7-4-1 糖类 学案(第一课时) 2022-2023学年高一化学人教版（2019）必修第二册

第七章有机化合物
第四节基本营养物质
第1课时　糖类
课标定向
1．能列举糖类在生产、生活中的重要应用，并结合糖类的主要性质进行简单说明。（科学态度与社会责任）
2．认识葡萄糖的分子结构和特征反应。（宏观辨识与微观探析）
3．能够设计实验确认淀粉水解的产物及水解的程度。（科学探究与创新意识）
情境导入
我们日常吃的“糖”只是糖类的一种。人们每天所吃的食物约有80%是糖类。人体缺少糖类，会造成血液中血糖下降，还会影响脂肪和蛋白质发挥作用。你知道糖类包含哪些类别吗？
教学建议 本节课的重点内容是认识糖类的结构和性质，通过典型代表物葡萄糖认识糖类的结构与性质的关系。教学中可采用分组实验的形式探究葡萄糖的化学性质，认识有机化合物中的醛基的特征反应，帮助学生巩固有机化合物中官能团决定化学性质的学科思想。在学习糖类的水解反应时，可结合食物中的淀粉在人体内的变化、传统酿酒工艺中的淀粉的变化等问题，进行资料收集、讨论交流活动，加深对糖类水解反应的理解。
学习任务一　糖类的组成与分类
营养物质主要包括糖类、蛋白质、油脂、维生素、无机盐和水，前三者为人体必需的基本营养物质。
1．糖类的组成
糖类是由C、H、O三种元素组成的一类有机化合物，其组成大多可以用通式Cn（H2O）m表示，也被称为碳水化合物。
2．糖类的分类
类别 代表物 分子式 相互关系
单糖 葡萄糖、果糖 C6H12O6 同分异构体
二糖 蔗糖、麦芽糖、乳糖 C12H22O11 同分异构体
多糖 淀粉、纤维素 （C6H10O5）n 不属于同分异构体
3.糖类代表物的存在
（1）葡萄糖和果糖存在于水果和蜂蜜中。
（2）蔗糖存在于甘蔗和甜菜中；乳糖存在于哺乳动物的乳汁中。
（3）淀粉存在于植物的种子或块根中；纤维素存在于植物的茎和叶中。
　[闪问]　糖类一定有甜味吗？有甜味的物质一定是糖类吗？
提示：糖类物质不一定有甜味，如淀粉、纤维素；有甜味的物质不一定是糖类，如糖精。
1．思考：糖类都符合Cn（H2O）m的通式吗？符合Cn（H2O）m通式的物质一定属于糖类吗？
提示：糖类不一定均符合通式Cn（H2O）m，如鼠李糖的分子式为C6H12O5；符合Cn（H2O）m的有机物不一定是糖类，如乙酸分子可写为C2（H2O）2。
2．质疑：淀粉和纤维素均可用（C6H10O5）n表示，为什么两者不属于同分异构体？
提示：淀粉和纤维素的分子通式虽相同，但分子中的结构单元数目不同，即n值不同，故分子式不同，不能互称为同分异构体。
糖类分为单糖、二糖、多糖的依据为其能否水解以及水解产物的多少不同。单糖不能水解，二糖水解生成两分子单糖，多糖水解生成多分子单糖。
1．糖类是生命的基础能源，下列关于糖类物质的说法正确的是（　　）
A．糖类均有甜味
B．淀粉和纤维素均不是糖类
C．糖类均不可水解
D．糖类都含有C、H、O元素
【解析】选D。纤维素属于糖类，无甜味，A项错误；淀粉、纤维素的通式为（C6H10O5）n，属于糖类，B项错误；只有单糖不水解，C项错误；糖类都含有C、H、O元素，D项正确。
2．下列关于糖类的说法正确的是（　　）
A．所有糖类物质都能溶于水
B．葡萄糖和果糖都是单糖，且分子式相同
C．淀粉和纤维素互为同分异构体
D．乳糖属于多糖
【解析】选B。不是所有糖类物质都能溶于水，如纤维素，故A错误；葡萄糖和果糖都是单糖，且分子式相同，均为C6H12O6，结构不同，属于同分异构体，故B正确；淀粉和纤维素分子的聚合度不同，不是同分异构体，故C错误；乳糖属于二糖，故D错误。
