Конспект урока по химии на тему "Глюкоза, строение и свойства" (10 класс)

Тема урока: «Изучение строения и свойств глюкозы»

«Истина не рождается в голове отдельного человека, она рождается между людьми, совместно ищущими, в процессе их диалогического мышления».

 М.М. Бахтин

Цель урока:

образовательная

·      актуализировать знания  о классификации углеводов;

·      провести исследования по изучению строения, физических и химических свойств глюкозы;

·      изучить способы получения и применение глюкозы;

·      проконтролировать степень усвоения знаний с помощью теста;

·      провести эксперимент качественного определения её в овощах и фруктах;

развивающая:

·      совершенствовать умения и навыки при проведении химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности;

·      развивать память, речь, мышление, умение анализировать, сопоставлять, делать выводы;

·      совершенствовать навыки решения тестовых заданий;

·      развивать познавательный интерес, творческие способности, уверенность в своих силах, настойчивость;

.

воспитательная:

·      воспитание коллективизма, доброты, целенаправленности, навыков контроля и взаимоконтроля;

·       диалектико-материалистического мировоззрения.

Задачи урока:

·      изучить состав, строение и свойства глюкозы,

·      доказать экспериментально, что глюкоза – альдегидоспирт,

·      продолжить развивать умения и навыки учащихся работать с лабораторным оборудованием и реактивами;

·      продолжить формировать умения учащихся работать с видеоматериалами и мультимедийными презентациями;

·      развивать логическое мышление учащихся, устанавливать причинно-следственные связи, систематизировать, делать выводы.

Предполагаемые результаты обучения:

учащиеся должны знать: строение и свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы; способы получения глюкозы, биологическую роль моносахаридов и их применение

учащиеся должны уметь: проводить реакции, подтверждающие свойства моносахаридов, отличать с помощью качественных реакций глюкозу от её изомера фруктозы; объяснять функции моносахаридов в организме; применять полученные знания при выполнении упражнений по данной теме.

Тип урока: урок-практикум с элементами исследования

Форма организации учащихся: работа в группах, индивидуальная

 Химические реактивы и оборудование:

Подготовка к уроку:  учащиеся заранее получают теоретические вопросы, раскрывающие основную проблему урока, для самостоятельной работы с литературой, группа обучающихся получает задание по созданию презентации или отдельных слайдов.

Ход урока

I. Оргмомент  (мотивирование к учебной деятельности).

II. Актуализация прежних знаний.

 Игра «Черный ящик».

-У меня в руках известное вам вещество. Попробуйте его определить по следующему описанию: данное вещество является органическим, имеет приятный ароматный запах, по цвету напоминает янтарь, очень вкусное и полезное, по мнению Винни Пуха является самым лучшим подарком. (Мёд). Конечно это мёд, но как вы думаете, зачем я его принесла на урок? (на прошлом уроке мы начали изучать углеводы, возможно, он в своем составе тоже их содержит)

-С какими классами углеводов мы познакомились на прошлом уроке? (моносахариды, дисахариды, полисахариды). Слайд 2

-Сегодня на уроке мы более подробно познакомимся с моносахаридами, а точнее с наиболее важным их представителем – глюкозой.

III. Определение  темы, цели и задач урока.

-Давайте вспомним, опираясь на знания биологии, что вам уже известно о глюкозе.

 Возможные ответы обучающихся: «Она быстро всасывается в кровь и при больших физических нагрузках используется как источник энергии. Глюкоза участвует в образовании гликогена, питании тканей мозга, работающих мышц,  особенно сердечной мышцы. Глюкоза легко превращается в жиры в организме,  особенно при ее избыточном поступлении с пищей. Химическая формула глюкозы C₆H₁₂O₆. В природе глюкоза образуется в результате фотосинтеза.

-А что вам ещё неизвестно о ней? Её строение, свойства, применение и получение.

-Следовательно, тема нашего урока  «Строение и свойства глюкозы» (тему формулируют дети)

-Цель нашего урока? Определить строение и свойства глюкозы.

