Страница 92 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между веществом и его характеристикой.

ВЕЩЕСТВО

А) крахмал

Б) целлюлоза

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВА

1) имеет формулу $(C_6H_{10}O_5)_n$

2) основной углевод пищи

3) при гидролизе образует глюкозу

4) природный полимер

5) используется в производстве искусственных волокон

Решение

Для того чтобы установить соответствие, необходимо проанализировать свойства каждого вещества и сопоставить их с предложенными характеристиками.

А) крахмал

Проанализируем все характеристики применительно к крахмалу:

1) имеет формулу $(C_6H_{10}O_5)_n$ – Эта характеристика верна. Крахмал является полисахаридом, его макромолекулы состоят из остатков глюкозы, а общая формула полисахаридов – $(C_6H_{10}O_5)_n$.

2) основной углевод пищи – Эта характеристика верна. Крахмал, содержащийся в таких продуктах, как картофель, злаки, рис, является основным углеводом, который усваивается организмом человека и служит источником энергии.

3) при гидролизе образует глюкозу – Эта характеристика верна. При полном гидролизе, который может происходить под действием кислот или ферментов, крахмал распадается на мономеры – молекулы глюкозы. Уравнение реакции: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \rightarrow nC_6H_{12}O_6$.

4) природный полимер – Эта характеристика верна. Крахмал синтезируется в клетках растений в процессе фотосинтеза и откладывается в качестве запасного питательного вещества, то есть является полимером природного происхождения.

5) используется в производстве искусственных волокон – Эта характеристика неверна. В производстве искусственных волокон (например, вискозы или ацетатного шелка) в качестве сырья используется целлюлоза, а не крахмал.

Таким образом, для крахмала подходят характеристики 1, 2, 3 и 4.

Ответ: 1, 2, 3, 4

Б) целлюлоза

Проанализируем все характеристики применительно к целлюлозе (клетчатке):

1) имеет формулу $(C_6H_{10}O_5)_n$ – Эта характеристика верна. Целлюлоза, как и крахмал, является полисахаридом и имеет ту же общую формулу. Однако она имеет иное пространственное строение молекул (состоит из остатков β-глюкозы) и большую степень полимеризации.

2) основной углевод пищи – Эта характеристика неверна. Организм человека не содержит ферментов, способных расщеплять целлюлозу, поэтому она не усваивается и не является источником энергии. Целлюлоза выполняет роль пищевых волокон (клетчатки).

3) при гидролизе образует глюкозу – Эта характеристика верна. Несмотря на то что целлюлоза не переваривается в организме человека, в промышленных условиях при гидролизе (например, при нагревании с концентрированными кислотами) она расщепляется до глюкозы.

4) природный полимер – Эта характеристика верна. Целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, что делает ее самым распространенным органическим полимером на Земле.

5) используется в производстве искусственных волокон – Эта характеристика верна. Целлюлоза является важнейшим сырьем для химической промышленности, в частности для производства искусственных волокон, таких как вискозное волокно и ацетатный шелк.

Таким образом, для целлюлозы подходят характеристики 1, 3, 4 и 5.

Ответ: 1, 3, 4, 5

Задания с развёрнутым ответом

13. Если на срез незрелого яблока капнуть разбавленную настойку иода, появится синее окрашивание. На срезе созревшего яблока такое явление при действии иода наблюдаться не будет. Объясните результат опыта.

Решение

Наблюдаемое явление объясняется изменением химического состава яблока в процессе его созревания. Разбавленная настойка иода является качественным реактивом на крахмал. Крахмал — это сложный углевод (полисахарид), который при взаимодействии с иодом образует комплексное соединение интенсивного синего цвета. Эта реакция позволяет определить наличие крахмала в продукте.

В незрелых яблоках содержится большое количество крахмала, который служит для растения запасным питательным веществом. Поэтому, когда на срез незрелого яблока капают раствор иода, происходит характерная химическая реакция, и срез окрашивается в синий цвет.

