Конспект урока "Полисахариды. Крахмал и целлюлоза" 10 класс


Асхабутдинова Наталия Николаевна
Учитель химии МБОУ «Школа №109 имени М.И.Абдуллина»
Городского округа город Уфа Республики Башкортостан
10 класс
Тема: «Полисахариды. Крахмал и целлюлоза».
Цель: Рассмотреть важнейшие полисахариды: крахмал и целлюлозу.
Сравнить их строение, свойства, применение и значение в природе.
Задачи урока:
1. Изучить строение, свойства, применение полисахаридов.
2. Развивать умение выявлять связь между составом, строением молекул
полисахаридов и их свойствами.
3. Развивать умения работать в определенном темпе, умения объяснять,
сопоставлять и сравнивать, анализировать, обобщать и делать выводы.
4. Формировать научное мировоззрение, воспитывать терпимость,
уважительное отношение к людям, формировать экологическое
воспитание.
5. Показать связь между предметами химия, биология, география,
история; научить применять полученные знания в жизни.
Оборудование: ПК, медиапроектор, экран. На партах учащихся: вата,
крахмал, срез клубня картофеля, лук, кусочек хлеба, колбаса, молоко, мед,
сахар, лист комнатного растения, вода, йодная настойка, пробирки,
фильтровальная бумага.
Методы и приемы обучения: лекция с элементами беседы, работа с
учебником, ИКТ, лабораторная работа.
Тип урока: изучение нового материала.
Структура урока
I. Организационный момент.
II. Актуализация знаний. /Классификация углеводов/
III. Объяснение нового материала.
IV. Закрепление знаний.
V. Домашнее задание.
VI. Подведение итогов урока. Рефлексия.
Ход урока.
I. Организационный момент.
II. Актуализация знаний.
Фронтальный опрос.
1. Какой класс органических веществ мы изучаем?
2. Какие соединения называются углеводами?
3. Назовите общую формулу углеводов?
4. Приведите классификацию углеводов.
5. В чем двойственность химических свойств глюкозы?
6. Какие дисахариды вы знаете?
Индивидуальная работа. Тест 1.
1. Расположите вещества в порядке возрастания числа атомов углерода в
составе молекулы:
А. Сахарозы
Б. Глюкозы
В. Рибозы
2. Глюкоза содержит функциональные группы:
А. Гидроксильную
Б. Карбонильную
В. Карбоксильную
3. Лактоза относится к группе:
А. Моносахаридов
Б. Дисахаридов
В. Полисахаридов
4. Реагент, применяемый для распознавания глицерина и глюкозы
А. Бромная вода
Б. Оксид серебра
В. Гидроксид меди
5. Углеводы – это:
А. Многоатомные спирты, содержащие в своем составе спиртовую,
альдегидную группы
Б. Органические молекулы, в состав которых входит несколько остатков
аминокислот, связанных пептидной связью
В. Сложные эфиры жирных кислот и различных спиртов.
6. Изомерами являются:
А. Фруктоза и сахароза
Б. Фруктоза и глюкоза
В. Фруктоза и крахмал
7. В результате какой реакции из молекулы дисахарида можно получить два
остатка моносахаридов?
А. Пиролиз
Б. Гидролиз
В. Брожение
8. ЗАДАЧА.
Какую массу глюкозы необходимо подвергнуть брожению, чтобы получить
этиловый спирт массой 46г, если практический выход 90%?
III. Объяснение нового материала.
Сравнение крахмала и целлюлозы.
Заполнение таблицы. Работа в парах.
Сравнение крахмала и целлюлозы.
Признаки сравнения
Крахмал
Целлюлоза
1. Число мономеров
2. Строение
3. Физические свойства
4. Химические свойства
4.1. Качественная
реакция
5. Нахождение в
природе
6. Применение
1). Состав и строение молекул полисахаридов.
а) Состав и строение молекул крахмала.