-Химия наука экспериментальная. Ещё М.В. Ломоносов говорил:

“Химик не такой должен быть, который дальше дыму и пеплу ничего не видит, а такой, который на основании опытных данных может делать теоретические выводы”

-Сегодня на уроке основной формой нашей работы будет исследование, результаты которого и помогут вам сделать выводы о строении этого вещества и его свойствах

-Итак, в составе глюкозы есть шесть атомов C, двенадцать атомов Н и шесть атомов О (на доске соответствующее количество магнитов трех цветов)

-Какие классы органических веществ, содержащих такие же атомы, мы уже изучили?

-Спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Слайд 3.

-Исходя только из количественной формулы глюкозы можем ли мы сразу сказать, к какому классу органических соединений она относится? (Нет)

Слайд 4. -Следовательно, задачи нашего урока:

•с помощью  качественных реакций доказать наличие в глюкозе или отсутствие   функциональных групп ранее изученных кислородсодержащих органических соединений;

• на основании полученных данных сделать вывод о строении глюкозы;

• по данным о строении глюкозы предположить её химические свойства.

IV. Изучение нового материала. Работа в группах.

1.      Экспериментальная часть. Слайд 5 ТБ

Группа 1.

Задание 1. Доказать наличие атомов С, Н и О в составе глюкозы.

Для определения элементарного состава глюкозы проведите следующий эксперимент.

Методика проведения эксперимента:

Поместите немного глюкозы в сухую пробирку и нагрейте в пламени спиртовки. По ходу нагревания будете наблюдать стадии разложения глюкозы. Какие элементы входят в состав данного вещества?

Ответ: при нагревании глюкозы в пламени спиртовки, сначала образуется аморфное состояние – карамель, а затем на стенках пробирки появляется чёрное вещество – уголь и капельки водяных паров. Таким образом, исследуемое вещество состоит из элементов: С, Н и О.

Задание 2. Изучите физические свойства глюкозы.

Методика проведения эксперимента:

Определите агрегатное состояние, цвет, вкус и растворимость в воде глюкозы. Для этого рассмотрите образец глюкозы. Попробуйте аптечную форму глюкозы на вкус. Поместите небольшое количество глюкозы в пробирку и добавьте к ней немного воды, перемешайте раствор. Какие свойства проявляет глюкоза при растворении в воде?

Ответ: глюкоза – это твёрдое кристаллическое вещество белого цвета, хорошо растворимое в воде, обладает сладким вкусом. Слайд 6.

Дополнительный вопрос. С чьим именем связывают открытие глюкозы? А кто впервые синтезировал глюкозу в лабораторных условиях?

-Открытие глюкозы связывают с именем лондонского врача Уильяма Праута (1802 год). Первый синтез глюкозы из формальдегида в присутствии гидроксида кальция был произведён А. М. Бутлеровым в 1861 году.

Группа 2. Доказать экспериментально является ли глюкоза кислотой или альдегидом.

Для того чтобы выяснить строение глюкозы, проверьте опытным путём, какие группы она содержит. На ваших столах находится раствор глюкозы и реактивы: бумажные индикаторы, растворы щёлочи и фенолфталеина, аммиачный раствор оксида серебра (I).

  Методика выполнения эксперимента

Проверим, является ли глюкоза кислотой. Для этого раствор глюкозы исследуем индикаторами. Ответ. Глюкоза не изменяет окраски индикаторов, следовательно, не содержит карбоксильную группу и не является кислотой.

Проверим, содержит ли глюкоза альдегидную группу. Для этого проведём качественную реакцию на альдегиды – реакцию «серебряного зеркала».

 CH₂OH-(CHOH)₄-COH + Ag₂O = CH₂OH-(CHOH)₄-COOH + 2Ag (на данном этапе урока уравнение не записывается)

Вывод. Глюкоза даёт характерный признак, следовательно, она содержит альдегидную группу. Наличие карбоксильной группы экспериментально не установлено.Слайд 7

Группа 3. Доказать экспериментально является ли глюкоза спиртом.

