Bài 6. Tinh bột và cellulose
Tìm hiểu về cấu tạo, tính chất và ứng dụng của tinh bột và cellulose.
Lý thuyết Tinh bột và Cellulose
1 1. Tinh bột (C₆H₁₀O₅)ₙ
a) Cấu tạo
Công thức: (C₆H₁₀O₅)ₙ với n = 1000-6000
Cấu trúc: Polymer của α-glucose
Thành phần:
- Amylose (20-30%): Mạch thẳng, n = 200-1000
- Amylopectin (70-80%): Mạch phân nhánh, n = 2000-6000
b) Tính chất vật lý
- Chất rắn vô định hình, màu trắng
- Không tan trong nước lạnh
- Tan trong nước nóng tạo hồ tinh bột
- Không có vị ngọt
c) Tính chất hóa học
1. Phản ứng với iod:
Tinh bột + I₂ → Phức màu xanh tím
Nhận biết tinh bột (đặc trưng)
2. Phản ứng thủy phân:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H⁺, t°)
Tinh bột → Glucose
Các giai đoạn:
Tinh bột → Dextrin → Maltose → Glucose
d) Ứng dụng
- Thực phẩm: Gạo, ngô, khoai, sắn
- Công nghiệp: Sản xuất glucose, ethanol
- Dược phẩm: Chất độn viên thuốc
- Keo dán: Keo tinh bột
2 2. Cellulose (C₆H₁₀O₅)ₙ
a) Cấu tạo
Công thức: (C₆H₁₀O₅)ₙ với n = 10,000-14,000
Cấu trúc: Polymer của β-glucose, mạch thẳng
Phân tử lớn hơn tinh bột nhiều
b) Tính chất vật lý
- Chất rắn dạng sợi, màu trắng
- Không tan trong nước và dung môi thông thường
- Tan trong thuốc thử Schweizer: [Cu(NH₃)₄](OH)₂
- Bền với nhiệt, hóa chất
c) Tính chất hóa học
1. Phản ứng thủy phân:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H₂SO₄ đặc, t°, p)
Khó thủy phân hơn tinh bột
2. Phản ứng este hóa:
a) Với HNO₃:
[C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]ₙ + 3nH₂O
Tạo cellulose trinitrate (thuốc súng không khói)
b) Với CH₃COOH:
[C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nCH₃COOH → [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]ₙ + 3nH₂O
Tạo cellulose triacetate (tơ axetat)
d) So sánh Tinh bột và Cellulose
| Đặc điểm | Tinh bột | Cellulose |
|---|---|---|
| Công thức | (C₆H₁₀O₅)ₙ | (C₆H₁₀O₅)ₙ |
| Monomer | α-glucose | β-glucose |
| Giá trị n | 1000-6000 | 10,000-14,000 |
| Cấu trúc | Phân nhánh | Mạch thẳng |
| Độ tan | Tan nước nóng | Không tan |
| Với I₂ | Màu xanh tím | Không màu |
| Thủy phân | Dễ | Khó |
| Nguồn | Gạo, ngô, khoai | Gỗ, bông, cây cỏ |
| Vai trò | Dự trữ năng lượng | Cấu trúc tế bào |
e) Ứng dụng Cellulose
- Sản xuất giấy: Từ gỗ
- Sản xuất tơ: Tơ nhân tạo (rayon, axetat)
- Thuốc súng: Cellulose trinitrate
- Phim ảnh: Cellulose acetate
- Xây dựng: Gỗ, tre, nứa
Các dạng bài tập
1 Dạng 1: Bài toán thủy phân tinh bột/cellulose
Phương pháp:
- Viết PTHH thủy phân
- Tính mol glucose
- Tính khối lượng hoặc tráng gương
Ví dụ minh họa
a) Thủy phân:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆
162n → 180n
162g → x
x = 162×180/162 = 180g (lý thuyết)
m(glucose) = 180×75% = 135g
b) Tráng gương:
n(glucose) = 135/180 = 0.75 mol
n(Ag) = 1.5 mol
m(Ag) = 1.5×108 = 162g
2 Dạng 2: Bài toán este hóa cellulose
Phương pháp:
- Xác định số nhóm -OH
- Tính mol HNO₃ hoặc CH₃COOH
- Tính khối lượng sản phẩm
Ví dụ minh họa
a) Tính HNO₃:
[C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]ₙ + 3nH₂O
n(cellulose) = 16.2/162 = 0.1 mol đơn vị
n(HNO₃) = 0.3 mol
m(HNO₃) = 0.3×63 = 18.9g
b) Tính sản phẩm:
M(sản phẩm) = 297 g/mol đơn vị
m = 0.1×297 = 29.7g
3 Dạng 3: Bài toán thực tế - Sản xuất giấy từ gỗ
Phương pháp:
- Tính cellulose từ gỗ
- Tính khối lượng giấy
- Đánh giá môi trường
Ví dụ minh họa
a) Tính giấy:
m(cellulose) = 10,000×50% = 5,000 kg
m(giấy) = 5,000×80% = 4,000 kg
b) Tác động môi trường:
- Phá rừng: Mất 10 tấn gỗ
- Hóa chất: NaOH, Cl₂ (tẩy trắng)
- Nước thải: Ô nhiễm sông, hồ
- Năng lượng: Tiêu tốn nhiều
c) Giải pháp:
- Tái chế giấy: Giảm 60% gỗ
- Trồng rừng: Bù đắp gỗ khai thác
- Công nghệ sạch: Giảm hóa chất
- Giấy từ tre, nứa: Thay thế gỗ
Sẵn sàng thử thách bản thân?
Hoàn thành 22 câu hỏi để củng cố kiến thức và kiểm tra mức độ hiểu bài
Làm bài tập ngay