В 1811 году выдающийся русский химик Константин Сигизмундович
Кирхгоф, нагревая крахмал с разбавленным раствором серной кислоты,
получил глюкозу. Так как количество серной кислоты до и после реакции
оставалось неизменным, ученый сделал вывод о каталитической роли серной
кислоты в данной реакции. Другой важный вывод заключался в том, что
элементарным звеном полимерной цепи крахмала являются остатки
глюкозы. Его общая формула
6
Н
10
О
5
)n. Установлено, что макромолекула
крахмала состоит из остатков молекул циклической α-глюкозы.
Установлено, что крахмал состоит из двух полисахаридов амилозы и
амилопектина. В ходе беседы учащиеся отмечают, чем отличаются по
строению эти полисахариды.
Помимо крахмала растительного происхождения в печени человека и
животных обнаружен животный крахмал гликоген. Структура гликогена
похожа на амилопектин, но еще более разветвлена. Гликоген резервный
полисахарид. Служит основным источником глюкозы в организме.
б) Состав и строение молекул целлюлозы
Учащиеся находят сходство и отличия в строении целлюлозы и крахмала.
Учитель задает вопрос: почему крахмал и целлюлоза вещества с
одинаковой молекулярной формулой обладают различными свойствами?
В ходе беседы учащиеся приходят к выводу, что:
- свойства полимеров зависят от числа элементарных звеньев и их
структуры.
- степень полимеризации у целлюлозы намного больше, чем у крахмала.
- макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков
молекулы β-глюкозы и имеют только линейное строение.
- макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и
образуют волокна (лен, хлопок, конопля).
2). Физические свойства крахмала и целлюлозы.
Лабораторный опыт 1.
Рассмотрите крахмал и целлюлозу (вату). Исследуйте их растворимость в
холодной воде. Что наблюдаете? Чем отличаются по свойствам вещества?
Сделайте выводы и запишите их в таблицу.
3). Химические свойства полисахаридов.
а). Химические свойства крахмала. Работа с учебником. Напишите
химические свойства полисахаридов.
Гидролиз. Учащиеся записывают уравнение реакции.
H2SO4
6
Н
10
О
5
)n + nH
2
O nC
6
H
12
O
6
б). Учащиеся отмечают, что гидролиз целлюлозы идет труднее, требует
длительного кипячения в присутствии сильных кислот. Записывают
уравнение реакции:
6
Н
10
О
5
)n + nH
2
O nC
6
H
12
O
6
в). Этерификация.
Элементарное звено молекулы целлюлозы имеет три гидроксильные группы,
которые могут участвовать в образовании сложных эфиров с кислотами.
Реакция нитрования целлюлозы.
[C
6
H
7
O
2
(OH)
3
]n + 3nHONO
2
→ [C
6
H
7
O
2
(ONO
2
)
3
]n + 3n H
2
O
Тринитрат целлюлозы используется для изготовления бездымного пороха и
взрывчатых веществ. Это был первый полимер, из которого была
изготовлена промышленная отечественная пластмасса целлулоид.
Пироксилин раньше использовался для изготовления кино- и фотопленки и
лаков. Его главный недостаток – легкая горючесть.
Реакция получения ацетилцеллюлозы.
C
6
H
7
O
2
(OH)
3
]n + 3nHOOC-CH
3
→ [C
6
H
7
O
2
(OOC-CH
3
)
3
]n + 3n H
2
O
Учащиеся записывают уравнение реакции получения ацетилцеллюлозы и
рассматривают схему формования ацетатного волокна. Учитель отмечает
области применения ацетилцеллюлозы.
г). Качественная реакция.
Лабораторный опыт 2.
Качественная реакция на крахмал.
Взаимодействие крахмала с йодом. На коллоидный раствор крахмала
капните по одной капле раствора йода. Что наблюдаете? Вступает ли
целлюлоза в подобную реакцию с раствором йода? Ответьте на
поставленные вопросы. Выводы запишите в таблицу.
4). Нахождение полисахаридов в природе.
Опираясь на знания из курса биологии, учащиеся отвечают на вопросы:
- В каких органах растений содержатся зерна крахмала?
- Какие растения особенно богаты крахмалом?
- В чем заключается биологическая роль крахмала?
