Интегрированный урок "Углеводы"

             Интегрированный урок  по теме: «Углеводы».

                                                Ход урока

«Химик не такой должен быть,

который дальше дыму и пеплу ничего не видит, а такой, который на основании опытных данных может делать теоретические выводы».         

                Михаил Васильевич Ломоносов

 

К данному эпиграфу вернемся в конце урока.

Учитель: как вы думаете, чем мы будем заниматься сегодня на уроке, исходя из этого эпиграфа?

Учащиеся: Проводить исследования.

Учитель: Для этого нужно выдвигать гипотезы и проверять их правильность экспериментально.

Мы сегодня должны научиться делать выводы о природе неизвестного вещества на основании теоретических знаний и проведенного эксперимента.

Учитель: Девиз нашего урока:

«Нет «актеров» и «зрителей» все – участники

Говорить так, чтобы тебя понимали.

Будь активным, стремись к успеху.

Критикуются идеи, а не личности.

Возражай. 

 

Учитель: Сегодня, у нас необычный урок, посвященный одним из важнейших органических веществ на Земле. Входящих в состав любой живой клетки, а особенно в растениях, являющихся основным источником энергии в организме человека. И наверное, вы догадались, о чем мы будем вести речь?  Да, это углеводы.

                                                      «Углеводы»

Цель задачи

Урок у нас будет иметь 3 направления:

 

 

1.    Изучение нового материала.

2.    Урок – исследование.

3.    Частично поисковый.

Учитель: (демонстрирует со стола овощи, фрукты) скажите, знакомы ли вам данные овощи, фрукты?

Учащиеся: Да.

Вот они и станут предметами  (веществом) нашего исследования.

Учитель: Изучая биологию, химию, вы неоднократно встречались с углеводами. Давайте повторим материал и проведем «Мозговой штурм».

                                           «Мозговой штурм».

 

1.    Почему растения имеют зеленый цвет?

(пигмент хлорофилл – зеленый цвет).

 

2.     А какие бывают пигменты?

 

1.    Хлорофилл  - главный фотосинтезирующий пигмент (зеленый, поглощает красную и сине – фиолетовую часть спектра);

2.    Бактерохлорофилл – (бледно синий цвет).

 

3.    Каратиноиды :

     - каротин (оранжевый);

     - ксантофилл (желтый);

                   

4.    Фикобилины:

- фикоцианы (сине – фиолетов);

- фикоэритрин (фиолетово – красный).

 

3.    Зачем такие разные пигменты?

Солнце излучает лучи: разного спектра; (t ры,  длины), поэтому падающие лучи улавливаются , определенным пигментом.

 

      

4.    А что такое хлоропласты?

(органоид свойственный только растительным клеткам)

3 вида пластид:

- хлоропласты (зеленый);

- хромопласты (желтый, оранжевый);

- лейкопласты (бесцветные).

 

5.    Какую роль играют хлоропласты?

(создают) На свету в хлоропластах идет фотосинтез. За счет энергии солнечного света, с помощью зеленого пигмента хлорофилла, растения создают органические вещества из углекислого газа и воды.

 

6.    Где протекает этот процесс (фотосинтез)?

 Точнее: в хлоропластах клеток мякоти листа.

7.    Кто является поставщиков СО2 для фотосинтеза?

Воздух.

 

8.    Что в растениях называют «фабрикой» или ( «Зеленой лабораторией») поглощения энергии солнечного света и образования органических веществ?

Лист.

 

 Учитель: А знаете ещё почему называют «Фабрикой» или («Зеленой лабораторией»)?

 

1)    Лист  имеет большую площадь соприкосновения с воздушной средой и солнечным светом;

2)    Многочисленные хлоропласты с хлорофиллом создают огромную фотосинтезирующую поверхность, превращая лист в «фабрику» и этот сложный многоступенчатый процесс идет в хлоропластах бесперебойно, пока зеленые листья – получают солнечную энергию.

    

9.     Какой вывод можно сделать о фотосинтезе?

Учащиеся:

Фотосинтез – это процесс создания в хлоропластах листа органических веществ (сахаров) из неорганических в-в (СО2 и Н2О) с использованием энергии солнечного света Процесс идет с выделением О2.

10.               Какие образуются в процессе фотосинтеза органические вещества?

®Сахара (глюкоза, фруктоза, крахмал).

 

11.         А что дальше с ними происходит (с орг. в-ми)?

Запасаются, оттекают ко всем органам, где с помощью ферментов превращаются в другие органические вещества (крахмал, белки, жиры).

 

 

 Учитель: Так в чем же уникальность фотосинтеза?

Сообщения.