【补偿训练】
下列物质不属于糖类的是（　　）
A．葡萄糖　　　　　　　　　　B．蔗糖
C．甜蜜素（C6H12NNaO3S） D．果糖
【解析】选C。糖类是由C、H、O三种元素组成的一类有机化合物，由甜蜜素的化学式可知其不属于糖类，故选C。
学习任务二　葡萄糖的结构和性质
1．葡萄糖的组成与结构
葡萄糖是一种有甜味的无色晶体，能溶于水，其分子式为C6H12O6，结构简式：
CH2OH（CHOH）4CHO。在葡萄糖分子中含有两种决定葡萄糖化学性质的原子团，它们分别是—OH（羟基）和（—CHO醛基）。
2．葡萄糖的主要性质及应用
（1）葡萄糖与新制的Cu（OH）2的反应
①实验过程
②实验现象：在酒精灯上加热一段时间后试管内出现砖红色沉淀。
③实验分析及结论
出现的砖红色沉淀为氧化亚铜（Cu2O），说明在加热条件下，葡萄糖可以把新制的氢氧化铜还原为Cu2O。
（2）葡萄糖与银氨溶液的反应——银镜反应
①实验过程
银氨溶液的制备：在洁净的试管中加入1 mL 2% AgNO3溶液，然后边振荡试管边逐滴滴入2%氨水，直到最初产生的沉淀恰好溶解为止，制得银氨溶液。
②实验现象：在试管内壁上附着一层光亮的银镜。
③实验结论：银氨溶液与葡萄糖反应生成了银。
[闪问]　葡萄糖与新制Cu（OH）2的反应和葡萄糖结构中的什么官能团有关？
提示：与新制Cu（OH）2的反应和葡萄糖结构中的醛基（—CHO）有关。
1．思考：葡萄糖与新制Cu（OH）2的反应和葡萄糖的银镜反应，两种反应的加热方式是否相同？
提示：不同。与新制的Cu（OH）2反应要用酒精灯直接加热，发生银镜反应时采用水浴加热。
2．质疑：未成熟苹果的果肉遇碘酒呈现蓝色，成熟苹果的汁液能与银氨溶液发生反应，这是什么原因？
提示：未成熟苹果中含有淀粉，遇碘酒呈现蓝色；而成熟苹果中含葡萄糖，能与银氨溶液发生银镜反应。
3．探索：根据葡萄糖的分子结构和性质分析，乙醛（CH3CHO）能否与银氨溶液、新制氢氧化铜反应？
提示：能。葡萄糖能与银氨溶液、新制氢氧化铜反应是因为其分子中含有醛基，乙醛分子中也含有醛基，故也能和二者反应。
1．葡萄糖的分子结构特点
2．葡萄糖的化学性质
官能团决定物质的主要化学性质，因此葡萄糖兼有醛基和羟基的性质。
[提醒]　葡萄糖两个特征反应应注意的问题
（1）银镜反应（碱性条件）
①试管洁净；②银氨溶液应现用现配；③采用水浴加热。
（2）葡萄糖与新制的Cu（OH）2反应（碱性条件）
①新制的Cu（OH）2要现用现配；②配制时NaOH要过量，将少量CuSO4滴到过量的NaOH溶液中，若CuSO4过多易形成黑色的CuO沉淀；③要用酒精灯加热至沸腾。
【典例】分别取1 mol葡萄糖进行下列实验：
（1）与醋酸反应生成酯，从理论上讲完全酯化需300g醋酸。
（2）若使之全部转化为CO2和H2O，所需氧气的体积在标准状况下为134.4 L，反应的化学方程式为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。
（3）与新制的Cu（OH）2在加热条件下反应的现象是生成砖红色沉淀。
（4）与银氨溶液发生银镜反应，反应的还原剂为葡萄糖，还原产物为银，此反应可用来检验葡萄糖（或制镜，合理即可）。
