Номер 8, страница 43 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

1. Химическая формула и состав

Химическая формула глюкозы — $C_6H_{12}O_6$. Это молекулярная формула, которая показывает качественный и количественный состав вещества.

• Качественный состав: молекула глюкозы состоит из атомов трёх химических элементов — углерода ($C$), водорода ($H$) и кислорода ($O$).
• Количественный состав: одна молекула глюкозы содержит 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Соотношение атомов $C:H:O$ равно $6:12:6$ или $1:2:1$.

Ответ: Молекулярная формула глюкозы — $C_6H_{12}O_6$, вещество состоит из атомов углерода, водорода и кислорода.

2. Классификация

Глюкоза классифицируется по нескольким признакам:

• По составу — сложное вещество, так как образовано атомами разных химических элементов.
• По принадлежности к классам соединений — органическое вещество, относится к классу углеводов (сахаридов).
• По способности к гидролизу — моносахарид, так как не гидролизуется с образованием более простых углеводов.
• По числу атомов углерода в цепи — гексоза (содержит 6 атомов углерода).
• По природе карбонильной группы — альдоза (содержит альдегидную группу, -$CHO$), поэтому полное название — альдогексоза.

Ответ: Глюкоза — это сложное органическое вещество, углевод, моносахарид, альдогексоза.

3. Молярная масса

Дано:

Формула вещества: $C_6H_{12}O_6$

Относительная атомная масса углерода: $A_r(C) = 12$

Относительная атомная масса водорода: $A_r(H) = 1$

Относительная атомная масса кислорода: $A_r(O) = 16$

Найти:

Молярную массу глюкозы $M(C_6H_{12}O_6)$ — ?

Решение:

Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе. Рассчитаем относительную молекулярную массу глюкозы, сложив относительные атомные массы всех атомов, входящих в состав молекулы:

$M_r(C_6H_{12}O_6) = 6 \cdot A_r(C) + 12 \cdot A_r(H) + 6 \cdot A_r(O)$

$M_r(C_6H_{12}O_6) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 72 + 12 + 96 = 180$

Следовательно, молярная масса глюкозы равна 180 г/моль.

$M(C_6H_{12}O_6) = 180 \text{ г/моль}$

Ответ: Молярная масса глюкозы $M(C_6H_{12}O_6)$ равна 180 г/моль.

4. Строение молекулы

Глюкоза существует в двух формах: линейной (открытой, ациклической) и циклической. В растворах эти формы находятся в равновесии, но преобладают циклические.

• Линейная форма: представляет собой шестиатомную цепь с альдегидной группой (–CHO) на одном конце и пятью гидроксильными группами (–OH). Её можно описать как полигидроксиальдегид.
• Циклические формы: образуются в результате внутримолекулярной реакции между альдегидной группой и гидроксильной группой у пятого атома углерода. В результате образуется шестичленный гетероцикл (пиранозный цикл). При циклизации возникает новый хиральный центр (аномерный атом углерода), что приводит к существованию двух изомеров — $\alpha$-глюкозы и $\beta$-глюкозы, различающихся пространственным расположением гидроксильной группы у первого атома углерода.

Ответ: Молекула глюкозы имеет двойственную природу, существуя в линейной форме (полигидроксиальдегид) и двух циклических формах ($\alpha$- и $\beta$-глюкоза).

5. Тип химической связи и кристаллической решётки

В молекуле глюкозы все связи между атомами углерода, водорода и кислорода являются ковалентными полярными (связи C–O, O–H, C–H) и ковалентными неполярными (связи C–C). В твёрдом состоянии глюкоза образует молекулярную кристаллическую решётку. В узлах этой решётки находятся молекулы глюкозы, связанные между собой слабыми межмолекулярными силами, в основном прочными водородными связями, образующимися между гидроксильными группами соседних молекул.

Ответ: В молекуле глюкозы связи ковалентные полярные и неполярные. В твёрдом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решётку.