В процессе созревания в яблоке под действием специальных ферментов (амилаз) происходит процесс гидролиза крахмала. Это означает, что сложные молекулы крахмала расщепляются на более простые молекулы — сахара (в основном глюкозу и фруктозу), которые придают яблоку сладкий вкус. Схематически этот процесс можно записать так: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{\text{ферменты}} nC_6H_{12}O_6$. В результате в спелом, созревшем яблоке крахмал практически отсутствует.

Поскольку в созревшем яблоке крахмала нет, иоду не с чем реагировать, и качественная реакция не происходит. Поэтому синее окрашивание на срезе спелого яблока не наблюдается.

Ответ: Синее окрашивание на срезе незрелого яблока обусловлено наличием в нем большого количества крахмала, который дает качественную реакцию с иодом. В процессе созревания крахмал в яблоке под действием ферментов гидролизуется (превращается) в простые сахара, поэтому в спелом яблоке крахмал практически отсутствует, и реакция с иодом не происходит.

14. Определите массу глюкозы, полученной из 50 кг древесных опилок, содержащих 50 % целлюлозы, если выход продукта реакции составляет 60 %.

Дано:

$m(опилок) = 50 \text{ кг}$
$\omega(целлюлозы) = 50 \% = 0,5$
$\eta(выход) = 60 \% = 0,6$

Найти:

$m_{практ.}(глюкозы) - ?$

Решение:

1. Первым шагом запишем уравнение химической реакции гидролиза целлюлозы. Целлюлоза — это полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. При кислотном гидролизе каждое мономерное звено целлюлозы превращается в молекулу глюкозы:

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

Из уравнения следует, что из 1 моль мономерных звеньев целлюлозы образуется 1 моль глюкозы.

2. Рассчитаем массу чистой целлюлозы в исходном сырье (древесных опилках):

$m(целлюлозы) = m(опилок) \times \omega(целлюлозы) = 50 \text{ кг} \times 0,5 = 25 \text{ кг}$

3. Вычислим молярные массы мономерного звена целлюлозы $(C_6H_{10}O_5)$ и глюкозы $(C_6H_{12}O_6)$, используя целочисленные значения атомных масс: $Ar(C)=12, Ar(H)=1, Ar(O)=16$. Для удобства расчетов будем использовать единицы кг/кмоль.

$M(C_6H_{10}O_5) = 6 \cdot 12 + 10 \cdot 1 + 5 \cdot 16 = 162 \text{ кг/кмоль}$

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

4. Определим теоретически возможную массу глюкозы $(m_{теор.})$, которая может быть получена из 25 кг целлюлозы. Составим пропорцию на основе стехиометрического соотношения масс:

$\frac{m(целлюлозы)}{M(C_6H_{10}O_5)} = \frac{m_{теор.}(глюкозы)}{M(C_6H_{12}O_6)}$

$m_{теор.}(глюкозы) = \frac{m(целлюлозы) \times M(C_6H_{12}O_6)}{M(C_6H_{10}O_5)} = \frac{25 \text{ кг} \times 180 \text{ кг/кмоль}}{162 \text{ кг/кмоль}} = \frac{4500}{162} \text{ кг} \approx 27,78 \text{ кг}$

5. Наконец, рассчитаем практическую массу полученной глюкозы $(m_{практ.})$, учитывая, что выход продукта реакции составляет 60%:

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

$m_{практ.}(глюкозы) \approx 27,78 \text{ кг} \times 0,6 \approx 16,67 \text{ кг}$

Для получения точного значения выполним расчет без промежуточных округлений:

$m_{практ.}(глюкозы) = \frac{25 \times 180}{162} \times 0,6 = \frac{2700}{162} = \frac{50}{3} \approx 16,67 \text{ кг}$

Ответ: масса полученной глюкозы составляет 16,67 кг.

