Интегрированный урок (химия + биология + литература) "Углеводы"

Цели: расширить знания учащихся об углеводах, полученных на уроках биологии

Задачи:

образовательная: рассмотреть классификацию углеводов, изучить структурные формулы и свойства представителей класса углеводов: ди, моно, полисахаридов, изучить химико-технологические свойства, биологические функции, значение, применение.

развивающая: формировать способность к самостоятельному приобретению знаний, развивать умения делать выводы на основе сравнения, работать с дополнительной литературой, реактивами, умение выступать перед аудиторией, развивать мышление через установление причинно-следственных связей «строение- свойства- применение»

воспитательная: воспитывать коммуникабельность, бережное отношение к оборудованию, аккуратность при работе с реактивами, интерес к предмету.

Тип урока: комбинированный

Урок представлен для 10 класса (базовый уровень общеобразовательного класса), рассчитан на 45 минут.

Метод обучения: проблемный.

Организационные формы: урок-практикум.

Вид деятельности: исследовательская работа учащихся при изучении нового материала.

Междисциплинарные связи: химия, биология, литература.

Обеспечение занятия:

• Наглядные пособия: таблица «Химическая энергия и питание», «Фотосинтез», наглядные пособия «Структурных формулы глюкозы и фруктозы», «Сахарозы», «Крахмала и целлюлозы»,коллекция ацетатных тканей.
• Оборудование: глюкоза (кристаллическая и раствор), сахароза, растворы AgNO₃, NH₃ ,Na ₂CO₃, CuSO₄, NaOH , H₂SO₄(конц.), спиртовый раствор резорцина, прозрачный фруктовый сок, мёд, аквариумная водоросль элодея, настольная лампа, пробирки, круглодонные и плоскодонные колбы, штативы, спиртовки, картофель, крахмал, вата, кусочек белого хлеба, йодная настойка, дистиллированная вода, тигли, HNO₃, CH₃COOH.

Ход урока:

I. Организационный момент.( 3 мин)

• приветствие
• подготовка аудитории к работе
• наличие учащихся
• инструктаж по технике безопасности.

II. Новый материал.

• Мотивация учебной деятельности.
• Сообщение темы, цели занятия.

План

Актуализация знаний

1. Биологическая роль углеводов. Фотосинтез.
2. Состав углеводов. Общая формула.
3. Исследование функциональных групп углеводов.
   1. исследование свойств моносахаридов(глюкоза, фруктоза)
   2. исследование свойств дисахаридов (сахароза)
   3. исследование свойств полисахаридов (целлюлоза, крахмал)
4. Выводы исследований.

III. Рефлексивно-оценочный этап..

Актуализация знаний (фронтальный опрос) ( 3 мин.)

1. Что вы знаете об углеводах?
2. Какую роль играют углеводы в жизни живых организмов? (демонстрация таблицы «Химическая энергия и питания»)
3. В чем заключаются биологические функции углеводов.
4. Что служит источником углеводов? (демонстрация плаката «Фотосинтез»)

Можно ли увидеть результат фотосинтеза? Оказывается нет ничего проще.

Демонстрация химического эксперимента: (5 мин) (2)

В стакан 250 мл помещаем аквариумную водоросль элодею и добавляем щепотку гидрокарбоната натрия (за счет гидролиза он увеличивает содержание растворенного углекислого газа в воде). Стакан устанавливается на демонстрационный стол и освещается светом настольной лампы. Через несколько минут происходит выделение кислорода в виде пузырьков газа на поверхность воды.
(демонстрация наглядного пособия «Фотосинтез»). учащиеся отвечают на вопросы:

1. Какие вещества образуются в листьях растений из углекислого газа, поглощаемого из воздуха, и воды под действием энергии света?
2. Какую роль играет хлорофилл в реакции фотосинтеза?
3. При каких температурах происходит процесс образования углеводов?
4. Каковы условия протекания фотосинтеза?

6CO₂ + 6H₂O + 2920 кдж ------ C₆H₁₂O₆+ 6O₂

Вывод: источником углеводов служат растения, в которых протекают реакции фотосинтеза при плюсовой температуре и в присутствии катализатора хлорофилла.