Нахождение целлюлозы в природе. Биологическая роль. Беседа по слайду.
Заполнение таблицы.
5). Применение.
Мы уже достаточно много знаем о полисахаридах. Давайте попробуем
сформулировать области применения этих веществ в нашей жизни.
Крахмал является основным углеводом пищи человека, он в больших
количествах содержится в хлебе, крупах, картофеле, овощах. В значительных
количествах крахмал перерабатывается на декстрины, патоку, глюкозу,
которые используются в кондитерской промышленности. Крахмал
используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей,
накрахмаливания белья. В медицине на основе крахмала готовят мази,
присыпки и т.д. Некоторые недобросовестные продавцы добавляют в
сметану крахмал в качестве загустителя. В сыр, колбасу, мед и другие
продукты крахмал добавляют для увеличения массы. В молочных и мясных
продуктах крахмала быть не должно. Чтобы определить в домашних
условиях его наличие, достаточно капнуть в продукт раствор йода. Перед
вами лежат образцы продуктов. Определите с помощью качественной
реакции наличие крахмала в них. Данные занесите в таблицу.
Определение крахмала в продуктах питания и листе комнатного растения.
Молоко
Хлеб
Лук
картофель
Колбаса
Сахар
Мед
Лист
Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза. Фотосинтез -
уникальный процесс, происходящий в природе, в результате которого
образуются углеводы, осуществляется только в зеленых растениях. Растение
единственная в своем роде «живая фабрика», где при помощи энергии
Солнца из неорганических веществ СО
2
(углекислого газа) и Н
2
О (воды)
образуются органические вещества углеводы и выделяется кислород
2
).
Все прочие органические вещества в любых организмах синтезируются при
участии углеводов, образовавшихся за счет фотосинтеза. Роль этого процесса
на Земле трудно переоценить. Это единственный источник кислорода в
атмосфере нашей планеты и органического углерода всей живой природы.
Проверьте наличие крахмала в листе растения, результат занесите в таблицу.
Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Ее применение
весьма разнообразно. Из целлюлозы изготавливают многочисленные
искусственные волокна, полимерные пленки, пластмассы, бездымный порох,
лаки. Большое значение имеют продукты этерификации целлюлозы. Так,
например, из ацетилцеллюлозы получают ацетатный шелк. Для этого
триацетилцеллюлозу растворяют в смеси дихлорметана и этанола.
Образовавшийся вязкий раствор продавливают через фильеры
металлические колпачки с многочисленными отверстиями. Тонкие струи
раствора опускаются в шахту, через которую противотоком проходит
нагретый воздух. В результате растворитель испаряется и
триацетилцеллюлоза выделяется в виде длинных нитей, из которых
прядением изготовляют ацетатный шелк. (рис.34 стр. 210).Ацетилцеллюлоза
идет также на производство негорючей пленки и органического стекла,
пропускающего ультрафиолетовые лучи. Тринитроцеллюлоза (пироксилин)
используется как взрывчатое вещество и для производства бездымного
пороха. Большое количество целлюлозы идет на производство бумаги.
Доклад учащегося о производстве бумаги.
IV. Закрепление.
Тест 2.
1. Молекулярная формула крахмала
а) С
6
Н
12
О
6
б) С
12
Н
22
О
11
в) (С
6
Н
10
О
5
)n г) С
2
Н
5
ОН
2. При полном гидролизе крахмала образуется:
а) фруктоза б) рибоза в) галактоза г) α глюкоза
3. Вещество с наивысшим содержанием крахмала
а) картофель б) рис в) мед г) древесина
4. Для определения крахмала используется
а) гидроксид меди(II) б) йодная настойка в) бромная вода г)этанол
5. Вещество с наибольшим содержанием целлюлозы
а) солома б) мед в) дерево г) хлопок
6. Чем отличаются α- и β- формы глюкозы
а) наличием цикла б) размером цикла в) расположением гидроксильной
группы при С
1
г) числом атомов кислорода в цикле
7. Исключите лишнее понятие
а) гликоген б) крахмал в) глюкоза г) целлюлоза
8. Мономером для целлюлозы является:
а) глюкоза б) сахароза в) α глюкоза г) β - глюкоза
9. Крахмал относится к:
а) моносахаридам б) дисахаридам в) полисахаридам г) жирам.
