7.4 基本营养物质（第1课时 糖类）（解析版）-2022-2023学年高一化学同步素养目标精品讲义（人教版2019必修第二册）

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第七章 第四节 基本营养物质
第1课时 糖类
【学习目标】
1．掌握糖类的主要代表物: 葡萄糖、 蔗糖、 淀粉 、纤维素的组成和重要性质，知道糖类的主要应用。
2．认识糖类的组成和性质特点，能举例说明糖类在食品加工和生物质能源开发上的应用。
【素养目标】
1．通过糖类官能团的结构决定物质性质，培养学生“宏观辨识和微观探析”的学科素养。
2．通过认识糖类在生活中的应用，培养学生“科学态度和社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：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。
【点拨】糖类不一定均符合通式Cn(H2O)m，如鼠李糖的分子式为C6H12O5，但符合Cn(H2O)m的有机物不一定是糖，如乙酸分子式可写为C2(H2O)2。
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
【点拨】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。
典例1． 下列说法中正确的是(　　)
A．凡符合Cn(H2O)m通式的化合物一定属于糖类，不符合此通式的不属于糖类
B．凡能溶于水且具有甜味的化合物都属于糖类
C．葡萄糖是一种单糖的主要原因是它是一种多羟基醛
D．葡萄糖分子中含有醛基，它具有还原性
【答案】D
【解析】有些符合通式Cn(H2O)m的物质不属于糖类，如乙醇CH3COOH、甲酸甲酯HCOOCH3，有些不符合通式Cn(H2O)m的物质属于糖类，如鼠李糖C6H12O5；糖类不一定具有甜味，如淀粉，有甜味的物质也不一定是糖类，如糖精；葡萄糖是单糖的主要原因是它不能水解成更简单的糖；葡萄糖分子中含有醛基，它具有还原性，故选D。
知识点二：葡萄糖
葡萄糖是最重要的单糖，是构成多种二糖和多糖的基本单元。
1．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个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．主要性质及应用
(1)葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液的反应
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。
【点拨】此性质常用于血液和尿液中葡萄糖的含量测定。
(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%的AgNO3溶液，然后边振荡试管边逐滴滴入2%的稀氨水，至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。
【点拨】此性质常用于葡萄糖的检验和工业上的制镜。
典例2． 下列关于葡萄糖的说法错误的是(　　)
A．葡萄糖的分子式是C6H12O6，是一种多羟基醛，因而具有醛和醇的性质
B．葡萄糖是碳水化合物，因为它的分子是由6个碳原子和6个水分子组成的
C．葡萄糖是人体内最重要的供能物质
D．葡萄糖是单糖
【答案】B
【解析】葡萄糖是一种重要的单糖，是人体内最重要的供能物质，因此C、D选项正确；糖类也叫做碳水化合物，但是这个名称并不能反映葡萄糖的分子结构，它不是碳的水化物，而是多羟基醛。根据有机物的结构决定性质的事实，可知葡萄糖应该具有醇和醛的性质，A选项正确，B选项错误。
典例3．葡萄糖不能发生的反应是(　　)
A．氧化反应　　 B．与金属钠反应
C．水解反应 D．酯化反应
【答案】C
【解析】葡萄糖是单糖，不能发生水解反应；葡萄糖分子中含有—OH，可与羧酸发生酯化反应，也可与Na反应；含有—OH和—CHO，可发生氧化反应。