Методика выполнения эксперимента

Проверим, является ли глюкоза многоатомным спиртом. Для этого проведём качественную реакцию на многоатомные спирты со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II).

Ответ. Глюкоза даёт характерное синее окрашивание раствора.

 Таким образом, мы выяснили, что глюкоза – многоатомный спирт. Слайд 7

-Итак, вы выяснили, что глюкоза содержит и спиртовую и альдегидную группу, следовательно…

 Вывод: глюкоза – альдегидоспирт

Задание. На основании опытных данных, составьте структурную формулу глюкозы, если известно, что 1 моль глюкозы реагирует с 5 моль уксусной кислоты и экспериментально доказано, что все атомы углерода связаны между собой в прямую цепь.

      Ответ. Так как реакция с кислотой возможна только по спиртовой групп (реакция этерификации), то в составе глюкозы их пять. Шестой атом углерода соединен с альдегидной группой. Запись формулы на доске. Шаростержневая модель на каждом столе.

Проблемный вопрос. Если глюкоза – альдегидоспирт, то она должна давать, очевидно, и другие реакции альдегидов.

Но если в раствор глюкозы прилить бесцветный раствор фуксинсернистой кислоты, красное окрашивание не появляется.

Для проверки к раствору формалина (альдегид) приливает раствор фуксинсернистой кислоты – появляется красное окрашивание. Почему? (Провести демонстрацию эксперимента или показать видеофрагмент).

Слайд 9. Возникает противоречие, требующее более глубокого изучения строения вещества. Как говорил Козьма Прутков: «Отыщи всему начало, и ты многое поймешь».

Учитель. Свойства зависят от строения. Как показали исследования, в растворе глюкозы имеются молекулы не только с открытой цепью атомов, но и циклические. Что же представляют собой циклические молекулы глюкозы?

При сохранении валентных углов альдегидная группа (1-й атом углерода) ближе всего подходит к 5-му углеродному атому. Происходит разрыв -cвязи, и к кислородному атому присоединяется атом водорода гидроксильной группы 5-го С-атома, а потерявший этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл.

Учитель (показывает рисунок). Циклическая форма отображает не только порядок атомов в молекуле, но и их пространственное расположение.

В результате взаимодействия первого и пятого атомов углерода появляется новая ОН-группа у первого атома, которая может занять два положения: над и под плоскостью цикла. Поэтому возможны две циклические формы глюкозы – -форма (ОН-группы при 1-м и 2-м атомах углерода расположены по одну сторону кольца молекулы) и -форма (группы ОН находятся по разные стороны):

Между -формой и -формой глюкозы существует равновесие, они могут превращаться одна в другую через альдегидную – переходную – форму. Такой вид изомерии называется таутомеией.

Характерна для глюкозы и оптическая изомерия. Слайд 11.

2.      Химические свойства глюкозы. Слайд 12.

-Определив экспериментальным путем строение глюкозы, давайте попытаемся предсказать и другие химические свойства глюкозы.

Как спирт глюкоза может реагировать…?

Реакции глюкозы по спиртовым группам. Слайд 13.

 Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:

Реакции глюкозы по альдегидной группе. Слайд 14

 Реакция «cеребряного зеркала»:

CH₂OH-(CHOH)₄-COH +  Ag₂O ® CH₂OH-(CHOH)₄-COOH + 2Ag¯

Окисление глюкозы гидроксидом меди(II) при нагревании в щелочной среде:

CH₂OH(CHOH)₄-COH + 2Cu(OH)₂ ® CH₂OH(CHOH)₄-COOH + Cu₂O + 2H₂O

При действии бромной водой глюкоза также окисляется в глюконовую кислоту.

 Окисление глюкозы азотной кислотой приводит к двухосновной сахарной кислоте:

Восстановление глюкозы в шестиатомный спирт сорбит:

Cорбит содержится во многих ягодах и фруктах.

Три вида брожения глюкозы под действием различных ферментов. Слайд 16.

