Giải SGK Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Tính chất hoá học của carbohydrate

a) Các nhóm chức OH kề nhau của glucose đã tham gia phản ứng với Cu(OH)₂ tạo dung dịch màu xanh lam.

b) Nhóm chức aldehyde của glucose đã tham gia phản ứng với Cu(OH)₂/NaOH khi nung nóng tạo kết tủa đỏ gạch Cu₂O.

2. Phản ứng với thuốc thử Tollens

Thí nghiệm 2 (trang 29) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng của glucose với thuốc thử Tollens

- Chuẩn bị

+ Hóa chất: Dung dịch glucose 2%, dung dịch AgNO₃ 1%, dung dịch NH₃ 5%

+ Dụng cụ: Ống nghiệm, cốc nước nóng khoảng (70 – 80oC), ống hút nhỏ giọt.

- Tiến hành:

+ Cho vào ống nghiệm 1ml dung dịch AgNO₃ 1%. Thêm tiếp từ từ từng giọt dung dịch NH₃ 5% và lắc đều đến khi kết tủa vừa tan hết

+ Tiếp tục thêm vào ống nghiệm 1ml dung dịch glucose 2%, lắc đều rồi để ống nghiệm cố định trong cốc nước nóng.

- Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và giải thích

Trình bày:

- Hiện tượng: có một lớp bạc mỏng, sáng dưới đáy ống nghiệm

- Giải thích: vì glucose có nhóm –CHO phản ứng với dung dịch AgNO₃/ NH₃

Luyện tập 1 (trang 29) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng tráng bạc thể hiện tính chất của nhóm chức nào trong phân tử glucose? Vì sao fructose cũng có tính chất này?

Lời giải:

- Phản ứng tráng bạc thể hiện tính chất của nhóm chức aldehyde (–CH=O) trong phân tử glucose.

- Fructose cũng có tính chất này vì trong môi trường kiềm (NH₃), fructose có thể chuyển hóa thành hợp chất có nhóm chức aldehyde.

3. Phản ứng với nước bromine

Thí nghiệm 3 (trang 29) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng của glucose với nước bromine.

- Cho vào ống nghiệm 1 mL dung dịch glucose 5% và 1 mL nước bromine, lắc đều.

- Yêu cầu: Mô tả hiện tượng quan sát được.

Trình bày:

- Sau khi lắc đều ống nghiệm, ta thấy dung dịch chuyển dần từ màu vàng sang màu trắng do dung dịch bromine bị glucose phản ứng làm mất màu.

Câu hỏi 2 (trang 29) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng của glucose với nước bromine thể hiện tính chất của nhóm chức nào trong phân tử chất này?

Trả lời:

- Vì nhóm chức – CHO trong phân tử glucose phản ứng với dung dịch nước bromine

4. Phản ứng với alcohol

Câu hỏi 3 (trang 30) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Nhóm -OH hemiacetal có đặc điểm gì khác so với các nhóm -OH khác trong phân tử glucose? Phân tử glucose ở dạng mạch hở có nhóm -OH hemiacetal nào không?

- Nhóm -OH hemiacetal được gắn vào vị trí carbon số 1, nhóm này có khả năng mở vòng phân tử glucose.

- Phân tử glucose ở dạng mạch hở không có nhóm -OH hemiacetal

II. Tính chất hóa học của saccharose

Thí nghiệm 4 (trang 30) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng của saccharose với copper(II) hydroxyde.

- Chuẩn bị:

+ Hóa chất: Dung dịch saccharose 3%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch CuSO₄ 5%.

+ Dụng cụ: Ống nghiệm, đèn cồn, ống hút nhỏ giọt.

- Tiến hành:

+ Cho vào ống nghiệm khoảng 0,5 mL dung dịch NaOH 10% và khoảng 0,5 mL dung dịch CuSO₄ 5%, lắc đều.