知识点三：蔗糖、淀粉和纤维素
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)蔗糖的水解方程式为 。
(2)淀粉或纤维素的水解反应
①实验现象：最终有砖红色沉淀生成；
②解释：淀粉水解生成的葡萄糖与新制的Cu(OH)2共热生成砖红色沉淀；
(3)淀粉(或纤维素)的水解方程式为 。
(4)在人体内缓慢氧化，提供人体活动所需能量，写出葡萄糖在人体内氧化的化学方程式：
C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。
(5)葡萄糖酿酒的反应为 。
【点拨】淀粉在人体内的变化
【思维建模】 糖类水解
(1)水解规律
(2)水解条件
蔗糖、淀粉的水解均用稀硫酸作催化剂，并且水浴加热。
(3)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
【点拨】(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，注意水解液不用加碱呈碱性，否则I2与碱反应。
典例4．下列实验操作和结论错误的是(　　)
A．用新制Cu(OH)2悬浊液可鉴别麦芽糖和蔗糖
B．用银镜反应可证明蔗糖是否转化为葡萄糖，但不能证明是否完全转化
C．浓硫酸可使蔗糖脱水变黑，证明蔗糖含C、H、O三种元素
D．蔗搪溶液中滴加几滴稀H2SO4，水溶液加热几分钟，加入银氨溶液，不能发生银镜反应，证明蔗糖不水解
【答案】D
【解析】麦芽糖含有醛基能使新制Cu(OH)2悬浊液产生砖红色沉淀、蔗糖不含醛基不能使新制Cu(OH)2悬浊液产生沉淀，故A结论正确；只要有蔗糖水解为葡萄糖，就能发生银镜反应，故B结论正确；蔗糖脱水变黑炭化，证明蔗糖含C、H、O三种元素，故C结论正确；验证蔗糖是否水解，先在蔗搪溶液中滴加几滴稀H2SO4，水溶液加热几分钟，加入过量的氢氧化钠中和硫酸，再加入银氨溶液，若生成银镜，则发生水解，故D结论不正确，选D。
典例5．为检验淀粉水解的情况，进行如图所示的实验，试管甲和丙均用60～80 ℃的水浴加热5～6 min，试管乙不加热。待试管甲中的溶液冷却后再进行后续实验。
实验1：取少量甲中溶液，加入新制氢氧化铜，加热，没有砖红色沉淀出现。
实验2：取少量乙中溶液，滴加几滴碘水，溶液变为蓝色，但取少量甲中溶液做此实验时，溶液不变蓝色。
实验3：取少量丙中溶液加入NaOH溶液调节至碱性，再滴加碘水，溶液颜色无明显变化。
下列结论错误的是(　　)
A．淀粉水解需要在催化剂和一定温度下进行
B．欲检验淀粉是否完全水解,最好在冷却后的水解液中直接加碘
C．欲检验淀粉的水解产物具有还原性,可在水解液中加入新制氢氧化铜并加热
D．若用唾液代替稀硫酸,则实验1可能出现预期的现象
【答案】C
【解析】题中实验甲与乙、甲与丙都是对照实验，前者探究温度的影响，后者探究催化剂的影响，通过对照实验可知A正确；因为I2可与NaOH发生反应同，故用I2检验淀粉是否存在时，不能有NaOH存在，B正确；用新制Cu(OH)2检验水解产物的还原性，必须在碱性环境中进行，故在水解液中先加NaOH调节至碱性后，再加入新制Cu(OH)2并加热，C错误；若用唾液代替稀硫酸，则不必加碱中和，直接加入新制Cu(OH)2，加热即可出现预期现象，D正确。
核心价值与学科素养
典例6．米酒，又叫酒酿,甜酒。旧时叫“醴”。用糯米酿制，是汉族传统的特产酒。主要原料是江米，所以也叫江米酒。酒酿在北方一般称它为“米酒”或“甜酒”。我国用优质糙糯米酿酒，已有千年以上的悠久历史。米酒既有酒味又有甜味，其中甜味的来源途径是(　　)
A．淀粉→蔗糖→葡萄糖　 B．淀粉→麦芽糖→葡萄糖
C．淀粉→麦芽糖→果糖 D．淀粉→蔗糖→果糖
【答案】B
【解析】淀粉属于多糖,淀粉首先在淀粉酶作用下水解生成麦芽糖,麦芽糖在麦芽糖酶的作用下进一步水解为葡萄糖,故选B项。
