2020高中化学 维生素和微量元素知识讲解学案 新人教版选修1

2020高中化学 维生素和微量元素知识讲解学案 新人教版选修1

维生素和微量元素 ‎【学习目标】‎ ‎1、了解脂溶性和水溶性维生素，了解维生素C的结构、功能和性质； 　　2、了解微量元素对维持人体生命活动、促进健康生长和发育的重要作用。 【要点梳理】‎ 要点一、维生素 ‎1．维生素的物质属类 维生素是参与生物生长发育和新陈代谢所必需的一类小分子有机化合物。‎ ‎2．维生素的作用 维生素在体内有特殊的生理功能或作为辅酶催化某些特殊的化学反应。 　　要点诠释：‎ ‎（1）人体对维生素的需要量虽然极少，但这极微量的物质却能调节各种器官的机能并维持各种细胞的特性，对人体的生长和健康至关重要。‎ ‎（2）不同维生素的分子结构和化学性质各不相同。‎ ‎（3）维生素可以不经过消化直接被人体吸收。‎ ‎（4）大多数维生素不能在人体内合成，而必须从食物中摄取。‎ ‎3．维生素的分类 通常根据维生素的溶解性不同，可分为脂溶性维生素和水溶性维生素。‎ 脂溶性和水溶性维生素的比较 脂溶性维生素 水溶性维生素 溶解性 难溶于水，易溶于脂肪和有机溶剂 易溶于水 在体内 消化过程 和脂类共存于食物中，并随脂类一起被吸收，不易排泄，易在体内积存，主要存在于肝脏中 易被人体吸收，多余的随尿液排出体外，一般不易在体内积存，容易缺乏 包含种类 维生素A、D、E和K等 维生素C和维生素B族（B1、B2、烟酸和烟酰胺、B6、生物素、泛酸、叶酸和B12等 来源 动物肝脏 水果、蔬菜 ‎4．维生素C ‎　　（1）结构：分子式为C6H8O6。‎ ‎ 结构简式：‎ ‎ 分子中含有的官能团种类为羟基、酯基，属于醇类化合物或酯类化合物。分子中含有4个—OH、1个酯基、1个碳碳双键，是环状化合物。显然，维生素C不是高分子化合物。‎ ‎ （2）物理性质：维生素C是一种无色晶体，无臭，味酸，久置反变为淡黄色，水溶液呈酸性。易溶于水中，微溶于乙醇，不溶于氯仿或乙醚。熔点‎190℃‎～‎192℃‎，熔融时易发生分解。‎ ‎ （3）化学性质：在所有维生素中，维生素C是最不稳定的。维生素C的化学特性是容易失去电子，是一种较强的还原剂。维生素C易被空气中的氧气氧化，加工和烹调时容易被破坏。其水溶液在空气中很快变质，尤其在碱性溶液中遇光或加热更易变质，溶液通常由无色—淡黄色—黄色—棕色。维生素C在放置过程中遇光、热易变色而失去疗效，故应遮光、密封保存。如：‎ 6‎ ‎ ‎ 要点诠释：‎ ‎①根据维生素C的结构可推断其可能发生的化学反应：酯化反应、加成反应、氧化反应。‎ ‎ ②在酸性溶液中稳定，在中性或碱性溶液中易被氧化分解；铁、铜等金属离子能够加速其氧化速率。‎ ‎ （4）维生素C的主要生理功能：维生素C在体内参与多种反应，如参与氧化还原过程，在生物氧化和还原过程以及细胞呼吸中起重要作用。‎ ‎ 维生素C的主要作用：‎ ‎①促进骨胶原的生物合成，利于伤口愈合。‎ ‎ ②促进氨基酸中酪氨酸和色氨酸的代谢，延长肌体寿命。‎ ‎ ③改善铁、钙和叶酸的利用。‎ ‎ ④改善脂肪和类脂特别是胆固醇的代谢，预防心血管病。‎ ‎ ⑤促进牙齿和骨骼的生长，防止牙龈出血。‎ ‎ ⑥增强肌体对外界环境的抗应激能力和免疫力。‎ ‎ 维生素C是无毒的营养素，但每天摄入量超过‎8克会有害，症状包括：恶心，腹部痉挛，腹泻。