+ Thêm tiếp vào ống nghiệm khoảng 4 mL dung dịch saccharose 3%, lắc đều ống nghiệm đến khi thu được dung dịch đồng nhất (nếu còn chất rắn thì thêm tiếp dung dịch saccharose) rồi đun nóng dung dịch trong ống nghiệm.

- Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và giải thích.

Trình bày: 

Luyện tập 3 (trang 32) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Trong công nghệ sản xuất bia có các bước chính sau:

a) Thành phần nào trong hạt đại mạch bị thủy phân tạo ra maltose, glucose?

b) Đề xuất cách kiểm tra để biết được thời điểm kết thúc quá trình thủy phân tinh bột.

Trả lời:

a) Thành phần tinh bột trong hạt đại mạch bị thủy phân tạo ra maltose, glucose.

b) Để biết được thời điểm kết thúc quá trình thủy phân tinh bột ta có thể kiểm tra bằng thuốc thử là dung dịch I₂ trong KI.

Lấy sản phẩm thủy phân cho vào ống nghiệm dung dịch I₂ trong KI, nếu dung dịch có màu xanh tím thì quá trình thủy phân chưa kết thúc. Tiếp tục thử màu với dung dịch I₂ trong KI như trên đến khi không còn màu xanh tím thì quá trình thủy phân kết thúc.

Thí nghiệm 6 (trang 32) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng thủy phân tinh bột 

Cho vào ống nghiệm (1) khoảng 3 mL dung dịch hồ tinh bột 2% và 1 mL dung dịch H₂SO₄ 10%, lắc đều rồi đặt ống nghiệm trong nồi nước sôi. Cho vào ống nghiệm (2) 1 mL dung dịch I₂ trong KI. Sau khoảng 20 phút, hút lấy 1 – 2 giọt dung dịch trong ống nghiệm (1) nhỏ vào ống nghiệm (2).

Nếu dung dịch thu được có màu vàng thì lấy ống nghiệm (1) ra khỏi nồi nước. Nếu dung dịch có màu xanh tím thì để thêm khoảng 5 phút trong nồi nước nóng và tiếp tục thử màu với dung dịch I₂ trong KI như trên. Lấy khoảng 1 mL dung dịch đã thủy phân sang ống nghiệm (3), thêm dần từng giọt dung dịch NaOH 10% cho đến môi trường kiềm (thử bằng cách dùng đũa thủy tinh chấm dung dịch lên giấy quỳ tím sao cho quỳ tím chuyển thành màu xanh).

Thêm tiếp vào ống nghiệm (3) vài giọt dung dịch CuSO₄ 5%, lắc đều rồi đun nóng ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và giải thích.

Trình bày: 

Khi cho dung dịch hồ tinh bột và 1 ml H₂SO₄ đặt trong nồi nước sôi, khi nhỏ 1-2 giọt dung dịch I₂ trong KI, ống nghiệm (1) có màu vàng (màu của dung dịch I₂ trong KI) vì tinh bột bị thủy phân trong môi trường acid tạo ra maltose và glucose không có phản ứng với I₂ trong KI

Nếu dung dịch có màu xanh tím tức là ống nghiệm (1) phản ứng thủy phân tinh bột chưa xảy ra hoàn toàn.

Khi nhỏ dung dịch đã thủy phân sang ống nghiệm 2, cho từng giọt dung dịch NaOH và dung dịch CuSO₄ sẽ tạo kết tủa trắng Cu(OH)₂. Lắc đều và đun nóng ống nghiệm kết tủa trắng tan dần tạo dung dịch xanh lam, nếu tiếp tục đun nóng nhẹ sẽ xuất hiện kết tủa màu đỏ gạch. Vì khi thủy phân tinh bột tạo ra glucose có phản ứng tạo phức copper (II) hydroxide.

IV. Tính chất hoá học của cellulose

1. Phản ứng thủy phân

Thí nghiệm 7 (trang 32) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng thủy phân cellulose.

