Разработка урока по теме "Сахароза"
методическая разработка по химии (10 класс) по теме

                                                                 Урок по теме «Сахароза»

ЦЕЛИ УРОКА:

Усвоение учащимися строения, свойств, способов получения сахарозы, ее биологической роли; развитие умений работать с учебником и дополнительной литературой, применять имеющиеся знания в новых, нестандартных ситуациях, делать выводы; развитие интереса к истории и новым фактам науки, бережного отношения к природе и своему здоровью.

образовательные:

Сформировать у учащихся  знания об углеводах, их составе и классификации. Рассмотреть зависимость химических свойств углеводов от  строения молекул. Качественные реакции на глюкозу  Обсудить значимость углеводов в природе и жизни человека, подвести учащихся к осознанию практической значимости химических знаний в человеческой жизни

развивающие:

Продолжить развивать у учащихся мыслительные операции: умение связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными, умение  выделять главное в изученном материале, обобщать изученный материал и делать выводы Создать условия для развития самостоятельности, реализации творческой активности, умения самостоятельно находить решение поставленной проблемы.

воспитательные:

Воспитание ответственного отношения к учебе, стремления к творческой, познавательной деятельности.

ПРИНЦИПЫ УРОКА:

Реализуя содержание урока при выполнении поставленных целей я опиралась на следующие принципы, определяющие работу с содержанием материала:

-  принцип научности;

-  принцип наглядности;

-  взаимосвязь изученного материала и личного опыта учащихся;

-  системный подход к изучению материала.

ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ:Выставка “Углеводы в нашей жизни” (готовится заранее творческой группой учащихся). Выставка включает в себя фрукты и овощи, красиво разложенные на плетеных из дерева вазах и подносах, хлеб, букет из колосьев пшеницы, сахарницу с кусочками сахара, баночку мёда, пакеты соков из магазина,Учебник О.С.Габриеляна «Химия-10»,

слайды презентации «Промышленный способ получения сахарозы», «Строение молекулы сахарозы»; «Карта независимого расследования»; Видеофрагменты  учебного фильма Сахароза.

Набор реактивов и оборудования для проведения демонстрационных опытов:

сахароза, вода, серная кислота (конц.), растворы медного купороса, гидроксида натрия, аммиачный раствор оксида серебра,держатель  для пробирок. спиртовка,спички.

ХОД УРОКА

I.Организационный момент

 а) приветствие

 б) определение отсутствующих:

 в) организация внимания.

II. Подготовка к восприятию нового материала

 Фронтальный опрос

 Какие соединения называются углеводами?

 Назовите общую формулу углеводов.

 По какому признаку классифицируют углеводы?

 Охарактеризуйте моносахариды ( дисахариды, полисахариды).

 Приведите примеры соединений, относящихся к моно-, ди-, полисахаридам.

 Какие функциональные группы входят в состав глюкозы?

 В каких изомерных формах может существовать глюкоза?

3. Объяснение новой темы.

На прошлом уроке мы с вами поделились  на группы,которым необходимо было провести расследование по определению строения, свойств, способов получения сахарозы, ее биологической роли, начала истории «сладкой» жизни. Каждая группа получила инструкцию, необходимое оборудование и литературу для своего расследования.

Инструкция 1

Подготовьте справку об истории «жизни» сахара, нахождении и образовании его в природе, пользуясь учебником и дополнительной литературой. (Вопросы в помощь: где и когда впервые стали использовать сахар в пищу? Какие растения богаты сахаром? Как сахар образуется в растении? В результате какого процесса?)

Составьте уравнения реакций образования сахара в клетках растения.

Инструкция 2

Составьте схему промышленного способа получения сахара из сахарной свеклы, пользуясь учебником и дополнительной литературой.

Приготовьте отчет.

Инструкция 3

Подготовьте справку о строении молекулы сахарозы. (Выпишите структурную и молекулярную формулы сахарозы.)

Исходя из строения, сделайте вывод о ее физических свойствах.

Какова биологическая роль данного вещества?

Составьте отчет.