 Спиртовое брожение:

Молочнокислое брожение:

Маслянокислое брожение:

-Среди перечисленных на слайде свойств глюкозы был указан гликолиз. Что это такое, вспомните из курса биологии? Слайд 17.

Ответ. Это окисление глюкозы в организме. Около 70% глюкозы, содержащейся в крови человека, подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов – углекислого газа и воды. 

    C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2920 кДж

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значительной степени обеспечивает энергетические потребности живых организмов.

Вопрос классу. Где в природе встречается глюкоза? Слайд 18.

V. Определение глюкозы в овощах и фруктах. Работа в группах.

1 группа.

Определите опытным путём наличие глюкозы в ягодах и фруктах.

Методика проведения эксперимента:

Выжмите из винограда (малины или яблока) в широкую пробирку сок. Разбавьте сок вдвое водой. 5 мл полученного раствора перелейте в другую пробирку и добавьте к раствору равный объём щёлочи и несколько капель сульфата меди (II). Нагрейте пробирку со смесью в пламени спиртовки. Что наблюдаете. Запишите уравнения реакций.

Ответ:

При нагревании виноградного сока со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II) образуется сначала жёлтый, а затем красный осадок. Эта реакция доказывает наличие глюкозы в соке.

CHOH-(CHOH)₄-COH + 2Cu(OH)2 = CHOH-(CHOH)₄-COOH + Cu₂O + 2H₂O

В русском языке слово «глюкоза» впервые было отмечено в словаре Толя (1863 г). Пришло оно из французского: glucose – «виноградный сахар» – восходит к древнегреческому глюкос, глюкерос – «сладкий».

Вопрос 1.

Виноградный сок, приготовленный хозяйкой впрок, неожиданно забродил; появился запах спирта. Что явилось причиной брожения сока? Кто открыл этот процесс, и какова его сущность?

Ответ:

Причины, вызывающие брожение сока, могли быть следующими: отсутствие термической обработки (пастеризация или стерилизация), недостаточная герметичность ёмкостей. Термическая обработка убивает дрожжевые клетки в соке, поэтому сок не бродит; герметичность ёмкостей препятствует попаданию микроорганизмов.

Биологическую природу брожения исследовал французский химик и микробиолог Л. Пастер. Брожение, связанное с глюкозой под действием дрожжей, Л. Пастер определил как жизнь без кислорода. Брожение замедляет дрожжам дыхание, а спирт помогает выжить в борьбе с другими микроорганизмами, не выносящими присутствия алкоголя.

C₆H₁₂O₆ = 2C₂H₅OH + 2CO₂

Вопрос 2.

Как можно определить, спелое яблоко или нет, не пробуя его на вкус?

Ответ. Спелое яблоко должно быть сладким, т.к. содержит углеводы – глюкозу. Нагреть со свежеосажденным  гидроксидом меди мякоть яблока, и если будет красный осадок – спелое.

2 группа.

Определите опытным путём наличие глюкозы в овощах.

Методика проведения эксперимента:

Свежий огурец натрите на тёрке, выжмите из него сок. Приготовьте в пробирке гидроксид меди (II), прибавив 3 капли раствора сульфата меди (II) к 1 мл раствора гидроксида натрия. Добавьте в эту пробирку такой же объём огуречного сока и встряхните. Что наблюдаете? Нагрейте до кипения пробирку с полученным раствором.

Вопрос 1. Что происходит при этом? Содержится ли в огуречном соке глюкоза?

Ответ:

При добавлении свежеприготовленного гидроксида меди (II) к раствору огуречного сока, осадок растворяется и образуется синий раствор. Такая реакция характерна для многоатомных спиртов. При нагревании полученного раствора происходит следующее: сначала он желтеет, затем становится оранжевым, а после охлаждения выпадает красный осадок оксида меди (I). Эта реакция характерна для альдегидов. Следовательно, в огуречном соке есть вещество, которое одновременно является и многоатомным спиртом и альдегидом. Это – глюкоза.

