Страница 91 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Раствор глюкозы можно отличить от раствора фруктозы при помощи

1) гидроксида меди(II)

2) гидроксида натрия

3) сульфата меди(II)

4) серной кислоты

Для того чтобы отличить раствор глюкозы от раствора фруктозы, необходимо использовать реакцию, которая по-разному протекает с этими веществами. Глюкоза и фруктоза являются изомерами с химической формулой $C_6H_{12}O_6$, но имеют разное строение. Глюкоза является альдоспиртом (альдогексозой), так как содержит альдегидную группу (-CHO). Фруктоза является кетоспиртом (кетогексозой), так как содержит кетонную группу (C=O). При этом оба вещества являются многоатомными спиртами из-за наличия нескольких гидроксильных групп (-OH).

Ключевое различие для их распознавания — это наличие альдегидной группы у глюкозы. Следовательно, для их различения следует использовать качественную реакцию на альдегиды.

Решение

Рассмотрим предложенные реагенты:

1) гидроксида меди(II)

Свежеосажденный гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) является реагентом для двух качественных реакций:
а) Реакция на многоатомные спирты (проводится без нагревания). И глюкоза, и фруктоза вступают в эту реакцию, растворяя голубой осадок $Cu(OH)_2$ с образованием ярко-синего раствора сахарата меди(II). На этом этапе отличить их невозможно.
$2 C_6H_{12}O_6 + Cu(OH)_2 \rightarrow (C_6H_{11}O_6)_2Cu + 2H_2O$
б) Качественная реакция на альдегидную группу (проводится при нагревании). Глюкоза, как альдегид, окисляется, восстанавливая медь(II) до оксида меди(I) ($Cu_2O$), который выпадает в виде кирпично-красного осадка.
$CH_2OH(CHOH)_4CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CH_2OH(CHOH)_4COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$
Фруктоза, будучи кетоном, в этих условиях не окисляется (в рамках стандартного рассмотрения), и синяя окраска раствора сохраняется. Таким образом, с помощью гидроксида меди(II) при нагревании можно отличить глюкозу от фруктозы.

2) гидроксида натрия

Раствор гидроксида натрия ($NaOH$) — это щелочь. В щелочной среде происходит изомеризация моносахаридов, но видимых отличий, которые позволили бы распознать растворы, не наблюдается.

3) сульфата меди(II)

Раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$) сам по себе не реагирует ни с глюкозой, ни с фруктозой с образованием какого-либо характерного признака. Он используется лишь как компонент для получения гидроксида меди(II).

4) серной кислоты

Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) является сильным водоотнимающим средством и вызовет обугливание обоих углеводов, что не позволит их различить.
$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} 6C + 6H_2O$

Следовательно, единственный реагент из списка, который позволяет отличить раствор глюкозы от раствора фруктозы, — это гидроксид меди(II).

Ответ: 1

7. Для получения сорбита из глюкозы необходимо использовать

1) аммиачный раствор оксида серебра

3) воду

2) хлороводород

4) водород

Для превращения глюкозы в сорбит необходимо восстановить альдегидную группу ($-CHO$), содержащуюся в молекуле глюкозы, до первичной спиртовой группы ($-CH_2OH$). Такая реакция называется реакцией гидрирования или восстановления.

Глюкоза является альдегидоспиртом, ее химическая формула $C_6H_{12}O_6$. В линейной форме ее можно записать как $HOCH_2-(CHOH)_4-CHO$.

Сорбит (или глюцит) — это шестиатомный спирт (полиол) с формулой $C_6H_{14}O_6$, его структура $HOCH_2-(CHOH)_4-CH_2OH$.

Реакция восстановления альдегидной группы до спиртовой происходит при взаимодействии с водородом в присутствии катализатора (например, никеля):

$HOCH_2-(CHOH)_4-CHO + H_2 \xrightarrow{Ni} HOCH_2-(CHOH)_4-CH_2OH$

Рассмотрим предложенные варианты:

1) аммиачный раствор оксида серебра (реактив Толленса) является окислителем. Он окисляет альдегидную группу глюкозы до карбоксильной группы, образуя глюконовую кислоту (в виде ее аммонийной соли). Эта реакция известна как реакция «серебряного зеркала».

2) хлороводород ($HCl$) является кислотой и не способен восстановить альдегидную группу.

3) вода ($H_2O$) не является восстановителем в данном процессе.

4) водород ($H_2$) является восстановителем и в условиях каталитического гидрирования превращает альдегидную группу глюкозы в спиртовую, в результате чего образуется сорбит.