【解析】葡萄糖为多羟基醛，其结构简式为CH2OH（CHOH）4CHO，含有的官能团为羟基和醛基；（1）1 mol葡萄糖中含有5 mol羟基，可以与5 mol醋酸发生酯化反应，完全酯化所需醋酸的质量为5 mol×60 g·mol－1＝300 g；（2）葡萄糖燃烧的化学方程式为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O，1 mol葡萄糖完全燃烧所需氧气为6 mol，标准状况下体积为6 mol×22.4 L·mol－1＝134.4 L；（3）葡萄糖中含有醛基，葡萄糖与新制的Cu（OH）2在加热条件下反应生成砖红色的Cu2O沉淀；（4）葡萄糖被银氨溶液氧化，反应的还原剂为葡萄糖，还原产物为银，此反应可用来检验葡萄糖或制镜。
[借题发挥]（1）改变设问：葡萄糖在人体内被缓慢氧化转变为二氧化碳和水，为人体提供能量，反应的化学方程式为__________________________________。
提示：C6H12O6（葡萄糖）＋6O26H2O＋6CO2。
（2）改变物质：苏糖的结构简式为，苏糖能否发生银镜反应和酯化反应？
提示：能。苏糖分子中含有—CHO，能发生银镜反应；含有—OH，能发生酯化反应。
1．（2022·苏州高一检测）下列关于葡萄糖的叙述，错误的是（　　）
A．它是无色晶体，能溶于水，有甜味
B．它是一种多羟基醛，有还原性
C．它能发生水解反应
D．它与果糖互为同分异构体
【解析】选C。葡萄糖是无色晶体，能溶于水，有甜味，A正确；葡萄糖的结构简式是CH2OH（CHOH）4CHO，含有醛基，所以具有还原性，B正确；葡萄糖属于单糖，不能水解，C错误；葡萄糖、果糖的分子式都是C6H12O6，但结构不同，两者互为同分异构体，D正确。
2．下列关于某病人尿糖检验的做法正确的是（　　）
A．取尿样，加入新制Cu（OH）2，观察发生的现象
B．取尿样，加H2SO4中和，再加入新制Cu（OH）2，观察发生的现象
C．取尿样，加入新制Cu（OH）2，加热，观察发生的现象
D．取尿样，加入Cu（OH）2固体，观察发生的现象
【解析】选C。葡萄糖的检验应在碱性条件下与新制Cu（OH）2共热。
【补偿训练】
下列关于葡萄糖的叙述正确的是（　　）
A．它是果糖的同系物
B．葡萄糖在人体内发生氧化反应，释放能量
C．葡萄糖既可以和钠反应，又可以和氢氧化钠反应
D．葡萄糖水解为乙醇和二氧化碳
【解析】选B。葡萄糖的结构简式为
CH2OH（CHOH）4CHO，果糖的结构简式为CH2OH（CHOH）3COCH2OH，二者结构不相似，分子式相同，互为同分异构体，选项A错误；葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳和水，释放能量，选项B正确；葡萄糖中含有羟基，能与钠反应，但不含有羧基、酯基等，不能与氢氧化钠反应，选项C错误；葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳，不能发生水解反应，选项D错误。
学习任务三　糖类的水解反应
1．淀粉的特征反应：将碘溶液滴到一片馒头或土豆上，观察实验现象。实验现象：变蓝。实验结论：淀粉遇碘变蓝。
2．蔗糖、淀粉和纤维素的水解反应
（1）蔗糖水解反应的化学方程式为
C12H22O11蔗糖＋H2OC6H12O6葡萄糖＋C6H12O6果糖。
（2）淀粉或纤维素的水解反应
现象：最终有砖红色沉淀生成；
解释：淀粉水解生成的葡萄糖与新制Cu（OH）2共热生成砖红色沉淀。
淀粉或纤维素水解反应的化学方程式为
（C6H10O5）n淀粉（或纤维素）＋nH2OnC6H12O6葡萄糖。
