Opgaver til B7.4
Opgaverne hører til afsnit B7.4 Fehlings test. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.
Opgave B7.4.1: Hvad er der i Fehlings væske?
Fehlings væske blandes af Fehling I og Fehling II, lige før den skal bruges.
- Udfyld tabellen.
| Stof | Fehling I eller Fehling II? | Hvad gør stoffet i Fehlings væske? |
|---|---|---|
| kobber(II)sulfat | ||
| natriumhydroxid | ||
| kaliumnatriumtartrat |
- Hvilken ion giver Fehlings væske den blå farve? Skriv navn og formel.
- Hvad ville der ske med kobber(II)ionerne, hvis tartrat blev glemt i Fehlings væske?
Læs afsnittet Fehlings væske i afsnit B7.4. Fehling I indeholder ét stof, og Fehling II indeholder to.
Det ene stof leverer de ioner, der reagerer med sukkeret. Det andet gør blandingen basisk. Det tredje holder kobber(II)ionerne opløst. Til spørgsmål c: Tænk på, hvad kobber(II)ioner normalt danner i en basisk opløsning.
- Tabellen ser sådan ud:
| Stof | Fehling I eller Fehling II? | Hvad gør stoffet i Fehlings væske? |
|---|---|---|
| kobber(II)sulfat | Fehling I | Det giver de kobber(II)ioner, der bliver reduceret af sukkeret. |
| natriumhydroxid | Fehling II | Det gør blandingen basisk. Der bruges OH− i reaktionen. |
| kaliumnatriumtartrat | Fehling II | Tartrationerne binder sig til kobber(II)ionerne og holder dem opløst. |
- Kobber(II)ionen, Cu2+
- Kobber(II)ionerne ville danne et bundfald af kobber(II)hydroxid, fordi blandingen er basisk. Så ville de ikke være opløst og klar til at reagere med sukkeret.
Opgave B7.4.2: Aflæs fire reagensglas
Fire prøver er varmet i et vandbad sammen med Fehlings væske. Figuren viser de fire reagensglas bagefter.
- I hvilke glas er Fehlings test positiv, og i hvilke er den negativ?
- Hvad hedder det røde bundfald? Skriv også formlen.
- Forklar, hvorfor væsken i glas B ikke længere er blå.
- I glas D er der et rødt bundfald, men væsken er stadig blå. Hvad fortæller det om mængden af sukker i glas D?
- Kan der være saccharose i glas B? Kan der være maltose i glas A?
Et rødt bundfald er en positiv Fehlings test. En væske, der bliver ved med at være blå uden bundfald, er en negativ test. Se figuren med Fehlings test.
Den blå farve kommer fra kobber(II)ioner, som er opløst. Hver gang et sukkermolekyle reagerer, forsvinder der to kobber(II)ioner fra væsken. Til spørgsmål d: Er væsken stadig blå, er der kobber(II)ioner tilbage. Til spørgsmål e: Find saccharose og maltose i tabellen Overblik i afsnit B7.4.
- Testen er positiv i glas B og D. Den er negativ i glas A og C.
- Kobber(I)oxid, Cu2O
- Den blå farve skyldes kobber(II)ioner. I glas B er kobber(II)ionerne blevet reduceret og sidder nu i bundfaldet af kobber(I)oxid. Der er næsten ingen kobber(II)ioner tilbage i væsken.
- Der var kun lidt reducerende sukker i glas D. Alt sukkeret har reageret, men der er stadig kobber(II)ioner tilbage. Derfor er der kun lidt bundfald, og væsken er stadig blå.
- Der kan ikke være saccharose alene i glas B, for saccharose er ikke reducerende og giver en negativ test. Der kan heller ikke være maltose i glas A, for maltose er reducerende og ville give et rødt bundfald.
Opgave B7.4.3: Oxidationstal i Fehlings test
I Fehlings test bliver en aldehydgruppe til ionen af en carboxylsyre. Figuren viser de to grupper med alle bindinger tegnet. R er resten af molekylet. Det atom i R, der er bundet til gruppen, er et carbonatom.
- Find oxidationstallet for det markerede carbonatom i A og i B.