                                     Фотосинтез.

Уникальный процесс, происходящий в природе, в результате которого образуются углеводы, осуществляется только в зеленых растениях. В зеленых растениях при помощи пигмента хлорофилла, содержащегося в хлоропластах, происходят сложные химические реакции. Растение, хлоропласт – единственная в своем роде «живая фабрика», где при помощи энергии Солнца из неорганических веществ СО₂ (углекислого газа) и Н₂О (воды) образуются органические вещества – углеводы и выделяется свободный кислород (О₂)

свет, хлорофилл, ферменты

Уравнение реакции:

6СО₂+6Н₂О                                                 С₆Н₁₂О₆   (глюкоза) + 6О₂

Все прочие органические вещества в любых организмах синтезируются при участии углеводов, образовавшихся за счет фотосинтеза. Поэтому фотосинтез присущий только зеленым растениям, - единственная реакция, в процессе которой энергия солнечного луча на нашей планете преобразуется в химическую энергию углеводов, а затем в энергию всех остальных органических веществ. Роль этого процесса на Земле трудно переоценить. Это единственный источник О2 в атмосфере нашей планеты и органического углерода всей живой природы.

 

Как будет выглядеть уравнение реакции? (магнитная доска).

свет, хлорофилл, ферменты

Уравнение реакции:

6СО₂+6Н₂О                                                 С₆Н₁₂О₆   (сахар) + 6О₂

 

 

Учитель: Проблемный вопрос нашего урока:

Что такое углеводы?

Учащиеся: Углеводы – это органические вещества, в состав которых входит  С, Н, О2.

Или Углеводы – органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород входят в соотношении (2 : 1) как в воде, отсюда и название.
На основе этой аналогии русский химик

К. Шмидт в 1844 г. предложил термин углевода (углерод и вода), а общая формула углеводов Сn(Н₂О)_m

Сообщение:                 Историческая справка

                                Немного из истории:

Углеводы, обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. Первые известные представители этого класса веществ по составу отвечали общей формуле C_mH_2nO_n, то есть углерод + вода (отсюда название); позднее к углеводам стали относить также их многочисленные производные с иным составом, образующиеся при окислении, восстановлении или введении заместителей.

Превращения углеводов известны с древнейших времён, так как они лежат в основе процессов брожения, обработки древесины, изготовления бумаги и тканей из растительного волокна. Тростниковый сахар (сахарозу) можно считать первым органическим веществом, выделенным в химически чистом виде. Химия  углеводов  возникла и развивалась вместе с органической химией; создатель структурной теории органических соединений Александр  Михайлович  Бутлеров — автор первого синтеза сахароподобного вещества из формальдегида (1861).

 

 

Получение

Ò Гидролиз  крахмала:

 

Рассмотрим классификацию углеводов.

 

 

 

                                                 Углеводы

моносахариды                   дисахариды                                 полисахариды

   С ₆Н ₁₂О₆                           С₁₂Н₂₂О₁₁                                     (С₆Н₁₀О₅)n

Глюкоза                                  Сахароза                                      Крахмал

Фруктоза                                 Лактоза                                        Гликоген

Галактоза                                Мальтоза                                     Клетчатка

 

 

Учитель: 1.  Что означают приставки моно (1) , ди (2), поли (много)-?

МОНОСАХАРИДЫ — углеводы, которые не гидролизуются. В зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

ДИСАХАРИДЫ – углеводы, которые гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов.

ПОЛИСАХАРИДЫ — высокомолекулярные соединения — углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов.

2. Как вы думаете, какой критерий положен в основу классификации углеводов?

(С) и (Н2О)      (это количество моносахаридов)

3. Будут ли у них одинаковые свойства?

(да, нет)

4.    От чего они будут зависеть?

(от количества остатков моносахаридов).

Учитель:  какую ГИПОТЕЗу мы можем выдвинуть?

 

Учащиеся:                            ГИПОТЕЗА –

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ БУДУТ РАЗНЫМИ (ИЛИ ОТЛИЧАТЬСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА)

Учитель:  Итак, ребята, а теперь  выполним самостоятельную работу (или работу в группах)

Какова цель самостоятельной работы (работы в группах)?

Сравнить физические свойства углеводов разных классов.

(абсолютно верно, для этого мы используем учебник на стр.   и заполним данную таблицу).