典例7．近几年一种新型的甜味剂木糖醇悄悄地走入生活，进入人们的视野，因为木糖醇是一种理想的蔗糖代替品，它具有甜味足，溶解性好，防龋齿，适合糖尿病患者的优点。木糖醇是一种白色粉末状的晶体，分子式为C5H12O5，结构简式为CH2OH(CHOH)3CH2OH，下列有关木糖醇的叙述中不正确的是(　　)
A．木糖醇与葡萄糖、果糖不一样，它不属于单糖
B．木糖醇不能跟新制的Cu(OH)2反应生成砖红色沉淀
C．木糖醇与乙醇属于同系物
D．木糖醇是一种五元醇，可以与羧酸在一定条件下发生酯化反应
【答案】C
【解析】木糖醇有五个羟基，乙醇只有一个羟基，二者的结构不相似，不属于同系物。
【跟踪练习】 基础过关
1． 下列叙述不正确的是(　　)
①可用银氨溶液鉴别淀粉溶液和葡萄糖溶液
②可用碘水检验淀粉水解程度
③淀粉溶液、葡萄糖溶液均能与碱性氢氧化铜悬浊液(加热)反应，产生砖红色沉淀
④用大米酿的酒在一定条件下密封保存，时间越长越香醇
A．①②　　 B．②③　 　C．③④　 　D．①④
【答案】B
【解析】葡萄糖中含有醛基，能与银氨溶液、碱性氢氧化铜悬浊液(加热)反应，淀粉中不含醛基，不能与银氨溶液、碱性氢氧化铜悬浊液(加热)反应，①正确，③错误。碘水和银氨溶液[或新制Cu(OH)2悬浊液]共同使用才能检验淀粉水解程度。
2． 下列实验操作和结论错误的是(　　)
A．用新制Cu(OH)2悬浊液可鉴别麦芽糖和蔗糖
B．用银镜反应可证明蔗糖是否转化为葡萄糖，但不能证明是否完全转化
C．浓硫酸可使蔗糖脱水变黑，证明蔗糖含C、H、O三种元素
D．蔗搪溶液中滴加几滴稀H2SO4，水溶液加热几分钟，加入银氨溶液，不能发生银镜反应，证明蔗糖不水解
【答案】D
【解析】麦芽糖含有醛基能使新制Cu(OH)2悬浊液产生砖红色沉淀、蔗糖不含醛基不能使新制Cu(OH)2悬浊液产生沉淀，故A结论正确；只要有蔗糖水解为葡萄糖，就能发生银镜反应，故B结论正确；蔗糖脱水变黑炭化，证明蔗糖含C、H、O三种元素，故C结论正确；验证蔗糖是否水解，先在蔗搪溶液中滴加几滴稀H2SO4，水溶液加热几分钟，加入过量的氢氧化钠中和硫酸，再加入银氨溶液，若生成银镜，则发生水解，故D结论不正确，选D。
3． 核糖和脱氧核糖是人类生命活动中不可缺少的物质，它们的结构简式分别是CH2OH(CHOH)3CHO和 CH2OH(CHOH)2CH2CHO，在一定条件下，它们都能发生的反应是(　　)
①氧化反应　 ②还原反应 　 ③酯化反应 　 ④水解反应　 ⑤加成反应　 ⑥中和反应
A．①②③⑤ B．①③④ C．③④⑤ D．④⑤⑥
【答案】A
【解析】因为核糖和脱氧核糖分子中都有醛基，故能发生氧化反应、还原反应和加成反应；又因为它们都含有醇羟基，故能发生酯化反应；核糖和脱氧核糖均属于单糖，故不能发生水解反应；分子中没有羧基，故不能发生中和反应。
4． 以脱脂棉为材质的化妆棉，吸水效果优于普通棉花，其主要成分为纤维素，结构如图。下列说法错误的是(　　)
A．纤维素的吸水性较强与其结构中含羟基有关
B．纤维素能与醋酸发生酯化反应制得人造纤维
C．淀粉和纤维素都属于多糖，且二者互为同分异构体
D．棉花脱脂时加入2%～5%的NaOH目的是为了促进酯的水解
【答案】C
【解析】羟基是亲水基团，纤维素的吸水性较强与其结构中含羟基有关，A正确；纤维素含有羟基，可以和醋酸发生酯化反应制得人造纤维，B正确；淀粉和纤维素都属于多糖，但是二者n值不同，且都为混合物，二者不互为同分异构体，C错误；酯水解生成酸性物质，加入碱性溶液可以促进酯的水解，D正确。
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
【答案】D
【解析】混合液中加入新制Cu(OH)2，加热至沸腾，有砖红色沉淀生成，说明淀粉已经水解；另取混合液加入碘水，由于混合液中含过量的NaOH溶液，I2与碱反应导致无法判断是否水解完全。
能力达成
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：_______________________________________________。