- Bliver aldehydgruppen oxideret eller reduceret? Begrund svaret.
- Find oxidationstallet for kobber i Cu2+ og i Cu2O.
- Bliver kobber oxideret eller reduceret?
- Forklar med oxidationstallene, hvorfor der skal to kobber(II)ioner til én aldehydgruppe.
Se på bindingerne fra det markerede carbonatom. Hver binding til hydrogen tæller −1, og hver binding til oxygen tæller +1. En dobbeltbinding til oxygen tæller +2. Bindingen til R tæller 0, fordi den går til et carbonatom. Reglen står i figuren med oxidationstal i afsnit B4.3.
I aldehydgruppen har carbonatomet en dobbeltbinding til oxygen og én binding til hydrogen: +2 − 1 = +1. For en ion med ét atom er oxidationstallet lig med ladningen. I Cu2O har oxygen oxidationstallet −II, og de to kobberatomer skal tilsammen give +2. Den samlede stigning skal være lige så stor som det samlede fald.
- Oxidationstallene er:
| Gruppe | Bindinger til H | Bindinger til O | Regnestykke | Oxidationstal |
|---|---|---|---|---|
| A, aldehydgruppe | 1 | 2 | −1 + 2 = +1 | +I |
| B, carboxylsyrens ion | 0 | 3 | 0 + 3 = +3 | +III |
- Aldehydgruppen bliver oxideret, fordi oxidationstallet for carbonatomet stiger fra +I til +III.
- I Cu2+ er oxidationstallet +II. I Cu2O er det +I, fordi oxygen har −II, og de to kobberatomer deler +2.
- Kobber bliver reduceret, fordi oxidationstallet falder fra +II til +I.
- Carbonatomet stiger 2, og hvert kobberatom falder kun 1. Der skal derfor to kobber(II)ioner til, før faldet i alt er 2 ligesom stigningen.
Opgave B7.4.4: Tjek reaktionsskemaet
Reaktionsskemaet for Fehlings test ser sådan ud. R står for resten af molekylet, og R er den samme på begge sider.
R−CHO + 2 Cu2+ + 5 OH− → R−COO− + Cu2O(s) + 3 H2O
- Tæl atomerne på hver side, og udfyld tabellen. R skal ikke tælles med.
| Atom | Venstre side | Højre side |
|---|---|---|
| C | ||
| H | ||
| O | ||
| Cu |
- Regn den samlede ladning ud på venstre side og på højre side.
- Er reaktionsskemaet afstemt?
- Skriv reaktionsskemaet for propanal, CH3CH2CHO, der reagerer med Fehlings væske.
Gå ét stof igennem ad gangen, og husk tallene foran formlerne. 5 OH− har 5 oxygenatomer og 5 hydrogenatomer. 3 H2O har 6 hydrogenatomer og 3 oxygenatomer.
Oxygen på venstre side: 1 i R−CHO og 5 i 5 OH−. Ladningen på venstre side: 2 · (+2) fra kobber(II)ionerne og 5 · (−1) fra hydroxidionerne. Til spørgsmål d: I propanal er R lig med CH3CH2. Sæt det ind på begge sider.
- Tabellen ser sådan ud:
| Atom | Venstre side | Højre side |
|---|---|---|
| C | 1 | 1 |
| H | 1 H + 5 H = 6 H | 3 · 2 H = 6 H |
| O | 1 O + 5 O = 6 O | 2 O + 1 O + 3 O = 6 O |
| Cu | 2 | 2 |
- Ladning til venstre = 2 · (+2) + 5 · (−1) = −1. Ladningen til højre er −1, fordi R−COO− er den eneste ion.
- Ja. Der er lige mange atomer af hver slags på de to sider, og ladningen er den samme.
- Reaktionsskemaet for propanal er
CH3CH2CHO + 2 Cu2+ + 5 OH− → CH3CH2COO− + Cu2O(s) + 3 H2O
Propanal bliver til ionen af propansyre.
Opgave B7.4.5: Reducerende eller ikke?
Figuren viser seks sukkerstoffer tegnet som ringe. Carbonatomerne har fået numre. A og B er monosaccharider. C og D er to af disacchariderne fra afsnit B7.3. E er cellobiose, som dannes, når cellulose bliver spaltet. F er trehalose, som findes i svampe.