Сравнение физических свойств углеводов разных классов

 

Признаки сравнения	Глюкоза	Сахароза	Крахмал
1. Формула:	С 6Н 12О6	С12Н22О11	(С6Н10О5)n
2. Группа:     а) Моносахариды     б) Дисахариды     в) Полисахариды	моно	ди	поли
3. Агрегатное состояние:     а) газ     б) жидкость     в) твёрдое вещество (кристаллическое)	Твердое (кристалл. в-во)	Твердое (кристалл. в-во)	Твердое (кристалл. в-во)
4. Цвет:	Бесцветн.		Бесцветн.
5. Запах	-	-	-
6. Растворимость в воде	Хорошо	В горячей воде растворяется	Нет в холодной Н2О; Клейстер в горячей

 

Учитель: Какие вы сделали выводы на основе теоретического эксперимента?

Учащиеся: с увеличением остатков моносахаридов изменилась растворимость углеводов в воде.

Учитель: выяснить химические свойства каждой группы мы сегодня не можем, поэтому познакомимся с химическими свойствами моносахаридов на примере глюкозы.

Строение глюкозы С ₆Н ₁₂О_{6 –} в состав входит :С,Н, О2

Учитель: Какие еще кислородсодержащие

 

 

Учитель:  С какими функциональными группами мы познакомились?

Гидроксильной, карбонильной, карбоксильной.

Учитель: Можем ли мы предположить наличие этих групп у глюкозы, если в ее состав входит О₂?

(Да, нет)

Учитель: Это будет наша гипотеза.

Для доказательства или опровержения гипотезы посмотрим  видео эксперимент.

                                 Лабораторные опыты.

                      «Исследование строения глюкозы»

Учитель: Вспомните прежде чем приступить к эксперименту, необходимо соблюдать правила ТБ. (ознакомтесь с ними)

У вас на столах инструктивная карточка

Учитель: Какая цель исследования?

Цель: изучить свойства углеводов на примере глюкозы, крахмала. Научится проводить качественные реакции.

1.    Выяснить строение глюкозы  с помощью качественных реакций на функциональные группы.

2.    Как химическим путем установить наличие нескольких гидроксильных групп? Наличие альдегидной группы? Наличие кислотной группы?

 

(взаимодействием с Cu(OH)₂ без нагревания и при нагревании)

 

3.    Какие реактивы и оборудование вам понадобится?

 Оборудование и реактивы: ноутбук,  мультимедийный проектор, видеоопыты: глюкоза, р - р  гидроксида натрия, сульфат меди (II), р - р нитрата серебра (I), р-р аммиака, картофельный крахмал,  раствор йода, вода.

 

Ученики: Делают выводы. (смотрят опыты).

Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II)

Глюкоза содержит в своем составе пять гидроксильных групп и одну альдегидную группу. Поэтому она относиться к альдегидоспиртам. Ее химические свойства похожи на свойства многоатомных спиртов и альдегидов. Реакция с гидроксидом меди (II) демонстрирует восстановительные свойства глюкозы. Прильем к раствору глюкозы несколько капель раствора сульфата меди (II) и раствор щелочи. Осадка гидроксида меди не образуется. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. В данном случае глюкоза растворяет гидроксид меди (II) и ведет себя как многоатомный спирт. Нагреем раствор. Цвет раствора начинает изменяться. Сначала образуется желтый осадок Cu₂O, который с течением времени образует более крупные кристаллы CuO красного цвета. Глюкоза при этом окисляется до глюконовой кислоты.

 

СН₂ОН – (СНОН)₄ – СОН + Сu(ОН)₂ = СН₂ОН – (СНОН)₄ – СООН + Сu₂О↓+ Н₂О

 

Оборудование: штатив для пробирок, пробирки, горелка, зажим для пробирок.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с растворами щелочей.

 

Делают вывод:

 

Записывают уравнения реакции в инструктивных карточках и на магнитной доске.

1.Окисление гидроксидом  - слайд

меди (II):                                                           

СH₂OH(CHOH)₄-COH + 2Cu(OH)₂ ^t → СH₂OH(CHOH)₄-COOH + Cu₂O¯ + 2H₂O

                                 голубой         глюконовая кислота                 красный

2.Восстановление:                                                                                                                      

СH₂OH(CHOH)₄-COH + H₂ ^t,Ni → СH₂OH(CHOH)₄-CH₂OH

                                                          сорбит – шестиатомный спирт

 

Качественная реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (I)

Доказать наличие альдегидной группы в глюкозе можно с помощью аммиачного раствора оксида серебра. К аммиачному раствору оксида серебра добавим раствор глюкозы и подогреем смесь на водяной бане. Вскоре на стенках колбы начинает осаждаться металлическое серебро. Эта реакция называется реакцией серебряного зеркала. Ее используют как качественную для открытия альдегидов. Альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной группы. Глюкоза превращается в глюконовую кислоту.

