Phản ứng lên men rượu, chuyển đổi glucozơ (C6H12O6) thành etanol (C2H5OH) và khí CO2, là một quá trình quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Dưới đây là thông tin chi tiết về phản ứng này, cùng với các ứng dụng và bài tập liên quan.
Phản Ứng Tổng Quát: C6H12O6 → C2H5OH
Phản ứng lên men rượu có thể được biểu diễn bằng phương trình hóa học sau:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Ảnh minh họa phương trình phản ứng glucozơ phân hủy thành etanol và CO2 dưới tác dụng của nhiệt độ và xúc tác.
Điều Kiện Thực Hiện Phản Ứng Lên Men Rượu
Để phản ứng lên men rượu diễn ra hiệu quả, cần đáp ứng các điều kiện sau:
- Xúc tác: Enzim từ vi sinh vật (ví dụ: nấm men).
- Nhiệt độ: Khoảng 30 – 35°C là tối ưu cho hoạt động của enzim.
- Môi trường: Kỵ khí (không có oxy) để đảm bảo quá trình lên men diễn ra theo đúng hướng.
Glucozơ: Tổng Quan Về Tính Chất
Tính Chất Vật Lý
- Glucozơ là chất rắn, tồn tại ở dạng tinh thể không màu.
- Dễ tan trong nước và có vị ngọt, tuy nhiên độ ngọt không bằng đường mía (saccarozơ).
Trạng Thái Tự Nhiên
- Glucozơ có mặt trong nhiều bộ phận của thực vật, đặc biệt nhiều trong quả chín (ví dụ: quả nho, mật ong).
- Trong cơ thể người và động vật, glucozơ tồn tại trong máu với một nồng độ ổn định (khoảng 0,1%).
Cấu Tạo Phân Tử Glucozơ
- Công thức phân tử: C6H12O6
- Glucozơ là một hợp chất tạp chức, vừa có tính chất của anđehit, vừa có tính chất của ancol đa chức.
- Ở dạng mạch hở, phân tử glucozơ có một nhóm chức anđehit (CHO) và năm nhóm chức hydroxyl (OH). Công thức cấu tạo mạch hở: CH2OH[CHOH]4CHO
- Trong thực tế, glucozơ tồn tại chủ yếu ở dạng mạch vòng α và β.
Hình ảnh mô tả cấu trúc vòng alpha-glucozơ và beta-glucozơ, hai dạng tồn tại phổ biến của glucozơ.
Tính Chất Hóa Học Của Glucozơ
Glucozơ thể hiện các tính chất của ancol đa chức và anđehit.
Tính chất của ancol đa chức (poliol):
- Tác dụng với Cu(OH)2: Tạo dung dịch phức đồng màu xanh lam, chứng minh sự có mặt của nhiều nhóm OH kề nhau.
- Phản ứng tạo este: Tạo este chứa 5 gốc axit axetic.
Tính chất của anđehit:
- Phản ứng tráng bạc: Bị oxi hóa bởi dung dịch AgNO3/NH3 tạo thành muối amoni gluconat và bạc kim loại.
- Oxi hóa bởi Cu(OH)2: Tạo kết tủa đỏ gạch Cu2O.
- Làm mất màu dung dịch brom: Do nhóm CHO bị oxi hóa thành nhóm COOH.
- Khử bởi hidro: Tạo sobitol (poliol).
Ảnh minh họa phản ứng tráng bạc của glucozơ, thể hiện tính khử của nhóm andehit.
Phản ứng lên men:
- Glucozơ bị lên men tạo thành etanol và CO2 dưới tác dụng của enzim.
Điều Chế Glucozơ
- Trong công nghiệp, glucozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột hoặc xenlulozơ (từ vỏ bào, mùn cưa) với xúc tác axit hoặc enzim.
Ứng Dụng Của Glucozơ
- Làm chất dinh dưỡng, thuốc tăng lực.
- Sản xuất etanol.
- Tráng gương, tráng ruột phích.
Bài Tập Vận Dụng Về Chuyển Đổi Glucozơ Thành Etanol
Câu 1: Lên men 360 gam glucose, thu được ethyl alcohol. Hấp thụ hết khí CO2 sinh ra vào dung dịch Ca(OH)2 dư, tạo ra m gam kết tủa. Biết hiệu suất quá trình lên men là 75%. Giá trị của m là:
A. 100 gam
B. 200 gam
C. 300 gam
D. 400 gam
Hướng dẫn giải:
Số mol glucozơ ban đầu: n(C6H12O6) = 360/180 = 2 mol
Vì hiệu suất là 75% => n(C6H12O6) pư = 2 * 75% = 1.5 mol
Phương trình phản ứng lên men: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
=> n(CO2) = 2 n(C6H12O6) pư = 2 1.5 = 3 mol
Phản ứng CO2 với Ca(OH)2 dư: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
=> n(CaCO3) = n(CO2) = 3 mol
=> m(CaCO3) = 3 * 100 = 300 gam
Đáp án C
Câu 2: Cho m gam glucose lên men thành etanol. Toàn bộ lượng CO2 sinh ra được hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2 dư tạo ra 40 gam kết tủa. Nếu hiệu suất của quá trình lên men là 80% thì giá trị của m là:
A. 36
B. 45
C. 50
D. 56.25
Hướng dẫn giải:
nCaCO3 = 40/100 = 0,4 mol.
nCO2 = nCaCO3 = 0,4 mol
=> nC6H12O6(pư) = 0,5nCO2 = 0,2 mol
Vì H = 80% => nC6H12O6(bđ) = 0,2/0,8 = 0,25 mol
=> m = 0,25 * 180 = 45 gam
Đáp án B
Câu 3: Lên men 1 tấn tinh bột chứa 5% tạp chất trơ thành etanol. Biết hiệu suất của cả quá trình là 85%. Khối lượng etanol thu được là
A. 392,75 kg.
B. 392,75 gam.
C. 400 kg.
D. 400 gam.
Hướng dẫn giải:
m tinh bột nguyên chất = 1000 * (100 – 5)% = 950 kg
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 → 2nC2H5OH + 2nCO2
m etanol = (950 1000 / 162) 2 46 85% = 451574,0741 (gam) = 392,75 kg
Đáp án A