- Hvilket carbonatom skal have en fri OH-gruppe, for at ringen i glucose og galactose kan åbne sig? Hvilket carbonatom er det i fructose?
- Afgør for hvert af de seks sukkerstoffer, om der er mindst én ring, der kan åbne sig.
- Hvilke af de seks sukkerstoffer er reducerende?
- Hvilke to disaccharider er C og D?
- Trehalose er bygget af to glucoseenheder ligesom maltose. Forklar, hvorfor maltose er reducerende, når trehalose ikke er det.
En ring kan kun åbne sig, hvis der sidder en fri OH-gruppe på det carbonatom, der lukkede ringen. I glucose og galactose er det carbonatom 1, hvor aldehydgruppen sad i den åbne kæde. I fructose er det carbonatom 2, hvor ketongruppen sad. Se afsnittet Reducerende sukker i afsnit B7.4.
Find carbonatom 1 i hver ring af glucose og galactose og carbonatom 2 i hver ring af fructose. I figuren er ringene af fructose dem med fem atomer. Sidder der OH på det, kan ringen åbne sig. Går bindingen i stedet til det oxygenatom, der holder de to ringe sammen, er carbonatomet låst. Et sukkerstof er reducerende, når bare én af ringene kan åbne sig. Sammenlign med figuren med reducerende sukker.
I glucose og galactose er det carbonatom 1, hvor aldehydgruppen sad i den åbne kæde. I fructose er det carbonatom 2, hvor ketongruppen sad.
og c. A, B, C og E har en ring, der kan åbne sig, og er reducerende. D og F har ingen og er ikke reducerende. Figuren viser hvorfor. Den frie OH-gruppe, der lader ringen åbne sig, er grøn. De carbonatomer, der er låst i glykosidbindingen, har røde numre.
C er lactose, og D er saccharose.
I maltose går glykosidbindingen fra carbonatom 1 i den ene ring til carbonatom 4 i den anden. Den anden ring har derfor stadig en fri OH-gruppe på carbonatom 1 og kan åbne sig. I trehalose går bindingen fra carbonatom 1 til carbonatom 1. Begge ringe er låst, og ingen af dem kan åbne sig.
Opgave B7.4.6: Under 0,1 % åbne kæder
I en opløsning af glucose er under 0,1 % af molekylerne åbne kæder. Resten er ringe. Alligevel kan al glucosen reagere med Fehlings væske.
- Hvilken af glucosens former har en aldehydgruppe: ringen eller den åbne kæde?
- Ringene og den åbne kæde er i ligevægt. Hvad sker der med mængden af åbne kæder, når de reagerer med kobber(II)ionerne?
- Forklar med Le Chateliers princip, hvad der så sker med ligevægten mellem ringene og den åbne kæde.
- Forklar, hvorfor al glucosen til sidst kan reagere.
- Fructose har en ketongruppe og ingen aldehydgruppe. Forklar, hvorfor fructose alligevel giver en positiv Fehlings test.
Se figuren med glucosens to ringformer og den åbne kæde. Le Chateliers princip står i afsnit B2.5: et indgreb i en ligevægt bliver modvirket. Til spørgsmål e: Læs afsnittet Fructose i afsnit B7.4.
Du kan begynde dine sætninger sådan:
- Det er kun den åbne kæde, der har …
- Når de åbne kæder reagerer med kobber(II)ionerne, bliver der … af dem.
- Ligevægten forskydes derfor mod …, og nye ringe …
- I den basiske Fehlings væske bliver fructose omdannet til …
- Den åbne kæde. I ringen er aldehydgruppen blevet til en OH-gruppe på carbonatom 1.
- Der bliver færre åbne kæder, fordi de bliver oxideret til ionen af en carboxylsyre.
- Indgrebet er, at der fjernes åbne kæder. Ligevægten forskydes, så indgrebet bliver modvirket. Den forskydes derfor mod den åbne kæde, og nye ringe åbner sig.
- De nye åbne kæder reagerer også med kobber(II)ionerne, og så åbner endnu flere ringe sig. Sådan fortsætter det, til der ikke er flere ringe tilbage, eller til kobber(II)ionerne er brugt.
