高中化學(xué)《淀粉纖維素》的教案設(shè)計
一、破布制糖
在一百多年前，便有人做過破布制糖的實驗：把破布放進(jìn)濃度為70%左右的硫酸中，加熱一段時間，破布便不見了，被分解成糖——葡萄糖。破布怎么會變成糖呢？
原來，破布的主要成分是纖維素。當(dāng)纖維素受到酸類的作用時，那巨大的分子會發(fā)生分裂，形成較小的分子，并且與水相結(jié)合，變成糖——葡萄糖。在化學(xué)上，這叫作纖維素的“水解反應(yīng)”。纖維素是由碳、氫、氧、三種元素組成的。所不同的是，只是分子中的三種化學(xué)元素的比例不一樣罷了。
破布既然能制糖，那么，破布的兄弟們——含有纖維素的木屑、稻草、麥稈及許多農(nóng)副產(chǎn)品，當(dāng)然也能制糖。利用纖維素水解制葡萄糖，如今已成了一項龐大的工業(yè)——“水解工業(yè)”。
現(xiàn)在，人們在水解工廠里，先把一些含有纖維素的農(nóng)副產(chǎn)品曬干、切碎，然后放進(jìn)耐酸搪瓷缸中，再加入硫酸(一般濃度為62%以上，若用鹽酸的話，濃度為39~41%)，不斷進(jìn)行攪拌、加熱。經(jīng)過4~5小時，加水稀釋，加入石灰乳中和、過濾，這時的濾液雖是澄清的，但含有雜質(zhì)，常是棕褐色的。工人們往濾液中加入脫色劑活性炭，濾液一下子便變成無色的了。接著，把濾液加熱熬濃，冷卻，便析出雪白的晶體——葡萄糖。
據(jù)統(tǒng)計，1噸干木屑，可以制成650千克葡萄糖！葡萄糖是重要的藥劑，也是很重要的化工原料。
二、紙——人類文明的重要使者
人類的文明和進(jìn)步離不開紙。紙有各種用途，但主要用于寫字、繪畫、包裝和印刷等。當(dāng)今社會迅速發(fā)展，知識總量急劇增加，紙的需求量越來越大。人類與紙息息相關(guān)。紙是人類文明的重要使者之一。
我國是世界上首先發(fā)明紙的國家。在紙發(fā)明以前，我國通常用竹木簡或帛做書寫材料。但竹木簡太笨重，閱讀、攜帶均不方便。據(jù)說漢武帝時，文人東方朔向皇帝上了個奏本，竟用了3000片竹簡，派了兩個人才抬進(jìn)宮去。絲帛的價格昂貴，非一般人所用得起。東漢的蔡倫，總結(jié)了前人造紙的經(jīng)驗，改進(jìn)了造紙術(shù)，于公元105年奏報朝廷。他用樹皮、破布、麻頭和舊魚網(wǎng)做造紙原料，經(jīng)過淘洗、泡漚、舂碎、蒸煮等工序，就可直接加工成紙。紙的質(zhì)量和產(chǎn)量都高了，使用普遍起來。為了紀(jì)念蔡倫的功績，人們把這種紙叫做“蔡侯紙”。更可貴的是，這些原料來源廣泛，價錢便宜。現(xiàn)代用木漿造紙，正是受到蔡倫用樹皮造紙的啟發(fā)。
蔡倫改進(jìn)造紙方法的成功，是人類文化史上的一件大事。從此紙開始大量生產(chǎn)，為以后書籍的印刷和文化事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了物質(zhì)條件。我國發(fā)明的造紙術(shù)，后來傳播到世界各地。6世紀(jì)時，就傳到了朝鮮、越南和日本，之后又經(jīng)阿拉伯地區(qū)傳到包括西歐在內(nèi)的其他各國，為促進(jìn)人類文明作出了巨大貢獻(xiàn)。
現(xiàn)代造紙的原料是植物纖維，像蘆葦、稻草、麥秸、蔗渣等。為了把植物纖維制成紙漿，可以用機械法(磨碎)或化學(xué)處理法�；瘜W(xué)處理法又分為亞硫酸鹽法、硫酸鹽法、燒堿法等，使纖維原料中的非纖維素成分溶解除去而得到化學(xué)紙漿。制成紙漿后，再經(jīng)過漂白、打漿、抄紙(鋪成薄層)、烘干而成紙。