1. Не является углеводом вещество, формула которого

1) $(C_6H_{10}O_5)_n$

2) $C_6H_{13}OH$

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

4) $C_6H_{12}O_6$

Решение

Для того чтобы определить, какое из предложенных веществ не относится к классу углеводов, необходимо проанализировать химическую формулу каждого вещества и сопоставить ее с общей формулой и определением углеводов.

Углеводы (сахариды) — это обширный класс органических соединений, которые по химическому строению являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами (или их производными). Общая формула большинства углеводов — $C_m(H_2O)_n$, где $m$ и $n$ — целые числа ($m \ge 3$, $n \ge 3$).

1) $(C_6H_{10}O_5)_n$

Данная формула является общей формулой полисахаридов, таких как крахмал, целлюлоза и гликоген. Полисахариды — это биополимеры, мономерами которых являются моносахариды (чаще всего глюкоза). Они образуются в реакции поликонденсации: $n C_6H_{12}O_6 \rightarrow (C_6H_{10}O_5)_n + n H_2O$. Поскольку полисахариды являются одним из основных классов углеводов, это вещество — углевод.

2) $C_6H_{13}OH$

Эта формула может быть записана в виде брутто-формулы $C_6H_{14}O$. Она соответствует гексанолу — представителю класса предельных одноатомных спиртов, общая формула которых $C_kH_{2k+1}OH$. Соотношение атомов водорода и кислорода в этой молекуле не соответствует формуле воды ($H_2O$), как это характерно для углеводов ($C_6(H_2O)_n$). Следовательно, гексанол не является углеводом.

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

Это молекулярная формула дисахаридов, к которым относятся сахароза, мальтоза и лактоза. Их можно представить общей формулой $C_{12}(H_2O)_{11}$. Дисахариды состоят из двух остатков моносахаридов и являются типичными представителями углеводов. Таким образом, это вещество — углевод.

4) $C_6H_{12}O_6$

Это молекулярная формула моносахаридов-гексоз, таких как глюкоза, фруктоза и галактоза. Их формулу можно записать как $C_6(H_2O)_6$, что полностью соответствует общему определению углеводов. Моносахариды являются структурными единицами для более сложных углеводов. Следовательно, это вещество — углевод.

Таким образом, единственное вещество из списка, которое не является углеводом, — это гексанол с формулой $C_6H_{13}OH$.

Ответ: 2.

2. К моносахаридам относится

1) сахароза

2) крахмал

3) целлюлоза

4) фруктоза

Решение

Для того чтобы определить, какое из перечисленных веществ является моносахаридом, необходимо рассмотреть классификацию углеводов. Углеводы делятся на три основные группы:

• Моносахариды (простые сахара) – углеводы, которые не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Примеры: глюкоза, фруктоза, галактоза.
• Дисахариды – углеводы, которые при гидролизе распадаются на две молекулы моносахаридов. Примеры: сахароза, лактоза, мальтоза.
• Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из большого числа остатков моносахаридов. Примеры: крахмал, целлюлоза, гликоген.

Теперь проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) сахароза
Сахароза (обычный сахар) имеет химическую формулу $C_{12}H_{22}O_{11}$. При гидролизе одна молекула сахарозы распадается на одну молекулу глюкозы и одну молекулу фруктозы. Следовательно, сахароза является дисахаридом.

2) крахмал
Крахмал представляет собой полимер, состоящий из множества остатков глюкозы. Его общая формула записывается как $(C_6H_{10}O_5)_n$, где n – большая цифра. Таким образом, крахмал является полисахаридом.

3) целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) также является полисахаридом с общей формулой $(C_6H_{10}O_5)_n$. Она, как и крахмал, состоит из остатков глюкозы, но они соединены между собой другим типом химической связи.

4) фруктоза
Фруктоза (фруктовый сахар) имеет химическую формулу $C_6H_{12}O_6$. Она является простым сахаром и не может быть расщеплена на более простые углеводы. Следовательно, фруктоза относится к классу моносахаридов.

Таким образом, единственным моносахаридом в предложенном списке является фруктоза.

