高中化學(xué)選修化學(xué)與技術(shù)5.2玉米的化學(xué)加工教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)●課標(biāo)要求1．通過實(shí)例了解精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)。2．知道精細(xì)化工在社會發(fā)展中的作用?！裾n標(biāo)解讀1．玉米作為精細(xì)化工產(chǎn)品的原料(如乙醇、糖、胚芽油、維C、味精、山梨醇等)。2．玉米制乙醇涉及的反應(yīng)原理及工藝流程?！窠虒W(xué)地位能源是社會的熱點(diǎn)問題，利用玉米制酒精，酒精添加到汽油中得到乙醇汽油是解決目前能源危機(jī)的一種有效方法，因此玉米的化學(xué)加工也倍受社會重視。教學(xué)設(shè)計(jì)●新課導(dǎo)入建議酒精在體內(nèi)的代謝過程主要在肝臟中進(jìn)行，少量酒精在進(jìn)入人體之后，馬上隨肺部呼吸或經(jīng)汗腺排出體外，絕大部分酒精在肝臟中先與乙醇脫氫酶作用生成乙醛，乙醛對人體有害，但它很快會在乙醛脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)化成乙酸。乙酸是酒精進(jìn)入人體后產(chǎn)生的唯一有營養(yǎng)價(jià)值的物質(zhì)，它可以提供人體需要的熱量。如果飲酒過量，酒精就會在體內(nèi)器官，特別是在肝臟和大腦中積蓄，積蓄至一定程度即出現(xiàn)酒精中毒癥狀。你知道怎樣用玉米制酒精嗎？●教學(xué)流程設(shè)計(jì)課前預(yù)習(xí)安排：看教材P103－108，填寫[課前自主導(dǎo)學(xué)]，并完成[思考交流]。?步驟1：導(dǎo)入新課，本課時(shí)教學(xué)地位分析。?步驟2：建議對[思考交流]進(jìn)行提問，反饋學(xué)生預(yù)習(xí)效果。?步驟3：師生互動完成探究1，可利用[問題導(dǎo)思]中的設(shè)問作為主線。步驟7：通過[例2]講解研析，對“探究2”中注意的問題進(jìn)行總結(jié)。?步驟6：師生互動完成“探究2”。?步驟5：指導(dǎo)學(xué)生自主完成[變式訓(xùn)練1]和[當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)]1、2、3題。?步驟4：通過[例1]和教材P104－105的講解研析，對“探究1，玉米制乙醇”中注意的問題進(jìn)行總結(jié)。步驟8：指導(dǎo)學(xué)生自主完成[變式訓(xùn)練2]和[當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)]第4題。?步驟9：引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)本課時(shí)知識框架，然后對照[課堂小結(jié)]。安排課下作業(yè)完成[課后知能檢測]。課前導(dǎo)學(xué)玉米制乙醇1．生產(chǎn)乙醇涉及的反應(yīng)(1)糖化階段：2(C6H10O5)n＋nH2Oeq\o(→,\s\up14(淀粉酶))nC12H22O11、C12H22O11＋H2O→2C6H12O6。(2)酒化階段：C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑2．工業(yè)生產(chǎn)乙醇的工藝流程粉碎→蒸煮→糖化→發(fā)酵→蒸餾3．乙醇做汽車燃料的三大優(yōu)越性(1)有助于緩解日益嚴(yán)重的石油資源短缺。(2)可明顯降低汽車尾氣的排放，改善大氣環(huán)境質(zhì)量。(3)能有效地解決糧食轉(zhuǎn)化問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。思考交流1．用玉米制乙醇屬于玉米加工的哪個(gè)層次？【提示】玉米加工按加工深度分三個(gè)層次，玉米制乙醇屬于第一個(gè)層次。玉米淀粉制糖1．淀粉糖按其組成分為：全糖(結(jié)晶葡萄糖)和果葡糖漿。2．全糖(結(jié)晶葡萄糖)的生產(chǎn)(1)生產(chǎn)方法：酸法和酶法。(2)酶法生產(chǎn)工藝：淀粉調(diào)漿eq\o(→,\s\up14(α-淀粉酶),\s\do14())催化水解eq\o(→,\s\up14(葡萄糖淀粉酶))糖化→全糖。3．果葡糖漿的生產(chǎn)將淀粉經(jīng)酶法完全水解為葡萄糖漿，再經(jīng)葡萄糖異構(gòu)化酶轉(zhuǎn)化得到果糖和葡萄糖的混合糖漿。