Скажите пожалуйста, какими особенностями обладают углеводы? Все ли углеводы сладкие на вкус? Как определить относится ли данное вещество к классу «углеводов»? (9)

Если ты, придя с мороза,
Наливаешь крепкий чай,
Хорошенько сахарозу
В чашке ложкой помешай.
Виноградную глюкозу,
И медовую фруктозу,|
И молочную лактозу,
Любят взрослый и малыш
Но крахмалом и клетчаткой,
Что совсем-совсем несладки,
Тоже нас не удивишь.
Так устроена природа.
Это тоже углеводы.
(Ж. Цобкало)

Существует качественная реакция на углеводы. В нее вступают все сахара. Эта реакция называется пробой Молиша. (парная работа)

Чтобы компетентно разобраться в этом вопросе выясним сначала общую формулу углеводов. (индивидуальная самостоятельная работа учащихся с учебником стр.197 (3 мин) Записываем формулу, схему классификации углеводов и их функциональных групп) (1)

Современное понятие углеводов основано на сходстве химического строения и свойств веществ этого класса. Состав некоторых из них не соответствует формуле C_n(H₂O)_m, например многоатомные спирты кольцевого строения, которые имеют один атом кислорода в кольце; и, наоборот, многие вещества с подобным составом не являются углеводами. Рассмотрим классификацию углеводов, которые делятся по числу остатков моносахаридов в молекуле, по числу углеродных атомов в моносахариде и природе карбонильной группы в нем, по отношению к окислителям.

Давайте попытаемся ответить на вопрос, почему попытка отравления Распутина из романа В.Пикуля «Нечистая сила» оказалась неудачной.

«Лазоверт со скрипом натянул резиновые перчатки, растёр в порошок кристаллы цианистого калия. Птифуры были двух сортов: с розовым и шоколадным кремом. Приподымая ножом их красивые, сочные верхушки, доктор щедро и густо насыщал внутренности пирожных страшным ядом». Когда Распутин сел за стол, он « с неохотой съел пирожное с ядом. Понравилось – потянулся за вторым. Юсупов внутренне напрягся, готовый увидеть пред собой труп. Но Распутин жевал, жевал. Он спокойно доедал восьмой птифур». (11)

Почему же яд не подействовал? На этот вопрос нам ответит группа исследующая химические свойства глюкозы. Рассмотрим структурные формулы глюкозы, фруктозы и сахарозы. Исследуем какие функциональные группы входят в состав углеводов, объясняющие их химические свойства?

Демонстрация через кодоскоп структурных формул«Глюкозы и фруктозы», «Сахарозы».

Групповая работа:класс делится на пять групп -каждая группа заранее ,садится за два сдвинутых стола и 15 минут пользуясь инструкцией исследует данные вещества (глюкозу, фруктозу ,сахарозу, крахмал и целлюлозу) , записывает уравнения химических реакций, делает пробу Молиша на исследуемое вещество (парная работа (2 мин)Делает вывод (1 мин.), оформляет, докладывает полученные результаты исследовани классу один учащийся. (6)

Инструкция по исследованию глюкозы: (групповая работа) (7)

Рассмотрим водный раствор глюкозы, полученный из сахарозы. Сравним действие раствор сахарозы и виноградного сока при нагревании с Ag₂O в щелочной среде

Какой вывод можно сделать в результате хорошей растворимости глюкозы? (Вывод :хорошая растворимость глюкозы в воде позволяют предположить наличие в молекуле полярных функциональных групп в глюкозе.)

Наличие карбоксильной группы в глюкозе можно определить путем взаимодействия раствора NaOH в количестве 2 мл и раствора CuSO₄ в количестве 1 мл .Происходит качественная реакция на многоатомные спирты, коим является глюкоза.

Вывод: глюкоза является спиртом.

Проводим реакцию «серебряного зеркала» которая дает с глюкозой (при нагревании в присутствии аммиачного раствора) положительный результат. Следовательно, углевод является альдегидом.

HOCH₂(CHOH)₄CHO + Ag₂O ----- HOCH₂(CHOH)₄COOH + 2Ag

Вывод: глюкоза является альдегидом.

Проба Молиша на глюкозу (парная работа). Вывод: глюкоза — углевод

Инструкция по исследованию фруктозы (групповая работа): (8)

Проведем самостоятельно реакцию с мёдом: имеется ли глюкоза в растворе меда. В пробирку наливаем 1 мл раствора гидроксида натрия, добавляем 2-3 капли медного купороса и несколько капель раствора меда. Осадок гидроксида меди(II) сначала растворяется, затем при нагревании становится желто-оранжевым, что говорит о наличии альдегидной группы.