10. Глюкоза по химическому строению является:
а) альдегидоспиртом б) спиртом в) эфиром г) альдегидом
Проверьте тест, поставьте себе отметку:
9-10 «5», 7-8 «4», 5-6 «3», > 5 «2».
Ответы:
1
в
6
в
2
г
7
в
3
б
8
г
4
б
9
в
5
г
10
а
V. Домашнее задание.
1. Домашнее исследование. Ферментативный гидролиз крахмала. В
слюне человека находится пищеварительный фермент амилаза. Под
действием амилазы (птиалина) происходит гидролиз крахмала.
Разжуйте хорошо (не менее 10 минут) маленький кусочек черного
хлеба. Меняются ли вкусовые ощущения? Чем это можно
объяснить? Поместите его в фарфоровую чашку. Внесите в нее
каплю раствора йода. Что наблюдаете? Какой можно сделать
вывод? Расскажите о результатах своих опытов.
2. Напишите биологическое значение углеводов.
3. Упражнения 1, 2, 3 стр. 210. Дополнительно 4, 5.
VI. Подведение итогов урока. Рефлексия.
1. Что вам показалось наиболее интересным?
2. Что больше всего запомнилось?
3. Что вызвало затруднение?
4. Что удивило?
Приложение 1.
История изготовления бумаги.
Без бумаги невозможно себе представить современный мир. Без нее не было бы
газет, журналов, книг. Но до ее изобретения, какие только материалы не
пытался приспособить для письма человек в процессе своего длительного
исторического культурного развития. Древние китайцы писали свои иероглифы
тушью (специальной жидкостью) с помощью кисточки на бамбуковых
дощечках и шелковых свитках. Финикийцы тоже писали составом, похожим на
тушь, на глиняных черепках. На сырой глине деревянной палочкой выдавливали
клинышки жители Междуречья. А в древнем Новгороде в ходу была береста
берёзовая кора, на ней надписи делали с помощью заострённой палочки
«писала».
В разных концах земли искали более удобный материал для письма. Первым
специально созданным для письма материалом стал папирус. Изготовление
папируса возникло в древнем Египте примерно около 3,5 тысяч лет до нашей
эры. Его готовили из одного тростникового растения, произрастающего в
низовьях Нила. Это растение имеет прямой стебель высотой до 5 метров. Для
приготовления материала для письма использовалась только нижняя часть
стебля длиной около 60 сантиметров. Её освобождали от наружного зелёного
слоя, а белую сердцевину разрезали ножом на тонкие узкие полоски и 2-3 дня
выдерживали в свежей воде для набухания и удаления водорастворимых
веществ. Размягчённые полоски прокатывали деревянной каталкой по доске,
затем снова замачивали на сутки, прокатывали и опять погружали в воду. После
этих операций полоски
становились полупрозрачные и имели кремовый оттенок. После этого полоски
стебля укладывали друг на друга, обезвоживали под прессом, после чего
сушили под прессом и разглаживали гладким камнем.
Этот материал так и называли папирус. Он не только является ближайшим
предком бумаги, но и передал ей свое название. На многих языках бумага до сих
пор называется папирусом: по-немецки папир, по-французски папье, по-
английски пэйпер. Папирус не отличался прочностью: сделанный из него лист
нельзя было складывать или перегибать. Поэтому из него стали делать длинные
ленты, которые наматывали на палочку с ручкой. Получались свитки, на
которых переписывали книги и документы. Читали свиток таким образом: левой
рукой держали палочку за фигурный конец, а правой рукой разворачивали
перед глазами текст. Кроме папируса стали использовать стебли некоторых
пальм. Из них также делали свитки и небольшие листки. На них писали в
Древней Индии и Тибете. Свитки складывали в специальные корзины. В
производстве папируса египтяне достигли высокого совершенства. Его охотно
покупали в соседних странах. Из папирусных свитков создавали целые
библиотеки. Так, библиотека в городе Александрии насчитывала более 500 тыс.