思考交流2．葡萄糖和果糖的分子式相同嗎？二者有何關(guān)系？【提示】相同。二者互為同分異構(gòu)體。玉米的其他應(yīng)用1．玉米胚芽油玉米中的油脂主要存在于它的胚芽中。衡量油脂質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)是油酸和亞油酸，其中亞油酸的含量超過60%，玉米油的維生素E含量較高，具有防止衰老的作用。2．玉米副產(chǎn)物的開發(fā)利用(1)玉米副產(chǎn)物主要有：秸稈、根茬、穗軸和花粉。(2)玉米秸稈轉(zhuǎn)化為氣體燃料的途徑：一是化學(xué)轉(zhuǎn)化；二是生物轉(zhuǎn)化。(3)對玉米秸稈和穗軸的新興工業(yè)開發(fā)利用途徑主要有：秸稈制紙質(zhì)地膜、秸稈制高密度板、穗軸制糠醛等。糠醛即2-呋喃甲醛，結(jié)構(gòu)簡式為HCHCOCCHOCH。思考交流3．鄉(xiāng)村用玉米秸稈制沼氣，屬于哪種途徑轉(zhuǎn)化為氣體燃料？【提示】生物轉(zhuǎn)化。課堂互動玉米制乙醇【問題導(dǎo)思】①玉米中所含的基本營養(yǎng)成分是什么？【提示】淀粉和脂肪。②葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇的酒化階段，屬于葡萄糖的水解反應(yīng)嗎？【提示】C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑，不屬于水解反應(yīng)(葡萄糖屬于單糖，不水解)。③葡萄糖發(fā)酵制乙醇時(shí)，能否露置在空氣中進(jìn)行？【提示】不能，發(fā)酵過程為無氧氣氛。1．玉米制乙醇的兩個(gè)階段一是將淀粉水解為麥芽糖、葡萄糖等糖化階段，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：2(C6H10O5)n＋nH2Oeq\o(→,\s\up14(淀粉酶))nC12H22O11C12H22O11＋H2O→2C6H12O6二是將麥芽糖、葡萄糖等轉(zhuǎn)化為乙醇的酒化階段，發(fā)生的主要反應(yīng)為：C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑2．工業(yè)上生產(chǎn)乙醇的工藝流程例1.由玉米制酒精，不會涉及的化學(xué)方程式是()A.2(C6H10O5)n＋nH2Oeq\o(→,\s\up14(淀粉酶))nC12H22O11B.C12H22O11＋H2O→2C6H12O6C.C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑D.CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up14(催化劑))CH3CH2OH【解析】淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇是一個(gè)生物化學(xué)過程，發(fā)生的主要反應(yīng)是選項(xiàng)中的A、B、C三項(xiàng)。D項(xiàng)為工業(yè)制酒精的反應(yīng)方程式?！敬鸢浮緿變式訓(xùn)練1．用玉米制乙醇的工藝流程正確的是()A．粉碎→蒸煮→糖化→發(fā)酵→蒸餾B．粉碎→蒸煮→發(fā)酵→糖化→蒸餾C．蒸煮→粉碎→發(fā)酵→糖化→蒸餾D．蒸煮→粉碎→糖化→發(fā)酵→蒸餾【解析】將淀粉質(zhì)原料粉碎再蒸煮，利于淀粉的浸出；先糖化再使糖發(fā)酵產(chǎn)生乙醇，蒸餾可得乙醇?！敬鸢浮緼玉米制淀粉糖和其他應(yīng)用【問題導(dǎo)思】①玉米的主要用途有哪些？【提示】可以制淀粉糖、玉米胚芽油。此外其副產(chǎn)物還可進(jìn)行燃料開發(fā)和工業(yè)開發(fā)。②用乙醇作為燃料比汽油作為燃料對大氣有哪些好處？【提示】能降低汽車尾氣的排放，改善大氣環(huán)境質(zhì)量。1．玉米淀粉制糖的方法：酶法或酸法。2．制玉米胚芽油3．副產(chǎn)品開發(fā)(1)燃料開發(fā)玉米的副產(chǎn)物資源豐富，可以用于燃料開發(fā)、肥料開發(fā)等，玉米秸稈除加工成“生物煤”外，還可用化學(xué)或生物轉(zhuǎn)化使之成為清潔、高品質(zhì)的氣體燃料，也可以在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下受熱分解，制成固體、液體、氣體等多種熱解產(chǎn)品。