3．淀粉、纤维素在人体内的变化
（1）淀粉在人体内的变化
在人体内缓慢氧化，提供人体活动所需能量，葡萄糖在人体内氧化的化学方程式为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。
（2）纤维素在人体内的变化
人体内没有纤维素水解酶，无法吸收和利用纤维素。但食物中的纤维素能刺激肠道蠕动，有助于消化和排泄。
4．淀粉和纤维素的工业应用
淀粉和纤维素水解生成的葡萄糖在酶的催化下可以转化为乙醇，广泛应用于酿酒和利用生物质生产燃料乙醇。其转化的化学方程式为C6H12O6葡萄糖2C2H5OH＋2CO2↑。
1．思考：蔗糖、淀粉水解的条件是什么？
提示：用稀硫酸作催化剂并加热。
2．质疑：为检验淀粉水解的产物，某同学直接取水解液做银镜反应，发现没有形成银镜，他认为淀粉的水解实验中没有生成葡萄糖。他的这种结论是否正确？
提示：不正确。淀粉的水解液中含有H2SO4，必须把溶液调至碱性才能进行银镜反应。
1．糖类的水解
（1）水解规律
[提醒]　书写二糖、多糖水解反应的化学方程式时，要在化学式下边注明其名称。
（2）水解条件
蔗糖、淀粉的水解均用稀酸作催化剂，并且水浴加热。
2．检验淀粉水解及水解程度的实验步骤
实验现象及结论：
情况 现象A 现象B 结论
① 溶液呈蓝色 未产生银镜 未水解
② 溶液呈蓝色 出现银镜 部分水解
③ 溶液不呈蓝色 出现银镜 完全水解
　[提醒]　（1）检验葡萄糖生成时要注意水解液加碱呈碱性。
（2）检验淀粉是否存在时，注意水解液不能加碱呈碱性，否则I2与碱反应。
【典例】（2021·浙江1月学考）为了探究淀粉的水解程度，某同学设计了如下实验。
请回答：
（1）步骤①，稀硫酸的作用是催化剂。
（2）步骤②，加入氢氧化钠溶液的原因是中和稀硫酸。
（3）步骤③，试剂M为新制氢氧化铜。
（4）根据实验结果，判断溶液中淀粉部分（填“没有”“部分”或“完全”）水解成葡萄糖。
[解题思维]　解答本题的思维流程如下：
提取 关键点 （1）稀硫酸的作用； （2）加入氢氧化钠溶液的原因； （3）砖红色沉淀
转化 知识点 （1）淀粉在稀硫酸的催化下发生水解； （2）检验葡萄糖生成时水解液应加碱呈碱性； （3）葡萄糖与新制氢氧化铜反应生成砖红色的氧化亚铜
排除 障碍点 不熟悉检验淀粉水解程度的实验步骤
【解析】淀粉溶液在稀硫酸作催化剂条件下加热发生水解反应产生葡萄糖，利用淀粉溶液遇碘显蓝色检验淀粉的存在；利用葡萄糖能够与新制氢氧化铜共热发生反应生成Cu2O砖红色沉淀检验葡萄糖的存在，为排除催化剂硫酸的干扰，在检验葡萄糖之前要加入NaOH中和稀硫酸，然后再进行实验。（1）步骤①，稀硫酸的作用是催化剂；（2）稀硫酸是淀粉水解的催化剂，反应后的溶液中含有稀硫酸，在步骤②中加入氢氧化钠溶液的目的是中和稀硫酸，使溶液显碱性，然后再检验葡萄糖的产生；（3）葡萄糖分子中含有醛基，能够与银氨溶液发生银镜反应；也能够与新制Cu（OH）2共热产生砖红色沉淀，根据步骤③，加入试剂M并加热后有砖红色沉淀产生，说明加入的试剂M为新制氢氧化铜；（4）水解后的溶液分为两份，一份中加入碘水，溶液变蓝色，说明含有未水解的淀粉；另一份水解后的溶液先加碱中和，后加入新制氢氧化铜，并加热，有砖红色沉淀产生，说明其中含有水解产生的葡萄糖，据此可知溶液中淀粉只有部分水解变为葡萄糖，没有完全水解。
[借题发挥]
（1）改变设问：若加入碘水后溶液不变蓝色，其他现象不变，判断溶液中淀粉　　　　（填“没有”“部分”或“完全”）水解成葡萄糖。