Вопрос 2

В черновиках Агаты Кристи описан следующий эпизод: «Некий коммерсант, решив покончить со своими конкурентами, пригласил их в гости и приготовил ядовитую смесь, прокалив сухой остаток бычьей крови с углём. Один из гостей любил сухое вино, а другой предпочитал сладкое. Коммерсант незаметно подмешал яд в вино и, провозгласив тост, стал наблюдать за своими гостями. Допив свой бокал, первый гость схватился за горло, зашатался и упал; его губы посинели, и через несколько минут он скончался. Второй гость почувствовал лёгкое недомогание и поспешил покинуть «гостеприимный» дом. Что было действующим началом применяемого яда? Какое вино пил оставшийся в живых гость?

Ответ:

Известно, что моносахариды присоединяют HCN в нейтральной среде. Циановодород образуется при действии на цианиды калия и натрия кислот, содержащихся в вине. В сладком вине HCN прореагировал с глюкозой с образованием циангидрина, который не является ядовитым:

CH₂OH-(CHOH)₄-COH + HCN = CH₂OH – (CHOH)₄ – CH(OH) – CN

Поэтому гость, который пил сладкое вино, остался в живых.

Доп. учителя. При прокаливании сухого остатка крови с углём происходит пиролиз всех органических веществ, содержащихся в крови, выделяются пары воды, а содержащийся в крови азот переходит в анион CN- , который образует калиевые и натриевые соли, (натрий содержится в плазме крови, а калий – в древесном угле). Экстракция этого плава спиртом позволяет получит спиртовой раствор KCN и NaCN. В сухом вине содержатся этиловый спирт, вода, пахучие вещества, винные кислоты и их соли. Поэтому тот из гостей, который предпочитал сухое вино, с первыми глотками получил смертельную дозу цианида и сразу умер.

Подобная история произошла в жизни знаменитого старца Григория Распутина.

Учитель зачитывает отрывок из книги В.Пикуля «Нечистая сила».

…Настала торжественная минута. Лазоверт со скрипом натянул тонкие резиновые перчатки, растер в порошок кристаллы цианистого калия. Птифуры были двух сортов с розовым и шоколадным кремом. Приподымая ножом их красивые сочные верхушки, доктор щедро и густо насыщал внутренности пирожных страшным ядом.

– Достаточно ли? – усомнился капитан Сухотин.

– Один такой птифурчик, – отвечал Лазоверт, – способен в считанные мгновения убить всю нашу конфиденцию.

...Феликс придвинул пирожные Распутину, взялся за бутылку…

– Пирожные вот ... угощайся.

– А ну их … Сладкие?..

...С неохотой съел пирожное с ядом. Понравилось – потянулся за вторым.

Юсупов внутренне напрягся, готовый увидеть перед собой труп. Но Распутин жевал, жевал… Он спокойно доедал восьмой птифур. И, поднося руку к горлу, массировал его.

– Что с тобою? – спросил Юсупов в надежде.

– Да так ... першит что-то.

…Будь проклят Маклаков, давший нам калий! Яд беспомощен. Гришка выпил и сожрал все, что отравлено. Но только рыгает и появилось сильное слюнотечение.

C давних пор, при опасности отравления цианидами, рекомендовали держать за щекой кусочек сахара. Учеными было доказано, что глюкоза взаимодействует с цианидами с образованием нетоксичного соединения циангидрин глюкозы. Возьмите это на вооружение.

3 группа.

Определите содержание глюкозы в меде.

Методика проведения эксперимента: в пробирку налейте 2 мл раствора меда и добавьте к нему свежеприготовленный осадок гидроксида меди(II). Для его получения к 0,5 мл раствора сульфата меди (II) добавьте 1 мл раствора гидроксида натрия. Пробирку с раствором меда и гидроксидом меди(II) встряхните. Что вы наблюдаете? Нагрейте пробирку. Что произошло?