- Fehlings væske er basisk. I base bliver fructose omdannet til glucose: ketongruppen på carbonatom 2 bliver til en OH-gruppe, og carbonatom 1 bliver til en aldehydgruppe. Den glucose, der dannes, reagerer med kobber(II)ionerne.
Opgave B7.4.7: Fire glas uden etiket
Fire glas indeholder vand og opløsninger af glucose, saccharose og stivelse, men etiketterne er faldet af. En prøve fra hvert glas undersøges med iodprøven og med Fehlings test. Til sidst koges en prøve fra hvert glas med saltsyre og neutraliseres, og så laves Fehlings test igen.
| Glas | Iodprøven | Fehlings test | Fehlings test efter kogning med saltsyre |
|---|---|---|---|
| 1 | gulbrun | stadig blå | rødt bundfald |
| 2 | blåsort | stadig blå | rødt bundfald |
| 3 | gulbrun | rødt bundfald | rødt bundfald |
| 4 | gulbrun | stadig blå | stadig blå |
- Hvad viser en blåsort farve i iodprøven?
- Hvad viser et rødt bundfald i Fehlings test?
- Hvad er der i hvert af de fire glas?
- Forklar, hvorfor glas 1 og glas 2 først giver et rødt bundfald, når prøven er kogt med saltsyre.
- Forklar, hvorfor saltsyren skal neutraliseres, før Fehlings væske tilsættes.
- Tegn et rutediagram, der viser, hvordan du finder ud af, hvilket af de fire stoffer der er i et glas.
Begynd med iodprøven. Kun ét af de fire stoffer bliver blåsort med iod. Se figuren med iodprøven. Find derefter det glas, der giver et rødt bundfald uden kogning med saltsyre.
Af de fire stoffer er det kun glucose, der er et reducerende sukker. Når saccharose og stivelse koges med syre, bliver glykosidbindingerne spaltet ved en hydrolyse. Tænk på, hvad saccharose og stivelse bliver til. Et rutediagram har et spørgsmål i hver rude og en pil for ja og en pil for nej, som i rutediagrammet med DNPH og Tollens’ test.
- At der er stivelse i prøven.
- At der er et reducerende sukker i prøven.
- Glas 1 indeholder saccharose, glas 2 indeholder stivelse, glas 3 indeholder glucose, og glas 4 indeholder vand.
- Saccharose og stivelse er ikke reducerende, så Fehlings test er negativ. Når de koges med saltsyre, bliver glykosidbindingerne spaltet ved en hydrolyse. Saccharose bliver til glucose og fructose, og stivelse bliver til glucose. Nu er der reducerende sukker i glasset, og Fehlings test er positiv.
- Fehlings væske virker kun, når blandingen er basisk. Syren ville reagere med hydroxidionerne i Fehlings væske, så blandingen ikke længere var basisk.
- Rutediagrammet kan se sådan ud:
Opgave B7.4.8: Hvor meget kobber(I)oxid?
1,80 g glucose opløses i vand og varmes med Fehlings væske, til al glucosen har reageret.
C6H12O6 + 2 Cu2+ + 5 OH− → C6H11O7− + Cu2O(s) + 3 H2O
Molarmasserne er M(C6H12O6) = 180,2 g/mol og M(Cu2O) = 143,1 g/mol.
- Beregn stofmængden af glucose.
- Hvor stor en stofmængde kobber(I)oxid dannes der?
- Beregn massen af det kobber(I)oxid, der dannes.
- Hvor stor en stofmængde kobber(II)ioner bliver brugt?
- Fehlings væske indeholdt 0,025 mol kobber(II)ioner fra begyndelsen. Er væsken blå eller farveløs, når reaktionen er færdig?
Begynd med glucose, som du kender massen af. Stofmængden er massen divideret med molarmassen: n = m / M. Se derefter på tallene foran stofferne i reaktionsskemaet.
Ét glucosemolekyle giver én formelenhed Cu2O, så forholdet er 1 : 1, og stofmængden af kobber(I)oxid er den samme som stofmængden af glucose. Massen er m = n · M. Ét glucosemolekyle bruger to kobber(II)ioner, så stofmængden af kobber(II)ioner er dobbelt så stor som stofmængden af glucose.