(2)工業(yè)開發(fā)主要有秸稈制紙質(zhì)地膜、秸稈制高密度板、穗軸制糠醛(HCHCCHOCCHO)等產(chǎn)品。制糠醛的工藝流程為：玉米穗軸eq\o(→,\s\up14(H2SO4),\s\do14(升溫、加壓))C5H10O5(戊糖)eq\o(→,\s\up14(－3H2O),\s\do14())糠醛。溫馨提醒玉米及其副產(chǎn)物都是可以開發(fā)的可再生的生物資源，根據(jù)其組成成分能開發(fā)出很多產(chǎn)品，有的是直接消費(fèi)品，有的是重要的化工原料。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，玉米及副產(chǎn)物將在更多新領(lǐng)域被開發(fā)利用。例2.下列有關(guān)玉米副產(chǎn)物開發(fā)利用的說法不正確的是()A．玉米秸稈在一定條件下受熱分解，制成固體、液體、氣體等熱解產(chǎn)品B．玉米秸稈可用來制糠醛C．玉米秸稈用做飼料或漚制肥料D．玉米秸稈燃燒時(shí)不會造成環(huán)境污染【解析】秸稈燃燒不徹底的物質(zhì)排入大氣會造成環(huán)境污染?！敬鸢浮緿變式訓(xùn)練2．用玉米作原料生產(chǎn)乙醇的說法中，不正確的是()A．用乙醇代替汽油作為汽車燃料，有利于環(huán)境保護(hù)B．可以緩解石油資源的日益短缺C．浪費(fèi)糧食，阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展D．乙醇是清潔能源【答案】C【教師備課資源】綠色環(huán)保車目前汽車普遍使用的燃料是汽油和柴油。這些燃料在燃燒時(shí)，會生成一氧化碳和一氧化氮等有害氣體，排放到空氣中，嚴(yán)重污染空氣，威脅著人們的健康。解決汽車尾氣污染、實(shí)現(xiàn)汽車“綠色環(huán)保”主要有以下兩條途徑：一是對尾氣排放執(zhí)行嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，只有尾氣排放合格的車輛才能上路；二是改變能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)生產(chǎn)以酒精、天然氣以及燃料電池為動力的綠色環(huán)保車。1．玉米加工的2種重要產(chǎn)品：乙醇、糖(全糖、果葡糖漿)。2．玉米制乙醇的1個(gè)流程：粉碎→蒸煮→糖化→發(fā)酵→蒸餾3．玉米制糖的2種方法：酶法和酸法。4．3個(gè)重要的反應(yīng)：2(C6H10O5)n＋nH2Oeq\o(→,\s\up14(淀粉酶))nC12H22O11C12H22O11＋H2O→2C6H12O6，C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1．玉米的下列各部分中含粗脂肪最高的是()A.籽粒 B.秸稈 C.穗軸 D.葉子【解析】提取玉米油用的是玉米的籽粒里的胚芽。【答案】A2．下列不屬于玉米的化學(xué)加工產(chǎn)品的是()A.亞油酸 B.酒精C.玉米胚芽油 D.葡萄糖【解析】從玉米中提取玉米胚芽油是物理變化，不屬于玉米的化學(xué)加工產(chǎn)品?！敬鸢浮緾3．玉米制乙醇發(fā)酵階段發(fā)生的主要反應(yīng)是()A.2(C6H10O5)n＋nH2Oeq\o(→,\s\up14(淀粉酶))nC12H22O11B.C12H22O11＋H2O→2C6H12O6C.C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑D.CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up14(催化劑))CH3CH2OH【解析】發(fā)酵過程中的反應(yīng)主要是葡萄糖分解為乙醇和二氧化碳?！敬鸢浮緾4．淀粉完全水解的產(chǎn)物是葡萄糖，根據(jù)所得產(chǎn)品的純度不同，一般分為________和________。果葡糖漿的生產(chǎn)是將淀粉經(jīng)酶法完全水解為葡萄糖漿，再經(jīng)葡萄糖異構(gòu)化酶轉(zhuǎn)化得到________和________的混合糖漿?！敬鸢浮拷Y(jié)晶葡萄糖全糖果糖葡萄糖課后檢測1．玉米含有的下列營養(yǎng)成分中含量最高的是()A.糖類 B.油脂 C.蛋白質(zhì) D.維生素【答案】A2．玉米中含有大量的維生素A。下列是因?yàn)槿鄙倬S生素A所引起的是()A.骨質(zhì)疏松 B.佝僂病C.夜盲癥 D.大脖子病【解析】人體中缺鈣會引起骨質(zhì)疏松(老年人)和佝僂病(青少年)。