Giáo án Bài 7. Ôn tập chương 2

Kích hoạt kiến thức nền về khái niệm carbohydrate, công thức chung $C_n(H_2O)_m$ và phân loại theo số đơn vị mắt xích; xác định nhiệm vụ ôn tập của buổi học.

GV đưa lên màn hình ba câu hỏi nhanh: (1) Carbohydrate là gì và công thức chung thường gặp là gì? (2) Vì sao công thức $C_n(H_2O)_m$ không phải điều kiện đủ để một chất là carbohydrate? Lấy ví dụ acetic acid viết được dạng $C_2(H_2O)_2$. (3) Glucose, saccharose, tinh bột thuộc loại nào trong ba nhóm monosaccharide, disaccharide, polysaccharide? HS trả lời cá nhân trong 3 phút, sau đó GV dẫn vào nhiệm vụ của hai tiết ôn tập.

Kiến thức HS nêu được: carbohydrate là hợp chất hữu cơ tạp chức thường có công thức $C_n(H_2O)_m$, nhưng công thức này chưa đủ để kết luận vì acetic acid $C_2H_4O_2$ cũng viết được dạng $C_2(H_2O)_2$ mà không phải carbohydrate. Glucose là monosaccharide, saccharose là disaccharide, tinh bột và cellulose là polysaccharide. Nhiệm vụ chương: hệ thống hoá các loại carbohydrate và vận dụng để giải bài tập.

Hệ thống hoá cấu tạo, đặc điểm phân tử và tính chất của glucose, fructose, saccharose, maltose; giải thích được sự khác nhau về tính khử dựa vào đầu hemiacetal tự do.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 1 (bảng so sánh glucose, fructose, saccharose, maltose theo các tiêu chí: loại carbohydrate, công thức phân tử, khối lượng mol, sản phẩm thuỷ phân, có hay không đầu hemiacetal tự do, tính khử). Sau đó nhóm trả lời câu hỏi: 'Vì sao maltose có tính khử còn saccharose không có tính khử trước khi thuỷ phân?' Lưu ý: glucose và fructose cùng công thức $C_6H_{12}O_6$, $M=180$, là đồng phân cấu tạo dạng mạch hở; trong nước chúng chủ yếu tồn tại dạng vòng.

Bảng hệ thống hoá (đáp án mẫu):

• Glucose: monosaccharide; $C_6H_{12}O_6$, $M=180$; không thuỷ phân; có nhóm CHO ở dạng mạch hở, có nhiều OH; có tính khử.
• Fructose: monosaccharide; $C_6H_{12}O_6$, $M=180$; đồng phân của glucose, có nhóm ketone ở dạng mạch hở, có nhiều OH; tráng bạc trong kiềm nhờ chuyển hoá.
• Saccharose: disaccharide; $C_{12}H_{22}O_{11}$, $M=342$; thuỷ phân cho một glucose và một fructose; liên kết qua hai carbon anomer, không còn đầu hemiacetal tự do; không có tính khử trước thuỷ phân.
• Maltose: disaccharide; $C_{12}H_{22}O_{11}$, $M=342$; thuỷ phân cho hai glucose; hai gốc glucose nối α-1,4, còn đầu hemiacetal có thể mở vòng; có tính khử.
  Kết luận HS rút ra: tính khử phụ thuộc vào việc còn hay không đầu hemiacetal tự do, không phụ thuộc đơn thuần vào số nhóm OH.

Phân biệt cấu trúc và vai trò sinh học của tinh bột (amylose, amylopectin) và cellulose; giải thích được vì sao hai polymer có cùng mắt xích $(C_6H_{10}O_5)_n$ nhưng không cùng tính chất.

Kĩ thuật mảnh ghép: mỗi nhóm chuyên gia nhận một mảnh ghép về amylose, amylopectin hoặc cellulose; tìm hiểu nội dung trong bài học rồi điền Phiếu học tập số 2, sau đó ghép vào bảng chung trên giấy A0. Phiếu gồm các câu hỏi: (1) Liên kết giữa các mắt xích là gì? (2) Mạch có phân nhánh không? (3) Dạng mạch khi cuộn xoắn hoặc khi kết hợp với nhau là gì? (4) Vai trò trong tự nhiên là gì? Sau đó cả lớp so sánh điểm giống và khác.

