4) 6

Решение:

Для того чтобы найти сумму коэффициентов в уравнении реакции спиртового брожения глюкозы, необходимо сначала составить и сбалансировать это уравнение.

1. Спиртовое брожение — это процесс, при котором глюкоза ($C_6H_{12}O_6$) распадается на этиловый спирт (этанол, $C_2H_5OH$) и углекислый газ ($CO_2$). Запишем схему этой реакции:
$C_6H_{12}O_6 \rightarrow C_2H_5OH + CO_2$

2. Теперь необходимо уравнять количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (расставить стехиометрические коэффициенты).
- Атомы углерода (C): В левой части в молекуле глюкозы 6 атомов углерода. Чтобы в правой части также было 6 атомов углерода, необходимо поставить коэффициент 2 перед формулой этанола и 2 перед формулой углекислого газа: $2 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 6$.
- Атомы водорода (H): В левой части 12 атомов водорода. Проверим правую часть: в двух молекулах этанола содержится $2 \cdot (5+1) = 12$ атомов водорода. Количество уравнено.
- Атомы кислорода (O): В левой части 6 атомов кислорода. Проверим правую часть: в двух молекулах этанола $2 \cdot 1 = 2$ атома и в двух молекулах углекислого газа $2 \cdot 2 = 4$ атома. В сумме: $2 + 4 = 6$ атомов кислорода. Количество уравнено.

3. Таким образом, сбалансированное уравнение реакции спиртового брожения глюкозы выглядит так:
$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2$

4. Найдём сумму коэффициентов в полученном уравнении. Коэффициент перед глюкозой ($C_6H_{12}O_6$) равен 1 (хотя он и не пишется), перед этанолом ($C_2H_5OH$) — 2, и перед углекислым газом ($CO_2$) — 2.
Сумма коэффициентов = $1 + 2 + 2 = 5$.

Из предложенных вариантов 1) 3, 2) 4, 3) 5, 4) 6, верным является вариант 3).

Ответ: 5.

7. У целлюлозы макромолекулы

1) разветвлённые

2) разветвлённые и линейные

3) линейные

4) циклические

Решение

Целлюлоза, или клетчатка, является природным высокомолекулярным соединением (полимером), относящимся к классу полисахаридов. Её общая химическая формула записывается как $(C_6H_{10}O_5)_n$.

Мономером, из остатков которого построена макромолекула целлюлозы, является β-глюкоза. Молекулы β-глюкозы соединяются друг с другом посредством β-1,4-гликозидных связей, образуя длинные полимерные цепи. Особенность именно β-1,4-связи заключается в том, что она приводит к формированию вытянутых, прямых, неразветвлённых цепей. Такое строение называется линейным.

В отличие от целлюлозы, другие известные полисахариды, такие как крахмал (амилопектин) и гликоген, имеют разветвлённое строение, так как в их структуре помимо α-1,4-гликозидных связей присутствуют и α-1,6-гликозидные связи, создающие точки ветвления.

Вариант "циклические" неверен, так как, хотя мономер (глюкоза) имеет циклическую форму, сама макромолекула представляет собой длинную цепь, а не замкнутое кольцо.

Таким образом, макромолекулы целлюлозы имеют линейное строение.

Ответ: 3

8. Наличие крахмала можно определить с помощью реактива, формула которого

1) $H_2SO_4$

2) $Br_2$

3) $I_2$

4) $FeCl_3$

Решение
Вопрос заключается в выборе реактива для качественного определения крахмала. Таким реактивом является иод.
Качественная реакция на крахмал — это его взаимодействие с раствором иода. Крахмал состоит из полисахаридов амилозы и амилопектина. Молекулы амилозы имеют не разветвленную, а спиральную структуру. При добавлении иода (обычно в виде раствора Люголя, содержащего $I_2$ и $KI$) молекулы иода встраиваются внутрь этой спирали, образуя комплекс включения. Образование этого комплекса приводит к изменению его электронных свойств и появлению интенсивного сине-фиолетового окрашивания. Эта реакция очень чувствительна и специфична.
Рассмотрим остальные предложенные вещества:
1) Серная кислота, $H_2SO_4$, является сильной кислотой и дегидратирующим агентом. В концентрированном виде она обугливает крахмал, а в разбавленном при нагревании гидролизует его до глюкозы. Она не используется для качественного определения крахмала по цветной реакции.
2) Бром, $Br_2$, (в виде бромной воды) используется для обнаружения непредельных связей в органических молекулах. Крахмал не содержит таких связей, поэтому характерной реакции не будет.
4) Хлорид железа(III), $FeCl_3$, является качественным реактивом на фенолы, с которыми он дает фиолетовое окрашивание. С крахмалом (полисахаридом) он не реагирует.
Таким образом, вещество, используемое для определения крахмала, — это иод ($I_2$).

Ответ: 3

9. Верны ли утверждения?

А. Крахмал — основной углевод пищи.

Б. Природные волокна целлюлозы используют для изготовления хлопчатобумажных и льняных тканей.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждое из двух утверждений.

А. Крахмал — основной углевод пищи.