Инструкция 4

Выясните химические свойства сахарозы, пользуясь учебником, дополнительной литературой и реактивами.

Задания для экспериментальной работы.

1) Даны пробирки с растворами глюкозы и сахарозы. Опытным путем определите, в какой пробирке находится сахароза.

2) Испытайте раствор сахарозы свежеприготовленным гидроксидом меди(II). Объясните признаки данной реакции.

3) Используя данные текста учебника и результатов проведенных экспериментов, напишите уравнения реакций, характеризующих химические свойства сахарозы.

Составьте отчет.

Инструкция 5

Выясните химические свойства сахарозы, пользуясь учебником, дополнительной литературой и реактивами.

Задания для экспериментальной работы.

1) Проведите реакцию гидролиза сахарозы (в пробирку с раствором сахарозы прилейте немного раствора серной кислоты и подогрейте). Как доказать, что гидролиз осуществился?

2) В пробирку с сахарной пудрой аккуратно, по каплям, прилейте концентрированной серной кислоты. Объясните признаки данной реакции.

3) Используя данные из текста учебника и результаты проведенных экспериментов, напишите уравнения произошедших реакций.

Составьте отчет.

Сегодня ,продолжая своё знакомство с группой углеводов мы проведём необычный урок.

 Нам предстоит путешествие по царству «Сладкоежки». Сладкоежка – это давний друг человечества. Еще за 200 лет до н.э. сладкий сок этого  вещества употреблялся в пищу китайцами и индусами. С  раннего детства и до глубокой старости человек испытывает потребность в сладостях. Это источник энергии, аккумулятор силы, мышления, памяти, выносливости. Содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике.В процессе нашего путешествия каждая группа предоставит отчёт о проделанной работе,а все остальные будут заносить необходимую информацию в путевые дневники.

IV.Чтобы точно определить что скрывается под названием СЛАДКОЕЖКИ-решим задачу.

При сгорании 1,71 г органического вещества образовалось 2,64 г углекислого газа и 0,99 г воды. Молярная масса данного вещества в 171 раз больше молярной массы водорода.

 Определите формулу органического вещества.

Решение задачи приводит к формуле С12Н22О11. Из молекулярной формулы выясняется, что данное вещество не относится к моносахаридам. Выясняем, что в данном веществе количество атомов углерода в 2 раза превышает количество атомов углерода в моносахариде глюкозе. Отсюда ученики могут предположить, что данное вещество относится к дисахаридам.

 Ну, как, догадались, о каком веществе идет речь?

 Верно  - САХАРОЗА.

 Итак, мы знаем, кто скрывается под именем «Сладкоежки». И наша задача состоит в том, чтобы проникнуть в это царство, во все его тайны

 Мы прибываем на первую станцию пути нашего следования –Станцию  ИСТОРИЧЕСКАЯ.

Что же нам известно из истории сахара?

Большое содержание сахара в сахарном тростнике, сахарной свекле, кленовом соке. Образуется сахароза в листьях растений в процессе фотосинтеза.

Самый древний вид сахара – тростниковый. Родина – Индия. В 1747 г. немецкий химик А.С.Маргграф выделил «европейский» сахар из сахарной свеклы.

С древних времен  люди начали употреблять подслащивающие вещества, однако сахар в данной функции начал применяться сравнительно недавно. На протяжении тысячелетий основными источниками сахарозы служили мед, сладкие плоды и корнеплоды растений, сладкий сок особых видов пальм (в тропических странах), березы и клена (в странах с умеренным климатом). Сахарный тростник, родиной которого считается Бенгалия (Индия), и кустарный сахар, производимый из него, долго был известен лишь южным народам.

 После арабских завоеваний VII-IX веков сахарный тростник начали возделывать в Египте, Сирии, Южной Испании. В 966 году сахар появился в Венеции.

 Спустя 100 лет, во время первого крестового похода, европейцы вплотную столкнулись с сахаром. Крестоносцы поначалу подражали местным детям – высасывали сладкую жижицу из стебля.

