高二化学重要的体内能源油脂课后练习（上册）

一、天然油脂的皂化与催化加氢

1. 天然油脂的摩尔质量与碳碳双键含量

油脂是生物体内重要的能量储存物质，广泛存在于动植物中。油脂主要由甘油和高级脂肪酸组成，通过酯键连接形成三酰基甘油（即甘油三酯）。在化学实验中，我们可以通过皂化反应和催化加氢反应来研究油脂的性质。

题目分析：

- 某天然油脂1g完全皂化，需要NaOH 180mg。

- 100g该油脂进行催化加氢时，消耗了1.2g氢气才完全硬化。

解题步骤：

1. 计算油脂的摩尔质量：

根据皂化值的定义，皂化值是指1g油脂完全皂化所需的NaOH毫克数。已知某天然油脂1g完全皂化需要NaOH 180mg，设该油脂的摩尔质量为M，则有：

\[ \text{皂化值} = \frac{56000}{M} \]

其中56000是NaOH的摩尔质量与其相对分子质量的比值乘以1000的结果。根据题意，皂化值为180，代入公式得：

\[ 180 = \frac{56000}{M} \]

解此方程可得：

\[ M = \frac{56000}{180} \approx 311.11 \, \text{g/mol} \]

因此，该油脂的摩尔质量约为311.11 g/mol。

2. 计算油脂中碳碳双键的数量：

接下来，我们分析催化加氢过程中消耗的氢气量。已知100g该油脂进行催化加氢时，消耗了1.2g氢气才完全硬化。首先，计算100g油脂的物质的量：

\[ n_{\text{oil}} = \frac{100 \, \text{g}}{311.11 \, \text{g/mol}} \approx 0.321 \, \text{mol} \]

然后，计算1.2g氢气的物质的量：

\[ n_{\text{H}_2} = \frac{1.2 \, \text{g}}{2 \, \text{g/mol}} = 0.6 \, \text{mol} \]

每个碳碳双键在催化加氢时会结合一个氢气分子，因此，1mol油脂平均含有的碳碳双键数量为：

\[ \frac{0.6 \, \text{mol H}_2}{0.321 \, \text{mol oil}} \approx 1.87 \]

即1mol该油脂平均含有约1.87个碳碳双键。

二、蔗糖溶液的银镜反应与水解

2. 蔗糖溶液中的银镜反应与水解

蔗糖是一种常见的二糖，由葡萄糖和果糖组成。它不具有还原性，但在特定条件下可以发生水解反应生成葡萄糖和果糖，而葡萄糖具有还原性。

题目分析：

- 将蔗糖溶于水配成10%的溶液，分装在两支试管中。

- 第一支试管中加入银氨溶液，水浴加热，没有变化。

- 第二支试管中加入几滴稀硫酸，再水浴加热，加NaOH中和酸后，也加入银氨溶液，现象明显不同。

解题步骤：

1. 分析第一支试管的现象：

在第一支试管中，蔗糖溶液中加入银氨溶液并水浴加热，没有观察到任何变化。这是因为蔗糖本身不具有还原性，无法与银氨溶液发生银镜反应。银镜反应需要还原性糖的存在，而蔗糖作为一种非还原性糖，其分子结构中没有游离的醛基或酮基，因此无法还原银离子生成银单质。

2. 分析第二支试管的现象：

在第二支试管中，加入几滴稀硫酸后，再水浴加热，随后用NaOH中和酸，最后加入银氨溶液，可以看到明显的银镜现象。这是因为稀硫酸作为催化剂促使蔗糖发生水解反应，生成葡萄糖和果糖。其中，葡萄糖是一种还原性糖，含有游离的醛基，能够与银氨溶液发生银镜反应，生成银单质并在试管壁上形成银镜。

- 蔗糖分子中不含游离的醛基或酮基，因此不能直接与银氨溶液发生银镜反应。

- 稀硫酸的作用是催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，从而使溶液中含有还原性糖，进而能与银氨溶液发生银镜反应。

三、油酸、硬脂酸与甘油的反应及硬化过程

3. 油酸、硬脂酸与甘油的反应及硬化过程

油酸和硬脂酸是两种常见的脂肪酸，分别含有一个和零个碳碳双键。甘油是一种三元醇，能够与脂肪酸发生酯化反应生成甘油酯。在本题中，2 mol油酸、1 mol硬脂酸与1 mol甘油完全反应，只生成一种甘油酯A。

题目分析：

1. A可能的结构：

油酸和硬脂酸分别含有一个和零个碳碳双键，而甘油是一个三元醇。由于2 mol油酸和1 mol硬脂酸与1 mol甘油反应，生成的甘油酯A中将包含两个油酸链和一个硬脂酸链。根据不同的排列组合，A可能的结构有以下几种：

- 结构1：甘油的一个羟基与一个油酸酯化，另外两个羟基分别与另一个油酸和硬脂酸酯化。

- 结构2：甘油的一个羟基与硬脂酸酯化，另外两个羟基分别与两个油酸酯化。

因此，A可能的结构有两种。

2. 硬化1 mol A需标准状况下的H体积：

每个碳碳双键在催化加氢时会结合一个氢气分子。由于A中包含两个油酸链，每个油酸链有一个碳碳双键，因此1 mol A中总共含有2个碳碳双键。在标准状况下，1 mol氢气的体积为22.4 L，因此硬化1 mol A需要的氢气体积为：

\[ 2 \times 22.4 \, \text{L} = 44.8 \, \text{L} \]

3. A在NaOH溶液中的反应：

甘油酯A在NaOH溶液中加热会发生皂化反应，生成甘油和相应的脂肪酸钠盐。具体的化学方程式为：

\[ \text{C}_{3}\text{H}_{5}(\text{OOC(CH}_2)_7\text{CH=CH(CH}_2)_7\text{COO})_2 \cdot \text{OOC(CH}_2)_{16}\text{COO} + 3 \, \text{NaOH} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3 + 2 \, \text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{CH=CH(CH}_2)_7\text{COONa} + \text{CH}_3(\text{CH}_2)_{16}\text{COONa} \]

这个反应说明了甘油酯A在碱性条件下水解生成甘油和相应的脂肪酸钠盐，进一步证明了油脂的皂化特性。

通过对上述问题的详细分析和解答，我们可以更深入地理解油脂、蔗糖以及相关化学反应的原理。油脂作为重要的体内能源，其皂化和催化加氢反应不仅揭示了其结构特征，还展示了其在工业上的应用价值。蔗糖的银镜反应则帮助我们理解了还原性糖的特性及其水解过程。

最后，油酸、硬脂酸与甘油的反应及其硬化过程，进一步加深了我们对甘油酯结构和性质的认识。这些知识不仅有助于我们在化学学习中打下坚实的基础，也为未来的科学研究提供了理论支持。