Ответ: 4) фруктоза.

3. Гидролизу подвергается каждое из двух веществ:

1) глюкоза и сахароза

2) клетчатка и сахароза

3) крахмал и фруктоза

4) целлюлоза и глюкоза

Решение

Гидролиз — это реакция разложения вещества под действием воды. В химии углеводов гидролизу подвергаются сложные углеводы, такие как дисахариды и полисахариды, которые распадаются на более простые углеводы, в конечном итоге на моносахариды. Моносахариды (например, глюкоза, фруктоза) являются простейшей формой углеводов и дальнейшему гидролизу не подвергаются.

Рассмотрим каждую предложенную пару веществ:

1) глюкоза и сахароза
Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$) — это моносахарид, она не гидролизуется. Сахароза ($C_{12}H_{22}O_{11}$) — дисахарид, она гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы. Поскольку одно из веществ в паре не подвергается гидролизу, этот вариант не является правильным.

2) клетчатка и сахароза
Клетчатка (целлюлоза) — это полисахарид, общая формула которого $(C_6H_{10}O_5)_n$. Она подвергается гидролизу, в результате которого образуются молекулы глюкозы: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+} nC_6H_{12}O_6$. Сахароза ($C_{12}H_{22}O_{11}$) — это дисахарид, который также гидролизуется, распадаясь на молекулу глюкозы и молекулу фруктозы: $C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+} C_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)} + C_6H_{12}O_6 \text{ (фруктоза)}$. Таким образом, оба вещества в этой паре подвергаются гидролизу. Этот вариант является правильным.

3) крахмал и фруктоза
Крахмал ($(C_6H_{10}O_5)_n$) — полисахарид, который гидролизуется до глюкозы. Фруктоза ($C_6H_{12}O_6$) — моносахарид, который гидролизу не подвергается. Следовательно, этот вариант неверен.

4) целлюлоза и глюкоза
Целлюлоза ($(C_6H_{10}O_5)_n$) — полисахарид, подвергается гидролизу. Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$) — моносахарид, не подвергается гидролизу. Следовательно, этот вариант также неверен.

Ответ: 2) клетчатка и сахароза.

4. Молекулярная формула глюкозы может быть представлена как

1) $C_{12}(H_2O)_{11}$

2) $(C_6H_{10}O_5)_n$

3) $C_6(H_2O)_6$

4) $C_5(H_2O)_5$

Решение

Молекулярная (брутто) формула глюкозы — $C_6H_{12}O_6$. Глюкоза относится к классу углеводов, и её состав соответствует общей формуле $C_n(H_2O)_m$, где соотношение атомов водорода и кислорода такое же, как в воде. Так как глюкоза является гексозой (содержит 6 атомов углерода), то $n=6$. Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) Формула $C_{12}(H_2O)_{11}$ после раскрытия скобок даёт $C_{12}H_{2 \cdot 11}O_{11} = C_{12}H_{22}O_{11}$. Это молекулярная формула сахарозы, которая является дисахаридом, а не глюкозы (моносахарида).

2) Формула $(C_6H_{10}O_5)_n$ является общей формулой для полисахаридов (например, крахмала или целлюлозы), где $n$ — это степень полимеризации. Эта формула описывает полимер, а не отдельную молекулу глюкозы.

3) Формула $C_6(H_2O)_6$ после раскрытия скобок даёт $C_6H_{2 \cdot 6}O_{1 \cdot 6} = C_6H_{12}O_6$. Это представление в точности соответствует молекулярной формуле глюкозы.

4) Формула $C_5(H_2O)_5$ после раскрытия скобок даёт $C_5H_{2 \cdot 5}O_{1 \cdot 5} = C_5H_{10}O_5$. Это молекулярная формула пентоз (например, рибозы), которые содержат 5 атомов углерода, а не 6, как глюкоза.

Таким образом, правильным вариантом, представляющим молекулярную формулу глюкозы, является третий.

Ответ: 3