 В Европу сахар попал лишь в XII веке вместе с возвращавшимися домой крестоносцами. Оценив новый продукт, европейцы решили приблизить тростник к родным местам.

 В Европе, в XVII-XVIII веках происходил рост промышленного производства сахара из сока кленового дерева с применением той же технологии, что и для производства тростникового сахара. Но оно было дорогим и не покрывало растущий спрос на сладкий продукт.

 На Руси тростниковый сахар стали подавать к царскому столу в XVI веке. Чрезвычайно дорогими были эти сладости: в аптеке золотник сахара (немногим  более 4 г) стоил рубль серебром.

 Для растущих нужд требовалось найти источник сахара  на месте. Скоро такой источник был найден: в 1747 году немецкий химик Андрес Сигизмунд Маргграф извлек спиртом из сушеной свеклы и выкристаллизовал такой же точно сахар, какой получается из сахарного тростника. С этого события и берет начало свеклосахарная индустрия. Талантливый химик не обладал, к сожалению, масштабным мышлением, и поэтому свое открытие, знаменующее переворот в сахарном производстве, счел пригодным лишь для домашнего пользования – приготовление сладкого сиропа вместо дорогого сахара.

 Ученик и последователь Маргграфа Франц Ахард смотрел шире и посвятил проблемам  производства свекловичного сахара всю свою жизнь. Упорно и настойчиво, не жалея сил  и времени, Ахард завершил в 1802 году строительство первого  сахарного завода. Как часто водится в таких делах, недоверчивых, завистливых недоброжелателей было значительно больше, чем сторонников. Английские сахарные монополисты сразу смекнули, чем грозит им открытие Ахарда и предложили ему 150 тыс. франков отступного. Через два года плата за заявление о бесперспективности исследований возросла до 600 тыс. франков. В ответ на категорический отказ они подговорили крупнейшего химика Хэмфи Деви  забраковать патент. И случилось то, во что ученый мир долго не мог поверить. Великий Деви, классик химии, самолично заехал к Ахарду, попробовал и заявил, что сахар этот не то горчит, не то кислит, а в общем в пищу не годится. Финансовые трюки, угрозы и шантаж, более чем загадочный пожар на заводе – все привело к потому, что Ахард умер в нищете и безвестности. Трагический финал прекрасного дела.

 Но история брала свое. И как не парадоксально, ускорить производство сахара из свеклы помог…Наполеон. В 1806 году его война с Англией вылилась в форму континентальной блокады. Были приостановлены поставки в Европу колониальных товаров, в том числе и сахара. Наполеон объявил премию  в 1 млн. франков за изобретение способа получения продукта в самой Франции, который мог бы заменить ввозной сахар. Вот тогда и вспомнили об открытии  Маргграфа и мытарствах Ахарда.

  В XVIII – XIX веках в Европе шла интенсивная  работа по селекции наиболее сладких сортов свеклы, что, в конечном итоге, привело к росту внутреннего предложения сахаросвекловичного сырья, которое частично вытесняло тростник. Так, если в свекле, исследованной Маргграфом, содержалось до 6 % сахара, то к 1890 году ученые-селекционеры довели эту цифру до 14 %, а к 1910 году – до 18 – 20 %, что соответствует современным нормам.

  Не смотря на то, что  в 1900 году свекловичного сахара было произведено 6 млн. тонн – в полтора раза больше, чем тростникового, тростниковый сахар не сдал своих позиций.

Следующая станция-  ИНФОРАЦИОННАЯ.

Здесь мы ознакомимся с физическими и химическими свойствами сахарозы

 Как мы уже выяснили- молекулярная формула  сахарозы С12Н22О11.

Структурная формула:

Она хорошо известна  нам в виде обычного сахара. И вы можете помочь охарактеризовать ее свойства.

Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы, тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах. Сахароза представитель дисахаридов класса углеводов. Её молекула состоит из взаимно связанных остатков молекул глюкозы и фруктозы, которые являются незаменимым источником энергии в обмене веществ живых организмов. Следовательно, и сахароза – источник энергии. Однако избыток потребления сахара является причиной диабета и кариеса, заболеваний сердечно-сосудистой системы.Сахароза , попадая в кишечник живого организма, быстро гидролизуется альфа-глюкозидазой тонкой кишки на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь. Ингибиторы альфа-глюкозидазы, такие, как акарбоза, тормозят расщепление и всасывание  сахарозы , а также и других углеводов, гидролизуемых альфа-глюкозидазой, в частности, крахмала. Это используется в лечении сахарного диабета 2-го типа.

Сахароза-дисахарид, широко распространенное резервное вещество растений, образующееся в процессе фотосинтеза и запасаемое в листьях, стеблях, корнях, цветах или плодах. Содержится во многих растениях: в соке березы, клена, в моркови, дыне. Особенно много ее в сахарном тростнике (14-26%) и сахарной свекле (16-20%). В небольших количествах она содержится вместе с глюкозой в плодах и листьях многих зеленых растений.

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2,

 Чистые растворы сахарозы нейтральны, т.е. РН = 7

Она представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса,без запаха, очень хорошо растворимые в воде.  Растворимость в воде 2000г/л (25°С).Температура плавления сахарозы 160 °С-186°C; При нагревании выше температуры плавления происходит разложение и окрашивание расплава (карамелизация). при застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная  прозрачная  масса -  карамель.  Как и другие углеводы, сахароза сгорает до диоксида углерода и воды.

Биологическая роль.

Сахароза легко усваивается в организме, что приводит к быстрому росту глюкозы в крови после приема пищи. Злоупотребление сахарозы связано с неблагоприятными последствиями для здоровья. Наиболее распространенным является кариес зубов. Разрушение зубов, связанное с потреблением сахара опасно для здоровья. Многие слышали, что сахар может привести к образованию полостей в зубах. Хотя сахар сам по себе не образует полости, то отсутствие чистки зубов после еды сахара или других продуктов может к этому привести. Ребёнок, который употребляет много сахара и не чистит зубы на регулярной, основе подвержен появлению полостей в зубах.

Бактерии полости рта, живущие в зубном налете, при избытке сахарозы, усиливают метаболизм сахара любого (не только сахарозы, но и глюкозы, лактозы, фруктозы, но и крахмала) в молочную кислоту. Высокая концентрация, которой ведёт к деминерализации поверхности зубов, что приводит к кариесу. Быстрота, с которой сахароза повышает уровень глюкозы в крови, может вызвать проблемы у людей, страдающих сахарным диабетом.

Диабет, болезнь, которая заставляет организм усваивать сахар плохо. Диабет возникает, когда разрушаются тела клеток, продуцирующих инсулин. Накопление глюкозы в крови, может вызвать две проблемы: в краткосрочной перспективе, клеткам начинает не хватать энергии, в долгосрочной перспективе, постоянно повышенный уровень глюкозы приводит к повышению  кислотности крови, повреждению многих органов, включая глаза, почки, нервы и сердце.

Следствием  повышенного содержания сахара в крови является и такая болезнь как подагра. Возникновение подагры связано с избыточным производством мочевой кислоты. Пища, богатая сахарозой может привести к подагре, так как она повышает уровень инсулина, что предотвращает выделение мочевой кислоты из организма. Концентрация мочевой кислоты в организме увеличивается, в том числе и концентрация мочевой кислоты в жидкостях организма. Мочевая кислота начинает выпадать в осадок в виде кристаллов. Исследователи находят связь между  частым употреблением сладких напитков с высоким содержанием фруктозы и ростом случаев проявления подагры.

В 2003 году, Организация Объединенных Наций подготовила доклад, составленный группой из 30 международных экспертов. Группа экспертов заявила, что общее число свободных сахаров (всех моносахаридов и дисахаридов), добавленных в продукты от производителей или поваров, а также сахаров, естественно присутствующих в меде, сиропах и фруктовых соках не должна составлять более 10% потребления здорового человека. Общее число углеводов должно составлять от 55% и 75% потребления.  