Ответ. Наблюдали растворение осадка гидроксида меди(II). После нагревания наблюдали появление желтого  осадка ( СuОН), переходящего в красный цвет ( Сu ₂ О ), что доказывает присутствие глюкозы в меде.

 Учитель. Данная качественная реакции называется реакцией Троммера.

Вопрос 1. Размышление-загадка

Лаборант приготовила реактивы и вышла из кабинета. Здесь Трехатомный спирт, сойдя с полочки, подошел к столу и забрал свой реактив. Увидев это, Глюкоза возмутилась: “Что вы делаете, зачем берете чужое, это же мой распознаватель!”
“Позвольте, позвольте, вмешаться в ваш спор”– промолвил Формальдегид, – “Это же мое вещество”.

Вопросы:

·                     Кто был из них прав?

·                     О каком веществе они спорили?

·                     Как разрешить этот спор?

Задания:

1. Напишите формулы всех веществ, участвующих в споре.

2. Запишите уравнения возможных реакций.

Учащиеся пишут свои предположения в тетрадях. Учитель выслушает мнение учащихся показывает правильный результат, (на обратной стороне доске эти реакции записаны заранее).

Пока учащиеся в парах сверяют правильность написанных реакций, учитель предлагает на доске выполнить цепочку превращений, проверяет тетради, по желанию выставляет оценки).

2HOСН₂-(СНOH)₄)-СН=O + Cu(OH)₂   →   2HOСН₂-(СНOH)₄)-СOOH + Cu₂O↓ + 2H₂O

НСОН + Cu(OH)2 = HCOOH + Cu + H2O (реакция «медного зеркала»)

В большинстве случаев реакция проходит с образованием коричнево-красного осадка оксида меди (I) Cu2O:

НСОН + 2 Cu(OH)₂ = HCOOH + Cu₂O↓+ 2 H₂O

Вопрос 2.

Почему недостаток глюкозы в организме вызывает потерю сознания?

Ответ:

Глюкоза служит главным субстратом тканевого дыхания и должна поступать в клетки непрерывно. Особенно чувствительны к недостатку глюкозы клетки головного мозга, которые не могут использовать другие метаболиты в качестве источника энергии. Недостаток глюкозы вызывает потерю сознания.

VI. Получение глюкозы, её применение.

Получение глюкозы:

•      В природе глюкоза  образуется в результате фотосинтеза:     

     6CO₂+6H₂O=C₆H₁₂O₆+6O₂-Q

  Первый синтез простейших углеводов из формальдегида был произведён                                    А. М. Бутлеровым в 1861 г.:

                 (уравнение демонстрируется учителем в презентации)

•      На производстве глюкозу получают гидролизом крахмала в присутствии серной кислоты:

 (C₆H₁₀O₅)n + nH₂O  nC₆H₁₂O₆ (уравнение демонстрируется учителем в презентации).

Применение глюкозы:

Проводится обобщающая беседа, в ходе которой формулируются основные области применения глюкозы:

·         в  медицине в качестве общеукрепляющего лечебного средства;

·         в пищевой промышленности для изготовления кондитерских изделий, вин;

·         в текстильной промышленности для придания блеска тканям;

·         глюкоза – восстановитель при производстве зеркал и ёлочных украшений;

·        в микробиологии для размножения кормовых дрожжей.

Применение глюкозы в микробиологической промышленности.(№125448)

Применение глюкозы в медицине. (№125445)

Применение глюкозы в пищевой промышленности. (№125413)

VII. Рефлексия.

Работа обучающихся с рефлексивной картой

1.На уроке я работал	активно / не очень/пассивно
2.Своей работой на уроке я	доволен / не доволен
3.Урок для меня показался	интересным / не интересным
4.Материал урока мне был	понятен / не понятен
5. Полученные на уроке знания	Пригодятся/ не пригодятся в повседневной жизни
6.Мое настроение

VIII. Задание на дом: §14, О.С. Габриелян 10 класс (базовый уровень), конспект,  з.9-11, творческое задание – приготовить буклет (презентацию) по теме: «Получение и применение глюкозы»