свитков.
Во 2 веке до нашей эры в Малой Азии в Пергамском царстве в городе Пергаме
было организовано производство прекрасного материала для письма, но не из
папируса, а из обработанных особым способом кож молодых животных телят,
ягнят, козлов, ослов. По имени города этот материал стал называться пергамент.
В отличие от папируса пергамент был значительно прочнее, эластичнее,
долговечнее, на нём было легче писать, причём с обоих сторон, а в случае
необходимости текст можно было легко смыть и нанести новый. Но, несмотря
на эти преимущества пергамента, изготовление его трудоёмко и он был дорогим
материалом.
Так как папирус и пергамент были дорогими материалами, то для
кратковременных записей и для обучения письму использовали церы
скреплённые вместе деревянные таблички, покрытые воском. Записи делали
стилем - металлической палочкой, один конец которой был заострён, а другой
расплющен так, чтобы можно им было загладить надпись.
Изготовление бумаги обычно связывают с именем китайца Цай Луня и относят
к 105 году нашей эры. Однако бумагу начали производить в Китае ещё раньше.
Заслуга Цай Луня состоит в том, что он обобщил и усовершенствовал уже
известный в Китае способ изготовления бумаги и впервые открыл основной
технологический принцип производства бумаги. Согласно легенде император
поручил Цай Луню найти материал для письма не хуже шелка, но гораздо
дешевле. Поиски привели Цай Луня к осам. Тонкий, но прочный материал, из
которого были сделаны осиные гнезда, больше всего походил на то, что он
искал. Проведя сотни опытов, ученый пришел к выводу, что получить нечто
подобное можно из коры тутового дерева, конопляного лыка, изорванных
рыболовных сетей и ветхих тканей. Все это надо перетереть и проварить,
смешав с жидкостью, похожей на слюну насекомых. Полученную массу нужно
зачерпнуть ситом из шелковых нитей, закрепленных на бамбуковой рамке.
Когда вся вода стечет, оставшийся влажный листок следует пропитать
секретным составом. Остается только высушить и разгладить его между
каменными плитами. И вот он - желанный материал, не впитывающий тушь, на
котором не размываются контуры начертанного. Рецепты изготовления
бумажных листов хранились, как большая государственная тайна. В 610 году
бумажный секрет был вывезен буддистскими монахами Донхо и Годзо в Корею
и Японию.
В 650 году бежавшие из китайского плена воины, работавшие на бумажных
«фабриках», стали заниматься изготовлением бумаги в Самарканде. Так от
китайцев секрет изготовления бумаги переняли не только японцы, но и арабы.
Они и привезли его в Испанию, а уже оттуда искусство делать бумагу
распространилось по всему миру.
Полагают, что русское слово бумага происходит от татарского слова умуг",
что значит хлопок. Впервые широкое ознакомление народа Руси с бумагой
произошло в середине 13 века, когда хан Батый для сбора дани произвёл первую
всенародную перепись населения Руси на бумаги, которая в то время
употреблялась в завоёванном монголо-татарами Северном Китае, а также в
Туркестане и Персии, с которыми они находились в торговых отношениях.
Бумага собственного производства появилась на Руси во второй половине XVI
века в царствование Ивана Грозного. Начало массового бумажного
производства в России было положено Петром I. Для обеспечения фабрик
сырьем по царскому указу в армии и на флоте собирали отслужившие срок
паруса, несмоленые канаты, веревки и тряпье. Гражданским людям
предлагалось приносить остатки изношенных полотняных вещей в канцелярию
полицмейстерских дел "за вознаграждение", с крестьян брали "тряпичный"
налог. Развитию бумажного дела поспособствовал указ 1721 года об
обязательном употреблении в официальном делопроизводстве отечественной
бумаги.
Сейчас бумага остаётся одним из самых распространённых канцелярских
товаров. Бумага служит не только для письма и печати, она находит самое
широкое применение везде.