Cho vào ống nghiệm (1) một nhúm nhỏ bông và khoảng 2 mL dung dịch H₂SO₄ 70%. Khuấy đều rồi đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng, thỉnh thoảng dùng đũa thủy tinh khuấy nhẹ, cho đến khi thu được dung dịch đồng nhất. Để nguội, lấy 1 mL dung dịch trong ống (1) cho vào ống (2). Cho từ từ dung dịch NaOH 10% vào ống nghiệm (2) đến khi môi trường có tính kiềm. Cho tiếp 5 giọt dung dịch CuSO₄ 5%. Lắc đều và đun nóng nhẹ dung dịch trong ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và giải thích.

Trình bày: 

- Glucose (sản phẩm của phản ứng thủy phân tinh bột) có phản ứng với dung dịch CuSO₄ trong môi trường kiềm tạo kết tủa đỏ gạch.

Vận dụng (trang 33) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Vì sao một số động vật có thể sử dụng cỏ làm thức ăn trong khi nhiều động vật khác không có khả năng này?

Lời giải:

2. Phản ứng với nitric acid

Thí nghiệm 8 (trang 33) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Phản ứng của cellulose với nitric acid

Cho 5 mL dung dịch HNO₃ 65% vào một cốc khô có dung tích 50 mL rồi đặt cốc vào trong chậu nước đá. Sau khoảng 10 phút, khuấy và thêm từ từ 10 mL dung dịch H₂SO₄ 98% vào cốc. Cho một nhúm bông vào cốc, lấy đũa thuỷ tinh dầm cho bông thấm hoá chất. Lấy cốc ra khỏi chậu nước đá và để yên trong 30 phút.

Dùng kẹp lấy miếng bông ra một cốc khác, rửa nhiều lần bằng nước cho đến hết acid (nước rửa không làm đổi màu quỳ tím). Tiếp tục rửa lại bằng dung dịch NaHCO₃ loãng rồi lấy miếng bông ra, ép bằng hai tấm giấy lọc đến khô. Để miếng bông này trên đĩa sứ (1) và một miếng bông mới trên đĩa sứ (2). Đốt hai miếng bông.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và giải thích.

Hiện tượng:

- Miếng bông trên đĩa sứ 1 cháy nhanh, không xuất hiện khói, không để lại tàn.

- Miếng bông trên đĩa sứ 2 cháy chậm hơn, có xuất hiện khói và để lại tàn.

Giải thích:

- Miếng bông 1 thành phần chính là cellulose trinitrate, cellulose dinitrate do:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ $\overset{H_{2}SO_{4}}{\rightarrow}$ [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n + 3nH₂O

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 2nHNO₃ $\overset{H_{2}SO_{4}}{\rightarrow}$ [C₆H₇O₂(OH)(ONO₂)₂]_n + 2nH₂O

- Miếng bông 2 thành phần chính là cellulose.

3. Tác dụng với Schweizer

Thí nghiệm 9 (trang 33) Hóa 12 Cánh diều Bài 4: Tác dụng của cellulose với nước Schweizer

Hoà tan hoàn toàn 2,5 gam CuSO₄.5H₂O vào 100 mL nước trong cốc thuỷ tinh. Thêm tiếp vào cốc 10 mL dung dịch NaOH 10%, vừa thêm vừa khuấy. Lọc lấy kết tủa rồi cho kết tủa vào một cốc 100 mL mới, tiếp tục thêm 20 mL dung dịch NH₃ 20% vào cốc. Khuấy đều cho đến khi kết tủa tan hết. Sau đó, cho thêm một nhúm bông vào cốc, khuấy đến khi tạo thành dung dịch đồng nhất.

Yêu cầu: Quan sát và mô tả hiện tượng thí nghiệm.

Trình bày:

- Phản ứng dung dịch NaOH với CuSO₄ tạo ra kết tủa trắng Cu(OH)₂, khi cho thêm dung dịch NH₃ tạo ra phức chất xanh lam của ion Cu²⁺ với ammonia. Sau khi cho nhúm bông vào cốc có chứa phức chất, nhúm bông tan dần tạo thành dung dịch đồng nhất.