造紙需大量的樹木，樹木砍伐過量，要破壞生態(tài)環(huán)境。據(jù)報載，“美國木材40%最終成了紙產(chǎn)品，從衛(wèi)生紙、紙盒到信箋和禮品包裝等。光是報紙和雜志每年就耗掉2.5億棵以上的樹木”。為了減少用木材造紙，美國現(xiàn)在用苧麻(一種生長迅速的植物)、玉米皮、甜菜廢棄物和禾稈等混在一起造紙。今后，樹木不再是造紙的唯一原料了。
我國紙產(chǎn)量居世界第三位，造紙廠上萬家。造紙用的植物原料僅約40%用于造出紙漿紙，其余約60%作為廢液排入江河，嚴(yán)重污染水體，極大地破壞了飲水資源，并且嚴(yán)重影響造紙工業(yè)的發(fā)展。造紙黑液的排放是造成我國河流嚴(yán)重污染的一大公害。可喜的是中科院生態(tài)研究中心經(jīng)過八年艱苦努力，終于攻克了草漿造紙黑液污染治理問題，造紙污染問題的`解決大有希望。
三、人為何不能靠吃草生活？
1.草和糧食成分不同：草的主要成分是纖維素，糧食的主要成分是淀粉，前者為β－葡萄糖，后者為α－葡萄糖，二者在結(jié)構(gòu)上雖然差別甚微，只是第一個碳原子上的羥基排列不同，但性質(zhì)和功能截然不同。
2.人的消化液中所含的酶只能使淀粉水解成人體能吸收的葡萄糖，卻不能使纖維素水解。
3.牛羊的消化系統(tǒng)里寄生了某些微生物，可以分泌使纖維素水解的酶，這種酶可使纖維素迅速水解成葡萄糖。
4.目前正研究從木霉菌中提取纖維素酶，以將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖，這樣就可將纖維素制成飼料和食品。
5.農(nóng)業(yè)和林業(yè)的下腳料中木質(zhì)纖維素甚多，它們包含木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。木質(zhì)素不能被生物催化降解，而且還干擾纖維素的發(fā)酵，因此解決木質(zhì)素的廣泛利用問題，將有助于纖維素的轉(zhuǎn)化研究。
●綜合能力訓(xùn)練題
1.在一定條件下，纖維素跟濃HNO3和濃H2SO4的混合酸反應(yīng)而生成硝酸纖維，該反應(yīng)的類型屬于
A.硝化 B.磺化 C.酯化 D.氧化
答案：C
2.蔗糖3.42 g與淀粉3.24 g混合并完全水解，若生成m g葡萄糖和n g果糖，則m∶n為
A.1∶3 B.1∶5 C.5∶1 D.3∶1
答案：D
3.某種白色粉末狀物質(zhì)A，難溶于冷水，在熱水中形成糊狀物，滴入碘液即呈藍(lán)色，在一定條件下與水作用生成B。經(jīng)測定已知B分子中氫、氧原子之比為2∶1,碳原子比氫原子數(shù)少10個，B的化學(xué)式量為342，B能溶于水并發(fā)生銀鏡反應(yīng)。B在一定條件下水解生成C，C也能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。判斷A、B、C各是什么物質(zhì)？
答案：A.淀粉 B.麥芽糖 C.葡萄糖
4.用淀粉為原料制取酒精，若有1 kg 含40%淀粉的植物果實，經(jīng)過反應(yīng)制得227 g 80%的酒精。淀粉的轉(zhuǎn)化率為________。
解析：設(shè)轉(zhuǎn)化的淀粉質(zhì)量為x
(C6H10O5)n ~ nC6H12O6 ~ 2nC2H5OH
162n 2n×46
x 227 g×80%
x=320 g
轉(zhuǎn)化率= ×100%=80%。
答案：80%
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