缺碘會引起大脖子病?！敬鸢浮緾3．玉米的用途之一是用玉米淀粉制糖，下列關(guān)于此的說法不正確的是()A．玉米的出糖率很低B．以玉米淀粉為原料制糖，有酶法和酸法兩種C．結(jié)晶葡萄糖純度高，主要用于醫(yī)藥、試劑、食品等行業(yè)D．由玉米淀粉加工生產(chǎn)的果葡糖漿甜味純正，易于人體吸收【解析】玉米由于淀粉含量高，所以產(chǎn)糖率較高，約為60%?！敬鸢浮緼4．下列做法對改善大氣質(zhì)量無益的是()A．推廣使用無鉛汽油B．在農(nóng)田中焚燒秸稈為土地施肥C．開發(fā)利用太陽能、氫能等新能源D．用玉米生產(chǎn)乙醇燃料【解析】A項(xiàng)，使用無鉛汽油防止重金屬污染空氣；B項(xiàng)，在農(nóng)田中焚燒秸稈產(chǎn)生煙塵及有害氣體，污染大氣；C、D兩項(xiàng)措施均能減少有害氣體的排放，有利于改善大氣質(zhì)量?！敬鸢浮緽5．玉米是世界上重要的糧食作物。下列有關(guān)玉米的說法不正確的是()A．玉米主要含淀粉，還含有少量的蛋白質(zhì)和油脂B．現(xiàn)在世界上興起了玉米綜合利用和深加工的熱潮C．玉米的秸稈、穗軸只能作為燃料利用D．現(xiàn)在玉米直接食用的消費(fèi)量日益下降，用做工業(yè)原料的數(shù)量急劇增加【解析】玉米籽粒中主要含淀粉，但還有少量的蛋白質(zhì)、油脂等營養(yǎng)成分；隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，玉米的秸稈、穗軸還得到了更加廣泛的應(yīng)用?！敬鸢浮緾6．(2013·惠州高二調(diào)研)玉米胚芽油、豆油、動物油脂水解后的一種共同產(chǎn)物是()A.油酸 B.硬脂酸C.甘油 D.亞油酸【解析】玉米胚芽油、豆油、動物油脂都是高級脂肪酸的甘油酯，其不同之處是形成甘油酯的高級脂肪酸不一樣，但醇一樣?！敬鸢浮緾7．玉米芯水解(在酸性環(huán)境下)得戊糖，即核糖，核糖是合成核酸的重要原料，結(jié)構(gòu)簡式為CH2OHCHOHCHOHCHOHCHO，下列關(guān)于核糖的敘述正確的是()A．與葡萄糖互為同分異構(gòu)體B．可以與銀氨溶液作用形成銀鏡C．可以跟氯化鐵溶液作用顯色D．可以使紫色石蕊試液變紅【解析】葡萄糖的分子式是C6H12O6，結(jié)構(gòu)簡式為CH2OH(CHOH)4CHO，與核糖相比相差一個(gè)—CHOH原子團(tuán)，因此，它們不是同分異構(gòu)體；核糖分子中含有醛基(—CHO)，可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)，但沒有酚羥基和羧基，所以不與三氯化鐵溶液作用顯色，也不能使紫色石蕊試液變紅。【答案】B8．玉米胚芽油中的油酸是高級脂肪酸，它具有的性質(zhì)是()A．是乙酸的同系物B．易溶于水C．不能和氫氣發(fā)生反應(yīng)D．能使溴水退色【解析】油酸中含有碳碳雙鍵，則A、C兩項(xiàng)錯(cuò)，D正確。高級脂肪酸難溶于水，B項(xiàng)錯(cuò)?！敬鸢浮緿9．玉米秸稈在一定條件下水解生成葡萄糖，若要驗(yàn)證葡萄糖的存在其實(shí)驗(yàn)包括下列一些操作過程，這些操作過程的正確排列順序是()①取少許玉米秸稈使之粉碎②小火微熱，使之成為溶液③加入90%的濃H2SO4，用玻璃棒把秸稈粉末搗成糊狀④稍冷、滴入幾滴CuSO4溶液，并加入適量的NaOH溶液使溶液中和至出現(xiàn)Cu(OH)2沉淀⑤加熱煮沸A.①②③④⑤B.①③②④⑤ C.①③②⑤④ D.①②③⑤④【解析】玉米秸稈主要成分為纖維素，需要在濃H2SO4作催化劑條件下水解，要驗(yàn)證葡萄糖的存在，需在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)，故應(yīng)先加NaOH中和H2SO4?！敬鸢浮緽10．玉米芯在稀硫酸中蒸煮，可以得到木糖，其結(jié)構(gòu)簡式為CH2OH(CHOH)3CHO，此糖在濃硫酸作用下轉(zhuǎn)化為糠醛，其結(jié)構(gòu)簡式為CHOCHCHCCHO。用此糠醛與苯酚發(fā)生縮聚反應(yīng)，合成糠醛樹脂，寫出下述反應(yīng)的化學(xué)方程式。(1)木糖在濃硫酸作用下受熱生成糠醛的化學(xué)方程式：________________________________________________________________。(2)木糖與新制Cu(OH)2懸濁液反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________。