Таким образом, для получения сорбита из глюкозы необходимо использовать водород.

Ответ: 4) водород

8. Укажите вещество X в цепочке превращений

$крахмал \rightarrow X \rightarrow этанол$

1) сахароза

2) глюкоза

3) глюконовая кислота

4) фруктоза

Решение

Рассмотрим предложенную цепочку превращений: крахмал → X → этанол.

Первый этап — это превращение крахмала в вещество X. Крахмал является полисахаридом, его общая формула $(C_6H_{10}O_5)_n$. Мономером, из которого построен крахмал, является глюкоза. В промышленности и в живых организмах крахмал подвергается гидролизу (реакции с водой) в присутствии кислот или ферментов. В результате полного гидролиза крахмала образуется глюкоза.

Уравнение реакции гидролиза крахмала:
$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+ \text{ или ферменты}} nC_6H_{12}O_6$
Таким образом, вещество X — это глюкоза.

Второй этап — это превращение вещества X (глюкозы) в этанол. Данный процесс называется спиртовым брожением. Под действием ферментов дрожжей глюкоза расщепляется на этанол и углекислый газ.

Уравнение реакции спиртового брожения:
$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$
Эта реакция подтверждает, что промежуточным продуктом является глюкоза.

Из предложенных вариантов:
1) сахароза – дисахарид, не является продуктом гидролиза крахмала.
2) глюкоза – соответствует веществу X.
3) глюконовая кислота – продукт окисления глюкозы, а не промежуточное звено в данной цепи.
4) фруктоза – изомер глюкозы, но крахмал состоит из остатков α-глюкозы.

Следовательно, правильным ответом является глюкоза.

Ответ: 2) глюкоза.

9. Верны ли утверждения?

А. Продукт взаимодействия целлюлозы с азотной кислотой (тринитрат целлюлозы) — взрывчатое вещество.

Б. При взаимодействии с иодом крахмал в отличие от целлюлозы окрашивается в синий цвет.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Для того чтобы определить, верны ли утверждения, необходимо проанализировать каждое из них.

А. Продукт взаимодействия целлюлозы с азотной кислотой (тринитрат целлюлозы) — взрывчатое вещество.

Данное утверждение является верным. Целлюлоза представляет собой полисахарид, каждое элементарное звено которого содержит три спиртовые гидроксильные группы (–OH). При реакции с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$) в присутствии концентрированной серной кислоты ($H_2SO_4$) в качестве водоотнимающего средства происходит реакция этерификации. В результате образуется сложный эфир — тринитрат целлюлозы, также известный как пироксилин.

Схематически реакцию можно представить следующим образом:

$[C_6H_7O_2(OH)_3]_n + 3n HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} [C_6H_7O_2(ONO_2)_3]_n + 3n H_2O$

Тринитрат целлюлозы (пироксилин) является мощным взрывчатым веществом и широко используется в качестве основы для создания бездымного пороха.

Б. При взаимодействии с иодом крахмал в отличие от целлюлозы окрашивается в синий цвет.

Это утверждение также является верным. Реакция с водным раствором иода — это качественная реакция для определения крахмала. И крахмал, и целлюлоза являются полимерами глюкозы, но они имеют разное пространственное строение. Макромолекулы крахмала (в частности, его компонент амилоза) скручены в спираль. Молекулы иода способны проникать внутрь этой спирали, образуя так называемый комплекс включения (клатрат). Этот комплекс обладает характерной интенсивной сине-фиолетовой окраской.

В отличие от крахмала, макромолекулы целлюлозы имеют линейную (нитчатую) структуру и образуют плотные волокна за счет межмолекулярных водородных связей. В такой структуре отсутствуют полости, подходящие для встраивания молекул иода, поэтому целлюлоза не дает цветной реакции с иодом.

Поскольку оба утверждения (А и Б) верны, правильным вариантом ответа является 3.

Ответ: 3

10. Укажите свойство веществ, на котором основана переработка крахмала и целлюлозы.

1) разложение без доступа воздуха

2) этерификация

3) горение

4) гидролиз

Крахмал и целлюлоза являются природными полимерами, полисахаридами. Их общая формула — $(C_6H_{10}O_5)_n$. Мономером в обоих случаях является глюкоза. Переработка этих веществ в промышленности часто направлена на их расщепление до мономеров (глюкозы) или других ценных продуктов. Рассмотрим предложенные варианты свойств, на которых может быть основана их переработка.