 

СН₂ОН – (СНОН)₄ – СОН + Ag₂O = СН₂ОН – (СНОН)₄ – СООН + 2Ag↓

 

Реакцию серебряного зеркала используют в промышленности для серебрения зеркал, изготовления колб для термосов, елочных украшений.

Оборудование: колба круглодонная, горелка, стакан, штатив, прокладка огнезащитная.

Техника безопасности. Аммиачный раствор оксида серебра нельзя хранить. После опыта неиспользованный раствор нейтрализуют соляной кислотой.

 

 

Делают вывод:

 

Записывают уравнения реакции в инструктивных карточках и на магнитной доске.

3.Реакция «серебряного зеркала»:   

                                   

СH₂OH(CHOH)₄-COH + Ag₂O ^t.NH3→ СH₂OH(CHOH)₄-COOH + 2Ag↓

                                                или

СH₂OH(CHOH)₄-COH +  2[Ag(NH₃)₂]OH →  СH₂OH(CHOH)₄-COONH₄ + 2Ag↓+ 3NH₃ + H₂O

СH₂OH(CHOH)₄-COOH  - глюконовая кислота 

 

Реакция крахмала с иодом

Крахмал дает с иодом характерное синее окрашивание. С помощью иода можно открыть самые незначительные количества крахмала. К разбавленному раствору крахмала добавляем немного раствора иода (используем раствор Люголя: 1 часть иода, 2 части иодида калия, 17 частей дистиллированной воды). Появляется синее окрашивание. Нагреваем синий раствор. Окраска постепенно исчезает, так как образующееся соединение неустойчиво. При охлаждении раствора окраска вновь появляется. Данная реакция иллюстрирует обратимость химических процессов и их зависимость от температуры.

Оборудование: штатив для пробирок, пробирки.

Техника безопасности. Опыт безопасен.

 

 

 

Учитель: Какими специфическими свойствами обладает глюкоза?

 

 

 

 

                                           Специфические  свойства

Спиртовое   брожение:

     C₆H₁₂O₆ → 2CH₃–CH₂OH + 2CO_{2 ↑}

 

Молочнокислое   брожение:

   С₆Н₁₂О₆       →   СН₃— СН — СООН

                                 │

                                 ОН

 

Маслянокислое   брожение:

С₆Н₁₂О₆      → C₃ H₇ COOH +2 H_{2 ↑} +2CO _{2 ↑}

                                   ^{масляная кислота}_м

 

 

 

Роль углеводов в организме  - Сообщения.

 

V.               Основная роль углеводов в организме заключается в их энергетических свойствах. Они являются основным источником, из которого органы и ткани человека полу­чают энергию для производства движений, образования тепла, деятельности органов кровообращения и дыха­ния, различных окислительных процессов, т. е. всего того, что может быть определено одним словом «жизнедеятельность». 75% необходимой человеку энергии дают углеводы. В организме углеводы могут образовываться из жиров и белков.

Нормальная жизнедеятельность организма осуще­ствляется при условии более или менее постоянного со­держания сахара в крови, колеблющегося в пределах 80-120 мг в 100 г крови. Весь сахар, всосавшийся в кишечнике, поступает по кровеносным сосудам,  прежде всего в пе­чень, которая обладает способностью задерживать излишки сахара, превращать его в животный крахмал, или гликоген, и откладывать в запас. Установлено, что в человеческой печени содержится примерно 150 грам­мов запасного гликогена, который расходуется организ­мом, снова превращаясь в сахар, если количество его в крови становится ниже нормы.

Сахар крови усиленно расходуется организмом при физической работе, умственном напряжении и др. В этих случаях необходимо употреблять повышенное количество сахара в растворенном виде. Он быстро всасывает­ся в кровь и восполняет возникающий дефицит в орга­низме. Крахмал, содержащийся в хлебе и крупах, не так быстро восполняет недостаток сахара в крови, ибо медленно переваривается и образующийся из него сахар поступает в кровь из кишечника небольшими порциями. Снижение сахара в крови ниже 40 мг на 100 г крови вызывает болез­ненное состояние организма, выражающееся в слабости, головокружении, чувстве голода и т. д. Такое состояние называется гипогликемией. Оно легко устраняется, если вышить стакан сладкого чая.

При введении с пищей больших количеств углеводов и особенно сахара уровень сахара в крови может быстро повыситься. Объясняется это тем, что печень в этом слу­чае не успевает перерабатывать весь сахар в гликоген и в общий круг кровообращения поступает повышенное количество сахара. Возникает так называемая пищевая гипергликемия с повышением сахара в крови до 150 – 180 мг на 100 г крови. При этом сахар начинает выводиться из орга­низма почками. Выделение сахара с мочой называется глюкозурией и является своего рода целесообразной реакцией организма. Здоровые люди должны помнить, что не следует за один прием употреблять больше 100 граммов сахара. Некоторое количество сахара мо­жет откладываться в виде гликогена в мышцах и нерв­ных клетках, но этот гликоген используется в случае надобности только той тканью, в которой отложен.