HOCH₂(CHOH)₄CHO + 2Cu(OH)₂ ----- HOCH₂(CHOH)₄COOH + Cu₂O + 2H₂O

фруктоза хорошо растворима в воде

Вывод: (фруктоза не содержит альдегидную группу.)

Более сильный окислитель HNO₃ окисляет не только альдегидную группу, но и шестой атом карбоксила. В результате образуется двухосновная сахарная кислота.

HOCH₂(CHOH)₄CHO + 2HNO₃ ------ HOCH₂(CHOH)₄COOH + 2NO + 2H₂O

При восстановлении альдегидной группы глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит: HOCH₂(CHOH)₄CHO + 2|H| --- HOCH2(CHOH)₄CH₂OH (шестиатомный спирт сорбит)

Вывод: фрктоза принадлежит к многоатомным спиртам.

Существуют специфические свойства глюкозы, подобно алифатическим альдегидам она присоединяет молекулу синильной кислоты. Что позволяет увеличить длину цепи углевода:

HOCH₂-(CHOH)₄—COH + HCN ---- HOCH₂_(CHOH)₄-CHOH-CN

Почему же яд не подействовал?

Вывод: Глюкоза , которая содержалась в пирожных прореагировала с цианистым калием, и образовалось нетоксичное соединение- циангидрид глюкозы.

Провести пробу Молиша на мед (парная работа). Вывод: фруктоза — углевод.

Инструкция по исследованию целлюлозы:

Задание IV группы: Учащиеся первой группы проводят пробу Молиша на целлюлозу и глюкозу: в две пробирки наливают 1 мл дистиллированной воды и в одну каплю глюкозы, а в другую кусочек фильтровальной бумаги. В раствор добавляют 2-3 капли спиртового раствора резорцина(можно тимола или нафтола). Пробирки закрепляют в штативе наклонно и по стенке осторожно наливают 1-2 мл концентрированной серной кислоты. Затем пробирки ставят вертикально. В месте соприкосновения серной кислоты с водным раствором появляется ярко-красное кольцо, что доказывает наличие в пробе углевод .Проведите реакцию гидролиза фильтровальной бумаги при нагревании в водном растворе соляной кислоты .Запишите реакцию (C₆H₁₀O₅ + nH₂O ---- nC₆H₁₂O₆)

Вывод: глюкоза и (фильтровальная бумага) целлюлоза - углеводы. Демонстрация наглядного пособия структурной молекулы крахмала и целлюлозы.)

Инструкция по исследованию сахарозы:

В пробирку к 2 мл раствора сахарозы в воде прилить 2 мл аммиачного раствора оксида серебра, нагреть на водяной бане. Что наблюдаете?

В пробирку к 2 мл водного раствора сахарозы несколько капель H₂SO₄ (РАЗБ.) нагреть на водяной бане и охладить в холодной воде добавив NaOH до слабощелочной среды; добавить 2 мл аммиачного раствора серебра и нагреть на водяной бане.

Почему сахароза не дает реакцию «серебряного зеркала»? Какие процессы происходят с сахарозой при нагревании её раствора с кислотой. Почему после нагревания проба с аммиачным раствором оксида серебра дает положительный результат. Напишите реакцию гидролиза сахарозы.

Провести пробу Молиша на сахарозу.

Инструкция по исследованию крахмала (групповая работа). (9)

Задание V для группы: Получение глюкозы из картофеля. Порядок работы.

1. Докажите экспериментально, что картофель содержит крахмал.(Присутствие крахмала в картофеле обнаруживают с помощью йода)

2. Соберите прибор. В колбу налейте 100 мл воды и поместите мелко нарезанный картофель (100 г) или крахмал, добавьте 10 мл раствора серной кислоты (катализатор).Закройте её пробкой с газоотводной трубкой.

3. Кипятите раствор крахмала. Под действием H₂SO₄ происходит гидролиз крахмала.

4.В полученном растворе находится продукт гидролиза крахмала – глюкоза и остаток катализатора H₂SO₄. Кислоту нейтрализуем CaCO₃. Мел добавляем небольшими порциями, взбалтывая колбу до прекращения выделения пузырьков газа.

5. Отфильтровать остаток картофеля и выпавший осадок сульфата кальция.

6. Отлить в пробирку немного фильтрата и провести реакцию серебряного зеркала.