Наибольше количество тростникового сахара поступает из стран с теплым климатом, таких как Бразилия, Индия, Китай, Таиланд, Мексика и Австралия.

Свекольный сахар поступает из регионов с более холодным климатом: северо-западной и Восточной Европы, Северной Японии, а также из некоторых районов Соединенных Штатов (в том числе Калифорния).

 При исследовании химических свойств сахарозы можно убедиться, что для нее характерна реакция многоатомных спиртов : при взаимодействии с гидроксидом меди (II) образуется ярко-синий раствор сахарата меди. Следовательно сахароза – многоатомный спирт, и в   её молекуле  имеются гидроксильные группы.

2C12H22O11 + Cu(OH)2 = (С12Н21О11)2Cu + 2Н2О

 Растворы глюкозы и сахарозы можно отличить с помощью аммиачного раствора оксида серебра, т.к. в молекуле сахарозы отсутствует альдегидная группа;

Реакцию «серебряного зеркала» с сахарозой осуществить не удается. Следовательно, в молекуле отсутствует альдегидная группа, и сахароза не является альдегидом.

С6 Н12О6 + Ag2О = С6 Н12О7 + 2Ag,

С12Н22О11+ Ag2О  реакции нет,

 Важные данные о строении сахарозы можно получить на основе изучения ее  реакции с водой.

 Если раствор сахарозы нагреть в присутствии соляной или серной кислоты, то образуется два вещества, одно их которых, подобно альдегидам, реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, так и  с гидроксидом меди (I). Эта реакция доказывает, что в присутствии минеральных кислот сахароза подвергается гидролизу и в результате образуется глюкоза и фруктоза.

 Важнейшее химическое свойство сахарозы – способность в присутствии минеральных солей и при нагревании подвергаться гидролизу

          Реакция гидролиза

                                             Н2SO4 t

 С12Н22О11   +  Н2О          -------------->      С6 Н12О6    +  С6 Н12О6    

 Сахароза                                                    глюкоза                    фруктоза

 Образовавшуюся глюкозу можно обнаружить реакцией «серебряного зеркала».

Концентрированная серная кислота обугливает сахарозу.

 Вспомним начало войны... 1941 год.

 Немецкие танки рвутся к Москве

 Не хватает обмундирования, продовольствия и боеприпасов, но самое главное – катастрофически не хватает противотанковых средств.

 В этот критический период на помощь приходят ученые-энтузиасты: в два дня на одном из военных заводов налаживается выпуск бутылок КС (Качугина-Солодовникова) или просто бутылок с горючей смесью

А как выдумаете, что представляют собой эти бутылки КС?

 К обыкновенной бутылке прикреплялись резинкой ампулы, содержащие концентрированную H2SO4, бертолетову соль и сахарную пудру.

 В бутылки заливали бензин, керосин, лигроин или масло.

 Как только такая бутылка при ударе разбивалась о броню, компоненты запала вступали в химическую реакцию, происходила сильная вспышка, и горючее

Почему все 3 компонента запала берутся по отдельности? Можно ли их заранее смешать?

а) бертолетову соль и сахарную пудру?

б)H2SO4 (конц.) и сахарную пудру?

А) Бертолетову соль и сахарную пудру заранее смешивать нельзя, т.к. получающаяся смесь чрезвычайно взрывоопасна.

 8KClO3 + C12H22O11 -> 8КCl + 12CO2 + 11H2O

Б) H2SO4 (конц) нельзя смешивать с сахарной пудрой. В этом случае произойдет обугливание сахарной пудры, т.к. H2SO4 (конц) является сильным водоотнимающим средством. И эту реакцию мы сейчас увидим.

2С12Н22О11 + 2Н2SО4 = 23С + СО2  + 2SО2 + 24Н2О

Последняя станция на пути нашего следования-  ПРАКТИЧЕСКАЯ.