提示：完全。加入碘水后溶液不变蓝色，说明溶液中不存在淀粉。
（2）改变物质：若加入试剂M，加热后试管中出现光亮的银镜，试剂M为　　　　　。
提示：银氨溶液。
　（2022·菏泽高一检测）某学生设计了如下实验方案用以检验淀粉水解的情况：
下列结论中正确的是（　　）
A．淀粉尚有部分未水解
B．淀粉已完全水解
C．淀粉没有水解
D．淀粉已发生水解，但不知是否完全水解
【解析】选D。淀粉为多糖，遇碘变蓝色，淀粉在酸性环境下水解生成葡萄糖，加入氢氧化钠溶液调节溶液呈碱性，再加入碘水，因为碘水能够与过量氢氧化钠反应，所以不能通过溶液不变蓝说明溶液中不含淀粉。在碱性环境下加入新制的氢氧化铜，加热至沸腾，产生砖红色沉淀，说明水解液中含有葡萄糖，则淀粉已经水解，所以通过上述实验能够证明淀粉已经水解，但无法确定是否完全水解，D项正确。
【补偿训练】
1．检验淀粉已完全水解的试剂为（　　）
A．新制的Cu（OH）2　　 B．碘水
C．NaOH溶液 D．稀硫酸
【解析】选B。用碘水检验淀粉。
2．某同学为了检验淀粉的水解情况，设计了如下三种实验方案：
方案甲：淀粉溶液水解液溶液变蓝。
结论：淀粉未水解。
方案乙：淀粉溶液水解液无银镜生成。
结论：淀粉未水解。
方案丙：淀粉溶液水解液中和液砖红色沉淀。
结论：淀粉已完全水解。
根据以上操作、现象判断结论是否正确，不正确的请说明原因。
（1）甲：不正确。原因是未检验水解液中是否有葡萄糖，也可能为部分水解，
（2）乙：不正确。原因是未中和水解液的酸性，不能检验出葡萄糖是否存在，
（3）丙：不正确。原因是虽然证明了淀粉发生了水解，但是否完全水解还需向水解液中加I2检验淀粉是否存在，如加I2后不变蓝，则淀粉完全水解。
【解析】对于淀粉水解程度的判断，应注意检验产物中是否生成葡萄糖，同时还要确定淀粉是否还存在，另外应特别注意，检验葡萄糖前要中和水解液的酸性。
1．有人形象地把人体比作一架缓慢氧化着的“高级机器”，人体在正常生命活动过程中需要不断地补充“燃料”。依照这种观点，你认为人们通常摄入的下列物质不能被看作“燃料”的是（　　）
A．淀粉类物质　　　　　 B．水
C．脂肪类物质 D．蛋白质
【解析】选B。淀粉属于糖类，糖类是人体的主要供能物质，不符合题意，故A项错误；水在人体内主要是作溶剂，不能为人体提供能量，故B项正确；脂肪能在体内发生氧化反应提供能量，不符合题意，故C项错误；食物中的蛋白质在体内被水解为氨基酸后才能吸收，一部分氨基酸再重新合成人体的蛋白质，另一部分氨基酸氧化分解释放能量，供生命活动需要，不符合题意，故D项错误。
2．下列说法正确的是（　　）
A．凡是能溶于水有甜味的物质都属于糖类
B．糖类都能发生水解反应
C．糖类都属于有机高分子
D．葡萄糖属于单糖
【解析】选D。有些甜味剂能溶于水，也具有甜味，A错误；单糖不能发生水解，例如葡萄糖和果糖都不能水解，B错误；糖类中只有多糖（如淀粉、纤维素）是有机高分子，C错误；葡萄糖不能发生水解反应，属于单糖，D正确。
3．（2022·杭州高一检测）2021年9月《科学》在线发表我国科学家以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉的研究成果。通过核磁共振等检测方法发现，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。下列说法正确的是（　　）
A．在咀嚼淀粉类食物时，淀粉会水解产生葡萄糖