【答案】(1)淀粉　葡萄糖　蔗糖
(2)(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6
　 淀粉　　　　　　　　葡萄糖
C12H22O11＋H2OC6H12O6＋C6H12O6
　 蔗糖　　　　　　葡萄糖　　果糖
【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，B为葡萄糖，C为蔗糖。(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。
淀粉经氧化剂处理后形成的变性淀粉为氧化淀粉,其在建筑工业(用作绝缘板、墙壁纸和隔音板原材料的黏合剂)、食品工业、造纸工业、纺织工业应用较多。
根据下列变化关系,请回答下列问题:
(1)写出A物质的名称________。加B溶液的作用为____________。
(2)写出下列反应的化学方程式:
③ ；
④ ；
⑥ 。
(3)反应⑤的反应类型是 。
【答案】(1)葡萄糖　中和稀硫酸至碱性
(2)③2C2H5OH+2CO2↑
④2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
⑥CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
(3)氧化反应
【解析】淀粉在稀硫酸的催化作用下水解生成葡萄糖，葡萄糖和新制的氢氧化铜反应生成砖红色沉淀的反应必须在碱性条件下进行，所以反应前先加NaOH溶液(B)中和稀硫酸。葡萄糖(A)在酶的作用下转化为乙醇(D)，乙醇和氧气发生催化氧化生成乙醛(E)，乙醛和氧气发生催化氧化生成乙酸，乙醇和乙酸发生酯化反应生成乙酸乙酯(F)。
A是面粉中的主要成分，C与E反应可生成F，D能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应产生砖红色沉淀。下图是A、B、C、D、E、F等几种常见有机物之间的转化关系图：
根据以上信息完成下列各题：
(1)A的化学式为____________，B的结构简式为__________________。
(2)F在稀硫酸中发生水解反应的化学方程式为________________________________。
(3)E与小苏打溶液反应的化学方程式为_______________________________________________。
(4)其中能与新制Cu(OH)2悬浊液反应产生砖红色沉淀的物质除D外还有________(填字母代号)。
(5)钠与C的反应现象和钠与水的反应现象有哪些不同？为何会产生这些差异？
【答案】(1)(C6H10O5)n　CH2OH(CHOH)4CHO
(2)CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH
(3)CH3COOH＋NaHCO3―→CH3COONa＋CO2↑＋H2O
(4)B
(5)①反应剧烈程度不同，乙醇＜水，水中的H比乙醇中—OH中的H活泼；②钠浮在水面上，在乙醇中沉入底部，因密度：水＞Na＞乙醇。
【解析】面粉的主要成分是淀粉[(C6H10O5)n]，淀粉水解的最终产物是葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO]，葡萄糖在酒化酶的作用下发酵生成乙醇(CH3CH2OH)，乙醇发生催化氧化反应生成乙醛(CH3CHO)，乙醛氧化生成乙酸(CH3COOH)。乙酸与乙醇在浓硫酸的催化作用下发生酯化反应生成乙酸乙酯(CH3COOCH2CH3)，乙酸乙酯在稀硫酸催化下可发生水解，生成乙酸和乙醇。乙酸具有酸的通性，能与部分盐反应。凡是含醛基(—CHO)的有机物都能与新制的氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀，葡萄糖分子中含醛基。
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