7. Еще немного фильтрата прилить в тигль и упарить до появления белых кристаллов глюкозы.

8. Определить наличие крахмала в кусочке белого хлеба, меде, клетчатке, бумаге, вате, клейстере ,йогурте, маргарине.

9. Прополощите тщательно рот водой. Наберите 2 мл слюны в мерный цилиндр. Добавьте воды в цилиндр до 10 мл . Этот фермент содержит амилазу, который вы будете изучать, смешав 5 мл крахмала с 1 мл фермента в пробирке и взяв через 30 сек после перемешивания каплю раствора подвергните проверке пробу на крахмал. И так до тех пор, пока крахмал будет присутствовать в пробе, с разницей интервала 30 сек. Затем запишите общее время, пошедшее на ферментацию крахмала.

Провести пробу Молиша на крахмал.

Вывод: (Наличие крахмала можно определить действием спиртовой настойки йода на исследуемое вещество. При кипячении крахмал распадается на глюкозу, которая при окислении дает углекислый газ и воду. О чем свидетельствует реакция «серебряного зеркала».Фермент амилаза позволяет человеческому организму расщеплять крахмал в результате реакции гидролиза в течении определенного времени.

Крахмал является источником получения глюкозы,относится согласно пробе Молиша к углеводам. Расщепляется крахмал в животном организме с помощью фермента амилазы с течением времени. Спиртовый раствор йода является качественной реакцией на крахмал.

Обобщение: (10 мин: обсуждение и обобщение результатов полученных исследований)

Для организма человека крахмал, наряду с сахарозой ,глюкозой фруктозой служат источником углеводов, которые распадаются на углекислый газ и воду. Помимо крахмала растительного происхождения, в печени человека и животных обнаружен животный крахмал гликоген.

Все углеводы делятся на моно, -ди и полисахаридам .Классифицируются углеводы по числу остатков моносахаридов в молекуле, по числу углеродных атомов в моносахариде и природе карбонильной группы в нем, по отношению к окислителям. Углеводы. которые нельзя превратить гидролизом в более простое соединение, называют моносахаридами. Если углевод содержит несколько остатков моносахаридов и образует их при гидролизе, его называют олигосахаридом. Полисахариды представляют собой природные полимеры, состоящие из нескольких сотен и даже тысяч остатков моносахаридов. Олигосахариды. способные вступать в реакцию «серебряного зеркала» - называются восстанавливающими, в противном случае - невосстанавливающими. К углеводам относятся: сахароза (дисахариды); глюкоза, фруктоза (моносахариды);целлюлоза, крахмал (полисахариды). Их можно определить по пробе Молиша. Углеводы могут быть сладкими и не сладкими на вкус. В результате исследования можно констатировать, что в состав углеводов входит функциональные группы: альдегидная и гидроксильная группа, которые можно определить с помощью качественных реакций.

V. Рефлексивно-оценочный этап. (4 мин)

Вернемся к теме сегодняшнего урока.

• Какую проблему мы поставили в начале его ?
• Удалось ли нам её решить?
• К какому выводу мы пришли?

Дифференцированное домашнее задание:

Всем: на основе материала учебника параграфа 22-24 и опорного конспекта составить рассказ по данной теме.

По желанию:

Напишите реакцию взаимодействия глюкозы с цианистым калием. Задача № 1 параграфа 24.Вопросы для самостоятельного рассмотрения темы: в приложении 1.

Список используемой литературы:

1. Химия-10 класс О.С. Габриэлян М,; Дрофа. 2002.
2. Настольная книга учителя химии 10 класс, М.; Дрофа, 2004.
3. Химическая энциклопедия. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия»М.; 1992.
4. В мире мудрых мыслей.М.;Наука.1978.
5. Советский энциклопедический словарь. М.; Советская энциклопедия.1987.
6. «Курс органической химии» Б.Н. Степаненко М.;Медгиз.1961.
7. «Химия в школе» №5 Стр. 23-28.М.; «Школа-Пресс»1996.
8. «Химия в школе» №6. Стр.46-52.М.; «Школа-Пресс»1996.
9. «Химия в школе» № 3 Стр.45. М.; «Школа-Пресс» 1996.
10. «Химия в школе» № 3 Стр.58-64.М.; «Школа –Пресс» 1999.
11. Распутин. В.Н. Пикуль М.; Художественная литература.