- Stofmængden af glucose er
\[ n(\mathrm{C_6H_{12}O_6}) = \frac{m}{M} = \frac{1{,}80\ \mathrm{g}}{180{,}2\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}00999\ \mathrm{mol} \]
- Forholdet mellem glucose og kobber(I)oxid er 1 : 1, så
\[ n(\mathrm{Cu_2O}) = n(\mathrm{C_6H_{12}O_6}) = 0{,}00999\ \mathrm{mol} \]
- Massen af kobber(I)oxid er
\[ m(\mathrm{Cu_2O}) = n \cdot M = 0{,}00999\ \mathrm{mol} \cdot 143{,}1\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 1{,}43\ \mathrm{g} \]
Der dannes 1,43 g kobber(I)oxid.
- Der bruges to kobber(II)ioner for hvert glucosemolekyle:
\[ n(\mathrm{Cu^{2+}}) = 2 \cdot n(\mathrm{C_6H_{12}O_6}) = 2 \cdot 0{,}00999\ \mathrm{mol} = 0{,}0200\ \mathrm{mol} \]
- Væsken er stadig blå. Der bliver kun brugt 0,0200 mol kobber(II)ioner, så der er 0,005 mol tilbage i væsken.
Opgaver med fødevaretema
Med Fehlings test kan du undersøge, om der er reducerende sukker i mad og drikke fra køkkenet.
Opgave B7.4.mad.1: Mælk og lactosefri mælk
Mælk indeholder omkring 5 g lactose pr. 100 mL. Lactosefri mælk er almindelig mælk, der har fået tilsat enzymet lactase. En elev laver Fehlings test på almindelig mælk og på lactosefri mælk. Begge prøver giver et rødt bundfald.
- Hvilke to monosaccharider er lactose bygget af?
- Forklar, hvorfor lactose er et reducerende sukker.
- Hvad gør enzymet lactase ved lactosen i mælken? Skriv reaktionsskemaet med molekylformler.
- Forklar, hvorfor den lactosefri mælk giver en positiv Fehlings test, selv om lactosen er væk.
- Kan eleven bruge Fehlings test til at kontrollere, at mælken er lactosefri? Begrund svaret.
Find lactose i figuren med de tre disaccharider, og se efter, om en af de to ringe har en fri OH-gruppe på carbonatom 1. Enzymet lactase står i tabellen over enzymer i afsnit B7.3.
Du kan begynde dine sætninger sådan:
- I lactose har glucoseenheden en fri …, så den ring kan …
- Lactase spalter lactose til … og … ved en …
- Både … og … er monosaccharider, og alle monosaccharider er …
- Galactose og glucose
- I lactose sidder carbonatom 1 i galactoseenheden i glykosidbindingen. Glucoseenheden har stadig en fri OH-gruppe på carbonatom 1. Den ring kan åbne sig, så der opstår en aldehydgruppe, som kan reducere kobber(II)ionerne.
- Lactase er katalysator for hydrolysen af lactose. Lactose bliver spaltet til galactose og glucose:
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
- I den lactosefri mælk er lactosen blevet til galactose og glucose. De er begge monosaccharider med en ring, der kan åbne sig, så de er begge reducerende.
- Nej. Mælken giver et rødt bundfald, både før og efter lactosen er spaltet. Fehlings test viser kun, at der er et reducerende sukker. Den viser ikke, hvilket sukker det er.
Opgave B7.4.mad.2: Honning
Bier laver honning af nektar fra blomster. Nektar indeholder saccharose. Bierne tilsætter et enzym, der spalter saccharosen, og lader det meste af vandet fordampe. Færdig honning består af omkring 40 % fructose, 30 % glucose og knap 20 % vand. Der er kun lidt saccharose tilbage.
- Hvad hedder det enzym, der spalter saccharose? Skriv reaktionsskemaet for spaltningen med ord.
- En skefuld honning opløses i vand og varmes med Fehlings væske. Hvad ser du?