1) разложение без доступа воздуха

Этот процесс, также известный как пиролиз или сухая перегонка, действительно применяется, например, для древесины (основной компонент — целлюлоза) с целью получения древесного угля, метанола, уксусной кислоты. Однако это не является основным и универсальным методом переработки как целлюлозы, так и крахмала для получения, например, глюкозы или этанола.

2) этерификация

Реакция этерификации (взаимодействие со спиртами или кислотами с образованием сложных эфиров) используется для модификации свойств целлюлозы. Например, при реакции с азотной кислотой получают нитроцеллюлозу, а с уксусным ангидридом — ацетат целлюлозы (основа для ацетатного волокна и фотоплёнки). Это важный, но специфический способ переработки, а не основной процесс расщепления полимерной цепи.

3) горение

Горение — это процесс полного окисления вещества с выделением тепла и света. Хотя древесина (целлюлоза) используется как топливо, а крахмал в пище является источником энергии для организма (что по сути является медленным окислением), горение — это процесс уничтожения вещества для получения энергии, а не его химическая переработка в другие ценные химические соединения.

4) гидролиз

Гидролиз — это реакция обменного разложения вещества с водой. Для полисахаридов, таких как крахмал и целлюлоза, гидролиз является ключевым процессом, так как он позволяет расщепить длинные полимерные цепи на составляющие их мономеры — глюкозу. Реакция протекает в присутствии катализаторов (кислот или ферментов).

Уравнение гидролиза в общем виде:

$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+ \text{ или ферменты}} nC_6H_{12}O_6$

Полученную глюкозу затем можно использовать в пищевой промышленности или подвергнуть брожению для получения этанола (биотоплива), молочной кислоты и других продуктов. Гидролиз является основой для таких важнейших промышленных процессов, как получение патоки и глюкозы из крахмала, а также производство гидролизного спирта из древесных отходов (целлюлозы). Таким образом, это фундаментальное свойство, на котором базируется переработка обоих полисахаридов.

Следовательно, наиболее общим и важным свойством, на котором основана переработка крахмала и целлюлозы, является их способность к гидролизу.

Ответ: 4) гидролиз

11. В отличие от фруктозы глюкоза

1) гидролизуется

2) кетоноспирт

3) основной источник энергии в клетке

4) моносахарид

5) образуется при гидролизе полисахаридов

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать свойства глюкозы и фруктозы и найти утверждение, которое является верным для глюкозы, но неверным или менее характерным для фруктозы.

Глюкоза и фруктоза являются изомерами, то есть имеют одинаковую молекулярную формулу $C_6H_{12}O_6$, но разное строение. Оба вещества относятся к моносахаридам (гексозам).

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) гидролизуется

Гидролизу подвергаются сложные углеводы (дисахариды, полисахариды), распадаясь на более простые моносахариды. Глюкоза, как и фруктоза, является моносахаридом — простейшей единицей углеводов, поэтому она не может быть гидролизована. Это утверждение неверно для обоих веществ.

2) кетоноспирт

По химическому строению глюкоза является альдоспиртом (альдогексозой), так как в её молекуле присутствует альдегидная группа. Фруктоза же является кетоноспиртом (кетогексозой), так как содержит кетонную группу. Следовательно, утверждение "глюкоза — кетоноспирт" является ложным. Это свойство характерно для фруктозы, а не для глюкозы.

3) основной источник энергии в клетке

Глюкоза — центральный углевод в энергетическом обмене большинства живых организмов. Именно с расщепления глюкозы в процессе гликолиза начинается клеточное дыхание, приводящее к синтезу АТФ. Концентрация глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне, что подчёркивает её ключевую роль. Фруктоза также может использоваться как источник энергии, но для этого она предварительно превращается в производные глюкозы или промежуточные продукты гликолиза. Таким образом, глюкозу справедливо считают основным и наиболее универсальным источником энергии для клеток. Это утверждение верно для глюкозы и отличает её от фруктозы.

4) моносахарид

И глюкоза, и фруктоза являются моносахаридами. Это их общее свойство, а не отличие.

5) образуется при гидролизе полисахаридов

Глюкоза является мономерным звеном важнейших полисахаридов: крахмала (запасной углевод растений), гликогена (запасной углевод животных и грибов) и целлюлозы (структурный компонент клеточных стенок растений). При их гидролизе образуется глюкоза. Однако фруктоза также может образовываться при гидролизе полисахарида инулина, который содержится в некоторых растениях. Следовательно, это свойство не является уникальным для глюкозы и не может служить строгим отличием от фруктозы.

Исходя из анализа, единственное утверждение, которое корректно описывает свойство глюкозы в отличие от фруктозы, — это её роль как основного источника энергии в клетке.

Ответ: 3