6. Физические свойства

• Агрегатное состояние: при обычных условиях — твёрдое вещество.
• Внешний вид: бесцветный или белый кристаллический порошок.
• Вкус: сладкий (менее сладкая, чем сахароза).
• Запах: без запаха.
• Растворимость: хорошо растворима в воде благодаря наличию множества полярных гидроксильных групп, способных образовывать водородные связи с молекулами воды. Малорастворима в спиртах и нерастворима в неполярных растворителях (эфир, бензин).
• Температура плавления: $\alpha$-форма плавится при 146 °C, $\beta$-форма — при 150 °C.

Ответ: Глюкоза — твёрдое кристаллическое вещество белого цвета, сладкое на вкус, без запаха, хорошо растворимое в воде.

7. Химические свойства

Химические свойства глюкозы обусловлены наличием в её молекуле альдегидной и гидроксильных групп.

1. Свойства как многоатомного спирта (реакции по -ОН группам):

   Реагирует со свежеосаждённым гидроксидом меди(II) $Cu(OH)_2$ без нагревания, образуя ярко-синий раствор комплексного соединения (качественная реакция на многоатомные спирты).

   $2C_6H_{12}O_6 + Cu(OH)_2 \rightarrow (C_6H_{11}O_6)_2Cu + 2H_2O$

2. Свойства как альдегида (реакции по -СHO группе):

   • Окисление: вступает в реакцию «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра, образуя глюконовую кислоту и металлическое серебро.

     $CH_2OH(CHOH)_4CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} CH_2OH(CHOH)_4COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

   • Окисление гидроксидом меди(II) при нагревании: синяя окраска исчезает, и выпадает красный осадок оксида меди(I) $Cu_2O$.

     $CH_2OH(CHOH)_4CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_2OH(CHOH)_4COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$

   • Восстановление: при гидрировании (реакция с водородом) в присутствии катализатора (Ni) альдегидная группа восстанавливается до спиртовой, образуя шестиатомный спирт сорбит.

     $C_6H_{12}O_6 + H_2 \xrightarrow{Ni} C_6H_{14}O_6$

3. Специфические свойства (брожение):

   • Спиртовое брожение (под действием дрожжей):

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

   • Молочнокислое брожение (под действием молочнокислых бактерий):

     $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{бактерии} 2CH_3CH(OH)COOH$

Ответ: Глюкоза проявляет двойственные химические свойства: как многоатомный спирт (реакция с $Cu(OH)_2$) и как альдегид (реакция «серебряного зеркала», окисление $Cu(OH)_2$ при нагревании). Также для неё характерны реакции брожения.

8. Нахождение в природе и получение

Глюкоза — один из самых распространённых углеводов в природе. В свободном виде содержится в соке многих растений, особенно много её в винограде (отсюда название «виноградный сахар»), фруктах, ягодах и мёде. Является обязательным компонентом крови животных и человека. Глюкоза является мономерным звеном важнейших полисахаридов: крахмала, гликогена и целлюлозы. В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала или целлюлозы. В природе глюкоза образуется в зелёных растениях в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды под действием солнечного света.

$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

Ответ: Глюкоза в свободном виде содержится в соке растений (виноград), мёде, крови, а в связанном виде входит в состав крахмала и целлюлозы. Основной природный процесс её образования — фотосинтез.

9. Применение

• Пищевая промышленность: как подсластитель в кондитерском производстве, для изготовления напитков, мороженого.
• Медицина: как источник легкоусвояемой энергии (в виде растворов для внутривенного введения), для определения уровня сахара в крови, как противошоковое и дезинтоксикационное средство. Исходное сырьё для синтеза аскорбиновой кислоты (витамина С).
• Химическая промышленность: для производства этанола, сорбита, молочной и глюконовой кислот.
• Текстильная промышленность: как восстановитель при крашении тканей.
• Другое: в микробиологии как питательная среда, в технике — для серебрения зеркал и ёлочных игрушек.

Ответ: Глюкоза широко применяется в пищевой промышленности, медицине и как сырьё для химического синтеза.