   При избыточном углеводном питании сахар перехо­дит в организме в жир. При недостаточном углеводном питании углеводы, наоборот, могут образоваться из жира.

 

Биологическое значение углеводов  - сообщение.

VI.            Биологическое значение углеводов:

1.                Углеводы выполняют структурную функцию, то есть участвуют в построении различных клеточных структур (например, клеточных стенок растений).

2.                Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования - шипы, колючки и др.).

3.                Углеводы выполняют пластическую функцию - хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК.

4.                Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.

5.                Углеводы участвуют в обеспечении осмотического давления и осморегуляции. Так, в крови содержится 100-110 мг/% глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.

6.                Углеводы выполняют рецепторную функцию  - многие олигосахариды входят в состав воспринимающей части клеточных рецепторов.

В суточном рационе человека и животных преобладают углеводы. Травоядные получают крахмал, клетчатку, сахарозу. Хищники получают гликоген с мясом.

Организмы животных не способны синтезировать углеводы из неорганических веществ. Они получают их от растений с пищей и используют в качестве главного источника энергии, получаемой в процессе окисления:

C_x(H₂O)_y + xO₂ → xCO₂ + yH₂O + энергия.

В зеленых листьях растений углеводы образуются в процессе фотосинтеза - уникального биологического процесса превращения в сахара неорганических веществ - оксида углерода (IV) и воды, происходящего при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии:

xCO₂ + yH₂O → C_x(H2O)_y + xO₂

 

Применение углеводов???

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитель: великий Гёте сказал:

 

Поэтому предлагаю вам используя полученные знания выполнить тест.

 

                                             Тест на тему: «Углеводы».
                                               10 класс

1.  К углеводам относится вещество, молекулярная формула которого:

A) C₆H₁₂O;

Б)  C₆H₆O;

В)  C₁₂H₂₂O₁₁;

Г)  C₆H₁₄O.

2. Какое из веществ не подвергается гидролизу?

А)  Крахмал;

Б)  Глюкоза;

В)  Целлюлоза;

Г)  Сахароза.

3. Какое из перечисленных веществ не является углеводом?

А)  С₁₂Н₂₂O₁₁;

Б)  С₆H₁₂O₆;

В)  (С₆Н₁₀O₅ ) _n ;

Г)  С₂Н₅O H_.

4.  Полисахаридом является:

А)  глюкоза;  

Б)   рибоза;    

В)   сахароза;   

Г)   крахмал.

5. Дисахаридом является углевод, название которого:

А) крахмал;  

Б) сахароза; 

В) глюкоза;     

Г) целлюлоза.

6. Как альдегид и как спирт глюкоза взаимодействует с веществом, формула которого:

А)H₂SO₄;

Б)   Н₂;         

В)   Сu(ОН)₂;        

Г)   КОН.

7. Общая формула углеводов условно принята:

А)  С_nH_2nO_n ;

Б)  С_nH_2nO_m ;

В)  С_nH_2mO_m ;

Г)  С_n (H₂O)_m.

 

8.  Качественной реакцией на глюкозу является реакция с:

А)  Cu(OH)₂;

Б)  FeCl₃;

В)  I_{2(раствор)} ;

Г)  CuO.

9. Вещества с помощью которых осуществляется  реакция фотосинтеза:

   А)  CO;      Д) гемоглобин;
Б)  CO₂;     Е) хлорофилл;
В)  O₂;       Ж) C₂H₅OH;
Г)  H₂O;     З) C₆H₁₂O₆.

10. В каком продукте наибольшее содержание углеводов?

А)  Мясо;

Б)  Банан;

В)  Хлеб;

Г)  Конфета.

Углеводы действительно самые распространенные органические вещества на Земле, без которых невозможно существование живых организмов.

В процессе фотосинтеза зеленые растения нашей планеты ежегодно поглощают  200 млрд. т. СО2

 

 

 

Учитель: Мы сегодня с вами, говоря словами Михаила Васильевича Ломоносова, пытались увидеть «дальше дыму и пеплу»;

делали выводы, исследовали природу неизвестного вещества на основании теоретических знаний и эксперимента.

Я думаю, что вы хоть немножко разобрались в премудростях химии.

Вот и подошел к концу наш урок.

 

 

Скачано с www.znanio.ru