Đáp án Phiếu học tập số 2:

• Amylose: mắt xích α-glucose, liên kết α-1,4, mạch không phân nhánh, mạch cuộn xoắn.
• Amylopectin: mắt xích α-glucose, liên kết α-1,4 và có nhánh α-1,6; là thành phần còn lại của tinh bột.
• Tinh bột: dự trữ năng lượng ở cây.
• Cellulose: mắt xích β-glucose, liên kết β-1,4, mạch không nhánh, các mạch kết hợp với nhau bằng liên kết hydrogen tạo sợi bền; là thành phần thành tế bào thực vật.
  Kết luận: cùng công thức mắt xích $(C_6H_{10}O_5)_n$ nhưng khác loại mắt xích (α hay β), khác kiểu liên kết và cấu trúc mạch nên khác tính chất và vai trò.

Phân biệt được các phép thử: Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường, Cu(OH)₂ khi đun nóng, thuốc thử Tollens và iodine; giải thích được kết quả thử nghiệm dựa trên cấu tạo; nhận thức được không dùng một phép thử để nhận biết mọi carbohydrate.

GV thực hiện mẫu thí nghiệm ở bàn trình diễn (thuốc thử bạc do GV pha và kiểm soát); HS quan sát theo 3 trạm: Trạm 1 (Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường với glucose, saccharose); Trạm 2 (Cu(OH)₂ đun nóng với glucose, saccharose, maltose); Trạm 3 (thuốc thử Tollens với glucose, fructose, saccharose; iodine với tinh bột). Với các mẫu có tính độc hại hoặc dễ gây ô nhiễm, GV trình diễn; HS quan sát và ghi kết quả vào vở, sau đó đối chiếu với đáp án. Nếu lớp không đủ điều kiện thực hành, có thể dùng mô phỏng tương tác trên trang bài học NeoEdu.

Bảng kết quả dự kiến:

• Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường: glucose, fructose, saccharose cho dung dịch xanh lam (tạo phức do có nhiều OH kề nhau); tinh bột và cellulose không tạo phức rõ.
• Cu(OH)₂ khi đun nóng: glucose, maltose cho kết tủa đỏ gạch Cu₂O; saccharose không cho Cu₂O trước khi thuỷ phân.
• Tollens: glucose cho lớp bạc; fructose cho lớp bạc trong kiềm nhờ chuyển hoá; saccharose không tráng bạc trước khi thuỷ phân.
• Iodine: tinh bột cho màu xanh tím.
  Kết luận: phải phân biệt tạo phức Cu(OH)₂ lạnh, Cu₂O khi đun nóng và tráng bạc; không dùng một phép thử duy nhất để nhận biết mọi carbohydrate.

Vận dụng kiến thức về phân loại carbohydrate, liên kết và tỉ lệ mol để giải các câu hỏi trắc nghiệm và bài tập định lượng đơn giản.

HS làm bài tập 1 đến 7 của phần bài tập. Bài 1 đến 3 là trắc nghiệm nhiều lựa chọn; bài 4 đến 7 là bài tính toán ngắn theo tỉ lệ mol. Cặp đôi đối chiếu đáp án và giải thích lại cho nhau.
Bài 1: Glucose thuộc loại nào? A. Polyamide; B. Monosaccharide; C. Disaccharide; D. Polysaccharide.
Bài 2: Saccharose cho sản phẩm thuỷ phân nào? A. Glucose và fructose; B. Hai glucose; C. Glycerol; D. Acetone.
Bài 3: Cellulose có loại liên kết chính nào? A. α-1,6 duy nhất; B. Peptide; C. Liên kết kim loại; D. β-1,4.
Bài 4: 0,15 mol maltose thuỷ phân hết tạo bao nhiêu mol glucose?
Bài 5: 0,20 mol glucose tráng bạc hoàn toàn cho bao nhiêu mol Ag?
Bài 6: 48,6 g tinh bột thuỷ phân hiệu suất 100% thì khối lượng glucose thu được là bao nhiêu gam? (Quy về mắt xích $C_6H_{10}O_5$, $M=162$; glucose $M=180$.)
Bài 7: 0,10 mol saccharose thuỷ phân hết tạo tổng số mol monosaccharide là bao nhiêu?

Đáp án:

1. B (monosaccharide, không thuỷ phân thành carbohydrate nhỏ hơn).
2. A (hai gốc khác nhau tạo glucose và fructose).
3. D (mạch cellulose gồm β-glucose nối β-1,4, không phân nhánh).
4. $0{,}30$ mol glucose (mỗi maltose tạo 2 glucose: $0{,}15\times2=0{,}30$).
5. $0{,}40$ mol Ag (tỉ lệ $1:2$: $0{,}20\times2=0{,}40$).
6. $54$ g glucose ($48{,}6\times180/162=54{,}0$ g).
7. $0{,}20$ mol monosaccharide ($0{,}10$ mol glucose + $0{,}10$ mol fructose).
   Lưu ý khi chữa: bài 6 phải nhân theo tỉ lệ $180/162$ chứ không tính 1:1 theo khối lượng.