Это утверждение верно. Крахмал, полисахарид с формулой $(C_6H_{10}O_5)_n$, является основной формой запасания энергии у растений. Продукты, богатые крахмалом, такие как картофель, рис, пшеница и кукуруза, составляют основу рациона питания для большей части населения мира. При переваривании крахмал расщепляется до глюкозы, служащей главным источником энергии для человеческого организма.

Б. Природные волокна целлюлозы используют для изготовления хлопчатобумажных и льняных тканей.

Это утверждение также верно. Целлюлоза, как и крахмал, является полисахаридом, но выполняет структурную функцию в растениях, являясь основой их клеточных стенок. Хлопковое волокно, из которого производят хлопчатобумажные ткани, состоит из целлюлозы почти на 95%. Волокна льна, используемые для производства льняных тканей, также в основном состоят из целлюлозы (около 70-80%).

Поскольку оба утверждения, А и Б, являются верными, то следует выбрать вариант ответа, в котором говорится, что оба утверждения верны. Это вариант под номером 3.

Ответ: 3

10. Крахмал реагирует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $H_2O$ и $I_2$

2) $C_6H_6$ и $O_2$

3) $NaOH$ и $I_2$

4) $Ag_2O$ и $HNO_3$

Крахмал представляет собой природный полисахарид, общая формула которого $(C_6H_{10}O_5)_n$. Он состоит из остатков глюкозы. Химические свойства крахмала определяются наличием в его молекулах гидроксильных групп и гликозидных связей между мономерными звеньями. Проанализируем взаимодействие крахмала с каждой парой предложенных веществ.

1) H₂O и I₂. Крахмал вступает в реакцию с обоими веществами. С водой ($H_2O$) крахмал подвергается гидролизу при нагревании в присутствии катализатора (кислоты или фермента), распадаясь в конечном итоге до глюкозы: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+, t} nC_6H_{12}O_6$. С йодом ($I_2$) крахмал дает известную качественную реакцию, образуя комплексное соединение включения синего цвета. Этот вариант является верным.

2) C₆H₆ и O₂. Крахмал не реагирует с бензолом ($C_6H_6$), который является неполярным органическим растворителем. Крахмал, как и большинство органических соединений, может гореть в кислороде ($O_2$), но так как он не взаимодействует с бензолом, эта пара не подходит.

3) NaOH и I₂. Крахмал — нейтральный полисахарид, он не проявляет ни кислотных, ни основных свойств, поэтому в обычных условиях не реагирует с раствором щелочи, таким как гидроксид натрия ($NaOH$). Так как реакция с одним из веществ не идет, этот вариант неверен.

4) Ag₂O и HNO₃. Крахмал, в отличие от глюкозы, не является восстанавливающим сахаром, поэтому не дает реакцию «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра ($Ag_2O$). Крахмал может реагировать с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$), образуя сложные эфиры, но поскольку реакция с оксидом серебра не идет, этот вариант не подходит.

Таким образом, единственная пара веществ, с каждым из которых реагирует крахмал, — это вода и йод.

Ответ: 1

11. Для крахмала и целлюлозы справедливы следующие утверждения:

1) являются полимерами

2) имеют одинаковую структуру молекул

3) растворяются в воде

4) при гидролизе образуют глюкозу

5) используются для изготовления пороха

1) являются полимерами

И крахмал, и целлюлоза являются природными высокомолекулярными соединениями, то есть полимерами. Они относятся к классу полисахаридов. Мономерным звеном в их макромолекулах является остаток глюкозы. Общая формула как крахмала, так и целлюлозы может быть записана как $(C_6H_{10}O_5)_n$, где $n$ — степень полимеризации.

Ответ: утверждение справедливо для обоих веществ.

2) имеют одинаковую структуру молекул

Это утверждение неверно. Несмотря на одинаковую общую формулу, крахмал и целлюлоза являются структурными изомерами. Их молекулы имеют разное пространственное строение. Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а его макромолекулы имеют как линейное (амилоза), так и разветвленное (амилопектин) строение. Целлюлоза состоит из остатков β-глюкозы и имеет исключительно линейное строение. Эти структурные различия определяют их разные физические и химические свойства.

Ответ: утверждение не является справедливым.

3) растворяются в воде

Данное утверждение неверно для обоих веществ в полной мере. Крахмал нерастворим в холодной воде, однако в горячей воде его зерна набухают и образуют коллоидный раствор — клейстер. Целлюлоза же нерастворима ни в воде, ни в большинстве органических растворителей.

Ответ: утверждение не является справедливым для обоих веществ.

4) при гидролизе образуют глюкозу

Оба полисахарида подвергаются гидролизу (расщеплению водой) при нагревании в присутствии кислот или под действием специфических ферментов. Конечным продуктом полного гидролиза как крахмала, так и целлюлозы является моносахарид глюкоза, $C_6H_{12}O_6$. Уравнение реакции в общем виде выглядит так: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \rightarrow nC_6H_{12}O_6$.

Ответ: утверждение справедливо для обоих веществ.

5) используются для изготовления пороха

Это утверждение справедливо только для целлюлозы. Продукт нитрования целлюлозы, тринитроцеллюлоза (пироксилин), является основным компонентом бездымного пороха. Крахмал для производства пороха не используется.

Ответ: утверждение не является справедливым для обоих веществ.