B．该成果有利于国家粮食安全以及实现“碳达峰、碳中和”
C．可利用含碘化合物检验淀粉的存在
D．该合成过程中太阳能转化为化学能
【解析】选B。A.淀粉在唾液淀粉酶作用下可初步水解为麦芽糖，麦芽糖有甜味，故A错误；B.CO2人工合成淀粉技术有助于二氧化碳的减少，有利于国家粮食安全以及实现“碳达峰、碳中和”，故B正确；C.淀粉溶液遇到碘单质会显蓝色，应用碘单质检验淀粉的存在，故C错误；D.合成过程中不依赖植物光合作用，故不涉及太阳能，是其他形式的能量转化为化学能，故D错误。
4．有A、B、C三种无色溶液，它们分别是葡萄糖溶液、蔗糖溶液、淀粉溶液中的一种，甲同学做实验得出：①B能发生银镜反应；②A遇碘水变蓝色；③A、C均能发生水解反应，水解液均能发生银镜反应。
（1）试判断它们各是什么物质：
A是　　　　，B是　　　　，C是　　　　。
（2）分别写出A、C发生水解反应的化学方程式：
A：_______________________________________________________________；
C：________________________________________________________________。
【解析】（1）由题目可知，能发生银镜反应的为葡萄糖溶液，遇碘水变蓝色的为淀粉溶液。由此可以确定A为淀粉溶液，B为葡萄糖溶液，C为蔗糖溶液。（2）淀粉的水解产物为葡萄糖，蔗糖的水解产物为葡萄糖和果糖。
答案：（1）淀粉溶液　葡萄糖溶液　蔗糖溶液
（2）（C6H10O5）n淀粉＋nH2OnC6H12O6葡萄糖
C12H22O11蔗糖＋H2OC6H12O6葡萄糖＋C6H12O6果糖
【补偿训练】
1．核糖是合成核酸的重要原料，其结构简式为
CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO，下列关于核糖的叙述，正确的是（　　）
A．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．可以与银氨溶液作用形成银镜
C．与葡萄糖互为同系物
D．1 mol核糖能与过量的钠反应生成1 mol氢气
【解析】选B。核糖中含有—OH和—CHO，均能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A错误；因其分子中有—CHO，故能发生银镜反应，故B正确；核糖和葡萄糖分子中羟基数目不同，不是同系物，故C错误；1 mol核糖与过量的钠反应生成2 mol氢气，故D错误。
2．实验室做葡萄糖和银氨溶液反应的实验时：
（1）配制银氨溶液时向盛有　　　　溶液的试管中逐滴滴加　　　　，边滴边振荡直到　　　　为止。
（2）加热时应用　　　　加热。
（3）实验结束时用　　　　清洗试管。
（4）下列可用该实验原理鉴别的是　　（填字母）。
A.淀粉和纤维素　　 B．葡萄糖和蔗糖
C．蔗糖和淀粉 D．葡萄糖和乙酸乙酯
【解析】配制银氨溶液时应向盛有AgNO3溶液的试管中逐滴滴加稀氨水至最初产生的沉淀恰好溶解为止，葡萄糖的银镜反应采用水浴加热，实验结束时用稀HNO3清洗银镜。发生银镜反应是葡萄糖的特征性质，蔗糖、淀粉、纤维素及乙酸乙酯均不发生此反应。
答案：（1）AgNO3　稀氨水　最初产生的沉淀恰好溶解　（2）水浴　（3）稀HNO3　（4）BD
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