(3)合成糠醛樹脂的化學(xué)方程式：_______________________________________________?！窘馕觥扛鶕?jù)木糖和糠醛的結(jié)構(gòu)簡式可推知，木糖分子內(nèi)脫水成烯、成醚得糠醛。結(jié)合苯酚和甲醛反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，可類比寫出合成糠醛樹脂的化學(xué)反應(yīng)方程式。【答案】(1)CH2OH(CHOH)3CHOeq\o(→,\s\up14(濃硫酸),\s\do14(△))CHCHCHCCHO＋3H2OO(2)CH2OH(CHOH)3CHO＋2Cu(OH)2eq\o(→,\s\up14(△))CH2OH(CHOH)3COOH＋Cu2O↓＋2H2O(3)nOH＋nCHCHCHCCHOOeq\o(→,\s\up14(催化劑))OHCHO＋nH2O11．隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，能源問題已經(jīng)越來越引起人們的重視?？茖W(xué)家預(yù)言，未來最理想的燃料是綠色植物，即將植物的秸稈(主要成分是纖維素)用適宜的催化劑作用水解成葡萄糖，再將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，用做燃料。(1)寫出綠色植物秸稈轉(zhuǎn)化為乙醇的化學(xué)方程式：①______________________________________________________________。②______________________________________________________________。(2)乙醇除用作燃料外，還可用來合成其他有機(jī)物，下列主要是以乙醇為起始原料的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。C2H5OHeq\o(→,\s\up14(濃硫酸),\s\do14(170℃))aeq\o(→,\s\up14(Br2))CH2BrCH2Breq\o(→,\s\up14(NaOH溶液),\s\do14())CH2CH2OHOH→b→ceq\o(→,\s\up14(HOCH2CH2OH))分子式為C4H4O4的環(huán)狀酯請寫出上述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式：a________、b________、c________。(3)寫出上面關(guān)系圖中由c生成C4H4O4的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。(有機(jī)物用結(jié)構(gòu)簡式表示)【解析】本題從化學(xué)方程式的書寫到框圖推斷，由淺入深，考查學(xué)生對烴的衍生物知識的識記和運(yùn)用，并培養(yǎng)學(xué)生的審題、析題能力。c和乙二醇可生成環(huán)狀酯，說明c為羧酸，乙二醇可先被氧化為乙二醛，再被氧化為乙二酸，然后乙二酸和乙二醇酯化；乙醇脫水可生成乙烯，所以a.CH2=CH2，b.OHC—CHO，c.HOOC—COOH。【答案】(1)①(C6H10O5)n(纖維素)＋nH2Oeq\o(→,\s\up14(催化劑),\s\do14())nC6H12O6(葡萄糖)②C6H12O6(葡萄糖)eq\o(→,\s\up14(酵母菌))2C2H5OH＋2CO2↑(2)CH2=CH2OHC—CHOHOOC—COOH(3)HOOC—COOH＋HOCH2—CH2OHeq\o(,\s\up14(催化劑),\s\do14(△))OCOCH2CH2OCCO＋2H2O12．對玉米秸稈進(jìn)行處理，不僅可以提高經(jīng)濟(jì)效益，而且能防止環(huán)境污染，現(xiàn)按以下方式進(jìn)行：已知F、H均是具有香味的液體，F(xiàn)為E的三聚合物，并具有特殊的六元環(huán)狀對稱結(jié)構(gòu)，試填空：(1)A的名稱：________，H的名稱：________。(2)D→E的化學(xué)方程式：____________________________________________________________________。(3)G→H的化學(xué)方程式：____________________________________________________________________。(4)F的結(jié)構(gòu)簡式：_