Bài tập

Bài tập 1: Nhận xét nào dưới đây là không đúng khi nói về glucose và fructose?

A. Đều tạo được dung dịch màu xanh lam khi tác dụng với Cu(OH)2 trong môi trường kiềm.

B. Đều tạo được kết tủa đỏ gạch Cu2O khi tác dụng với Cu(OH)2, đun nóng trong môi trường kiềm.

C. Đều làm mất màu nước bromine.

D. Đều xảy ra phản ứng tráng bạc khi tác dụng với thuốc thử Tollens.

Đáp án: C. Chỉ có glucose mới phản ứng với bromine do có chứa nhóm chức aldehyde trong phân tử, còn fructose thì không.

Bài tập 2: Vì sao không thể phân biệt glucose với fructose qua phản ứng giữa chúng với thuốc thử Tollens nhưng có thể phân biệt qua phản ứng với nước bromine?

Lời giải:

- Không thể phân biệt glucose với fructose qua phản ứng giữa chúng với thuốc thử Tollens vì cả hai chất này đều phản ứng với thuốc thử Tollens.

- Có thể phân biệt qua phản ứng với nước bromine vì glucose làm mất màu nước bromine trong khi fructose không làm mất màu nước bromine.

Bài tập 3: Ethanol có thể được sản xuất từ cellulose hoặc tinh bột. Loại ethanol này được dùng để sản xuất xăng E5 (xăng chứa 5% ethanol về thể tích). Lượng ethanol thu được từ 1 tấn mùn cưa (chứa 50% cellulose, phần còn lại là chất trơ) có thể dung để pha chế bao nhiêu lít xăng E5? Biết hiệu suất quá trình sản xuất ethanol từ cellulose là 60% và ethanol có khối lượng riêng là 0,8 g ml^-1.

Lời giải:

Khối lượng cellulose trong một tấn mùn cưa là:

1. 1 000 000 . 50% = 500 000 (g)

(C6H10O5)n ⟶ nC6H12O6 ⟶ 2nC2H5OH + 2nCO2

$n_{\mathrm{cellulose}}=\frac{500000}{162n}\left(\mathrm{mol}\right)$

⟶ $n_{C_2{H}_5\mathrm{OH}}\mathrm{Lý}\mathrm{thuyết}=\frac{500000}{162n}.2n=\frac{500000}{81}\left(\mathrm{mol}\right)$

$n_{C_2{H}_5\mathrm{OH}}\mathrm{thực}\mathrm{tế}=\frac{500000}{81}.60\%=\frac{100000}{27}\left(\mathrm{mol}\right)$

$V_{C_2{H}_5\mathrm{OH}}\mathrm{thực}\mathrm{tế}=\frac{100000}{27}.46:0,8:1000=\frac{5750}{27}\left(l\right)$

Thể tích xăng E5 thu được là:

$V=V_{C_2{H}_5\mathrm{OH}}\mathrm{thực}\mathrm{tế}:5\%=\frac{5750}{27}.\frac{100}{5}=4260\left(l\right)$

Bài tập 4: Thêm vài giọt nước bromine vào ống nghiệm chứa dung dịch potassium iodide và hồ tinh bột, lắc đều. Dự đoán và giải thích hiện tượng xảy ra.

Lời giải:

Hiện tượng: Khi cho nước bromine (Br₂) màu vàng nâu vào dung dịch potassium iodine (KI) không màu có thêm hồ tinh bột thì thấy dung dịch chuyển sang màu xanh tím.

Giải thích: Do Br₂ màu vàng nâu đã phản ứng với dung dịch KI không màu để hình thành đơn chất I₂ được tinh bột hấp thụ tạo hợp chất có màu xanh tím.

Phương trình hóa học: Br₂(aq) + 2KI(aq) → 2KBr(aq) + I₂(s)