 Великий Гёте сказал: «Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать»ю

 Из растений, содержащих значительное количество сахарозы, промышленное значение имеют сахарный тростник, сахарная свекла, сахарный клён, сахарное сорго, сахарные пальмы, кукуруза (стебли) и сахарный  янтак.. Их называют  «промышленные сахароносы», причем на первые два приходится подавляющая часть мирового производства сахара.    

           Мы разберем  получение сахарозы из сахарной свеклы. При ее производстве не происходят химические превращения, ибо она уже имеется в природных продуктах. Её лишь выделяют из этих продуктов по возможности в более чистом виде.

 Все процессы производства механизированы и выполняются поточным способом. Свеклу подают в здании завода гидравлическими транспортерами. Окончательная очистка производится в свекломойке.

 1. Очищенную сахарную свеклу в механических свеклорезках  превращают в тонкую стружку и помещают её в специальные сосуды – диффузоры, через которые пропускают горячую воду. В результате из свеклы вымывается почти вся сахароза, но вместе с ней в раствор переходят различные кислоты, белки, красящие вещества,

 которые требуется отделить от сахарозы. Обессахаренная стружка называется ЖОМОМ, используется на корм скоту.

     2.Образовавшийся в диффузорах раствор обрабатывают известковым молоком. Гидроксид кальция реагирует с содержащимися в растворе кислотами, которые выпадают в осадок. Сахароза же с гидроксидом кальция образует растворимый сахарат кальция, который можно выразить формулой:

 С12Н22О11 · СаО· 2 Н2О

           3. Чтобы разложить образовавшийся сахарат кальция и нейтрализовать избыток гидроксида кальция, через их раствор пропускают оксид углерода (IV). В результате кальций осаждается в виде карбоната.

 С12Н22О11 · СаО· 2 Н2О + СО2   → С12Н22О11   + СаСО3 +2 Н2О

 4. Полученный после осаждения карбоната кальция раствор фильтруют, затем упаривают в вакуумных аппаратах, и кристаллики сахара отделяют центрифугированием.

 Однако выделить  весь сахар из раствора не удается. Остается бурый раствор (мелласа), который содержит еще до 50% сахарозы. Мелласу используют для получения лимонной кислоты.

 5. Выделенный сахарный песок обычно желтого цвета, так как содержит красящие вещества. Чтобы их отделить, сахарозу  вновь, растворяют в воде и полученный раствор пропускают через активированный уголь. Затем раствор снова упаривают и подвергают кристаллизации. Выгружаемый из центрифуг кристаллический сахар после высушивания и охлаждения является готовой продукцией (белый сахар -песок), содержащий сахарозы не менее 99,75% . Из 100 кг сахара, имеющегося в свекле, получается 80-82 кг чистого сахара, остается в малласе 10-14 кг, теряется в процессе производства 5-6 кг.

 Сахароза в основном используется в качестве продукта питания и в кондитерской промышленности. Путем гидролиза из нее получают искусственный мед.

           В Казахстане  внутренние потребности в сахаре оцениваются в 600-700 тыс.тонн. В советское время здесь действовало 8 сахарных заводов. Они работали круглый год. На сегодняшний день производство белого сахара возросло и достигло экспортных параметров.

Станция «СТОП! Красный свет!»

 Коль хотите домой возвратиться,

 То придется вам всем потрудиться,

 Если сделана будет работа

 Я открою из царства ворота!

 Не робей, не вешай носа –

 На мои ответь вопросы!

 Не ленись, не зевай –

 На вопросы отвечай!

1. К каким углеводам относится сахароза?

2. Из каких растений получают сахарозу?

3. Какие вещества образуются в результате гидролиза сахарозы?

4. С помощью какой реакции можно обнаружить глюкозу, которая образуется в результате гидролиза сахарозы?
5. Назовите основные области применения сахарозы.

Домашнее задание:

на выбор  

1) Предложите способ обнаружения глицерина, сахарозы, фенола с помощью одного реактива.

2) Придумайте пять тестов по данной теме.

3) Создайте презентацию рекламы сахара

                                              ПУТЕВОЙ ДНЕВНИК

                            КАРТА НЕЗАВИСИМОГО РАССЛЕДОВАНИЯ