Đánh giá được tính đúng, sai của các nhận định về carbohydrate; ghép đúng chất với kết quả thử Tollens; giải bài tổng hợp có hiệu suất và giải thích tính khử.

Bài 8: Đánh giá các nhận định sau là Đ hay S: a) Fructose tráng bạc trong kiềm. b) Saccharose tráng bạc trước khi thuỷ phân theo thử thường. c) Tinh bột cho màu với iodine. d) Cellulose và tinh bột có cùng cấu trúc.
Bài 9: Chất nào có nhiều OH kề nhau, hoà tan Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường? A. Glucose; B. Fructose; C. Saccharose; D. Ethane.
Bài 10: Ghép chất với tính khử theo thử Tollens: glucose, fructose, saccharose với các mô tả: có tính khử từ dạng mở chứa CHO; có tính khử trong kiềm nhờ chuyển hoá; không có tính khử trước thuỷ phân.
Bài tổng hợp: 34,2 g saccharose ($M=342$) thuỷ phân với hiệu suất 80%, phần saccharose chưa phản ứng không tráng bạc. Tính khối lượng Ag tối đa thu được (Ag = 108).
Giải thích ngắn: vì sao glucose tráng bạc còn saccharose thì không, nhưng sau thuỷ phân saccharose lại cho phép thử dương tính?

Đáp án bài 8: a) Đ; b) S; c) Đ; d) S. (Fructose chuyển hoá trong kiềm; saccharose không còn đầu khử; hai polymer khác liên kết.)
Bài 9: A, B, C (đều có các nhóm OH thích hợp; ethane không có O).
Bài 10: Glucose – có tính khử từ dạng mở chứa CHO; Fructose – có tính khử trong kiềm nhờ chuyển hoá; Saccharose – không có tính khử trước khi thuỷ phân.
Bài tổng hợp: $n_{\text{saccharose}}=34{,}2/342=0{,}10$ mol; thuỷ phân 80% tạo $0{,}080$ mol glucose và $0{,}080$ mol fructose; $n_{\text{Ag}}=2\times(0{,}080+0{,}080)=0{,}320$ mol; $m_{\text{Ag}}=0{,}320\times108=34{,}56$ g.
Giải thích: glucose có dạng mở chứa nhóm CHO nên bị oxi hoá; saccharose liên kết cả hai carbon anomer nên không có đầu khử; sau thuỷ phân giải phóng glucose và fructose, cả hai đều tráng bạc trong kiềm (fructose qua chuyển hoá). Không phải mọi chất có nhiều OH đều tráng bạc trực tiếp.

Vận dụng chuỗi chuyển đổi tinh bột → glucose → Ag để tính khối lượng sản phẩm có hiệu suất; liên hệ nguồn carbohydrate trong đời sống; có thể giao về nhà để hoàn thiện.

Tình huống: Một cơ sở chế biến thuỷ phân 81 g tinh bột (quy về mắt xích $C_6H_{10}O_5$, $M=162$) để thu glucose với hiệu suất 80%. (1) Tính số mol glucose thu được và khối lượng glucose tương ứng (glucose $M=180$). (2) Nếu toàn bộ lượng glucose này tráng bạc hoàn toàn trong thuốc thử Tollens, tính khối lượng Ag thu được (Ag = 108). (3) Tìm hiểu và ghi lại 3 thực phẩm trong gia đình có chứa tinh bột hoặc đường saccharose, dùng kiến thức chương để giải thích vì sao không nên dùng một phép thử duy nhất để nhận biết chúng.

Đáp án tình huống:
(1) $n_{\text{tinh bột}}=81/162=0{,}5$ mol; với hiệu suất 80%, $n_{\text{glucose}}=0{,}5\times0{,}8=0{,}4$ mol; $m_{\text{glucose}}=0{,}4\times180=72$ g.
(2) $n_{\text{Ag}}=2\times0{,}4=0{,}8$ mol; $m_{\text{Ag}}=0{,}8\times108=86{,}4$ g.
(3) HS nêu được sản phẩm cụ thể và giải thích: tinh bột nhận biết bằng iodine; đường đơn có thể nhận biết bằng Tollens hoặc Cu(OH)₂ đun nóng; saccharose cần thuỷ phân trước khi cho phản ứng tráng bạc; nên kết hợp nhiều phép thử theo điều kiện.