- Fructose er en ketose, og en keton kan ikke oxideres videre. Forklar, hvorfor fructosen i honning alligevel reagerer med Fehlings væske.
- Kan Fehlings test vise, om der er mere fructose end glucose i honningen? Begrund svaret.
- Honning kan blive fortyndet med billig sirup af saccharose. Kan Fehlings test afsløre, at der er kommet saccharose i honningen? Begrund svaret.
Enzymerne står i tabellen i afsnittet Hydrolyse i afsnit B7.3. Find fructose, glucose og saccharose i tabellen Overblik i afsnit B7.4.
Fehlings væske er basisk. Se, hvad der sker med fructose i en basisk opløsning, i figuren med fructose og glucose. Til spørgsmål d og e: Et rødt bundfald viser kun, at der er et reducerende sukker i prøven. Tænk over, om bundfaldet ville se anderledes ud, hvis der også var saccharose i glasset.
- Enzymet hedder saccharase. Reaktionsskemaet er: saccharose + vand → glucose + fructose.
- Der dannes et rødt bundfald af kobber(I)oxid, og den blå farve bliver svagere. Honning indeholder meget glucose og fructose, og de er begge reducerende.
- Fehlings væske er basisk. I base bliver fructose omdannet til glucose, som har en aldehydgruppe i den åbne kæde. Den glucose, der dannes, reducerer kobber(II)ionerne.
- Nej. Både fructose og glucose giver et rødt bundfald, så testen kan ikke skelne mellem de to.
- Nej. Saccharose giver en negativ test, men honningens glucose og fructose giver et rødt bundfald under alle omstændigheder. Testen er derfor positiv, uanset om der er saccharose i honningen eller ej.
Opgave B7.4.mad.3: Sodavand og light-sodavand
På en flaske almindelig sodavand står der, at den indeholder vand, sukker, kulsyre og syre. Sukker er saccharose. På en flaske light-sodavand står der sødestoffer i stedet for sukker. Sødestofferne er ikke kulhydrater, og der skal kun ganske lidt til. Begge sodavand er sure med pH omkring 3.
En elev neutraliserer en prøve af hver sodavand med natriumhydroxid og laver Fehlings test.
| Prøve | Fehlings test |
|---|---|
| light-sodavand | stadig blå |
| almindelig sodavand | rødt bundfald |
- Hvad fortæller resultatet om light-sodavanden?
- Hvad ville Fehlings test vise, hvis den almindelige sodavand kun indeholdt saccharose? Begrund svaret.
- Den almindelige sodavand har stået flere måneder i flasken, og den er sur. Forklar, hvad der er sket med en del af saccharosen, og hvorfor testen derfor er positiv.
- Skriv reaktionsskemaet for det, der er sket med saccharosen. Brug molekylformler.
- Forklar, hvorfor eleven neutraliserer sodavanden, før Fehlings væske tilsættes.
Find saccharose i tabellen Overblik i afsnit B7.4. Læs derefter afsnittet Saccharose og stivelse i afsnit B7.4 om, hvad syre gør ved saccharose.
Du kan begynde dine sætninger sådan:
- Saccharose er ikke …, fordi ingen af de to ringe kan …
- Syren i sodavanden er katalysator for en …, hvor saccharose bliver spaltet til …
- Fehlings væske virker kun, når blandingen er …
I en kold sodavand går spaltningen af saccharose langsomt, men flasken har stået længe.
- Der er ikke noget reducerende sukker i light-sodavanden. Det passer med, at den er sødet med sødestoffer og ikke med sukker.
- Testen ville være negativ, og væsken ville blive ved med at være blå. Saccharose er ikke reducerende, fordi ingen af de to ringe kan åbne sig.
- Syren i sodavanden er katalysator for en hydrolyse af saccharose. Uden opvarmning går det langsomt, men flasken har stået i flere måneder. Imens er en del af saccharosen blevet spaltet til glucose og fructose. De er begge reducerende, og derfor giver sodavanden et rødt bundfald.
- Reaktionsskemaet for hydrolysen af saccharose er
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
- Fehlings væske virker kun, når blandingen er basisk. Syren i sodavanden ville reagere med hydroxidionerne i Fehlings væske. Derfor skal syren først neutraliseres.