维生素C可促进铁的吸收，铁的过量吸收会使红血球破坏，骨骼矿物质代谢增强，妨碍抗凝剂的治疗，血浆胆固醇升高，并可能对大剂量维生素C形成依赖。‎ ‎ 维生素C缺乏时，其症状表现为：‎ ‎ ①牙龈肿胀出血，牙床溃烂、牙齿松动。‎ ‎ ②骨骼畸形、易骨折。‎ ‎ ③伤口难愈合等。严重地会引起坏血病、贫血。‎ ‎ ④大出血和心脏衰竭，严重时有猝死的危险。‎ ‎ ⑤肌肉纤维衰退，包括心肌衰退。‎ ‎ （5）存在：维生素C广泛存在于新鲜水果和绿色蔬菜中，如山楂、鲜枣、柠檬、橘子、辣椒、西红柿、豆角、白菜等。人体不能合成维生素C，必须从食物中获得。‎ 要点二、微量元素 　 1．常量元素与微量元素 ‎ 常量元素：含量在0.01%以上的元素，如碳、氢、氧、氮、钠、镁、钙、磷、硫、钾、氯共11种； 　　微量元素：含量在0.01%以下的元素，如铁、铜、锰、钴、钼、硒、碘、锂、铬、氟、锡、硅、钒、砷、硼共16种； 　　矿物质：除了组成有机物的碳、氢、氧、氮、硫等外，其他一些金属和非金属元素统称为矿物质。‎ ‎2．微量元素对人体的重要作用 微量元素在体内的含量极少，其质量不到体重的万分之一，但它们对于维持生命活动、促进健康生成和发育却有及其重要的作用。缺少或者摄入过多，都可能导致患有各种代谢疾病，尤其对正处于长身体阶段的青少年就更是如此。‎ ‎3．碘 碘是人体必须的微量元素之一，在人体内的含量仅约为30mg，其中一半左右集中在甲状腺内，其余则分布于其他组织。‎ ‎（1）人体内碘的来源：人体的碘完全从外界摄入。食物中海带、海鱼等海产品中含碘最多。碘是合成甲状腺激素不可缺乏的重要原料，补碘的有效途径是食用含碘食盐。‎ 6‎ ‎ （2）碘缺乏的危害：碘缺乏病简称IDD，是由于人类生存自然环境中缺少碘而引起的疾病。‎ ‎ ①碘是人体甲状腺激素的重要原料，与人体的生长发育和新陈代谢关系密切，特别是对大脑的发育起着决定性的作用，因此，碘又被称为“智力元素”。‎ ‎ ②人体缺碘会导致甲状腺功能异常，分泌激素过量或不足，势必对机体的代谢、生长发育和智力发育造成很大影响，导致种种疾病的发生。‎ ‎ ③成年人膳食和饮水中长时间地缺少碘便会发生甲状腺肿大，病人的甲状腺细胞数目增多、体积增大，甲状腺位于颈前部，因而此病俗称大脖子病。‎ ‎ ④孕妇、乳母缺碘会导致胎儿和婴幼儿发育期大脑皮层中主管语言、听觉和智力的部分不能得到完全分化和发育。‎ ‎ （3）食盐中加碘的方法：食盐中所加的碘是碘的化合物，一般加入的物质是KIO3，因为它在常温下不易挥发、不吸水、流失少、易保存等优点。‎ ‎ （4）使用加碘食盐应注意的问题：‎ ‎ ①少量购买，吃完再买。‎ ‎ ②食用时不可加入过量食醋，碘与酸性物质接触会遭到破坏。‎ ‎ ③碘盐放入容器中，要加盖及时密封，并存在阴凉、通风、避光处。‎ ‎ ④防止高温，因为碘酸钾受热易分解，所以忌高温放碘盐，一般应在菜出锅前放。‎ ‎ 【拓展延伸】食盐中所加的碘不是碘单质，也不是常见的碘化物（如KI等）。‎ ‎ a.食盐为白色固体，碘单质为有色固体，故从颜色上可以判断食盐中未加I2。‎ ‎ b.KI具有较强还原性，在空气中易被氧化变质，发生的反应为：4KI+O2+2H2O=4KOH+2I2。故食盐中加碘化物时，碘元素易损失。‎ ‎ （5）检验食盐中是否含碘元素。‎ ‎ 反应原理：IO3－+5I－+6H+==3I2+3H2O ‎ 【操作】取一定量食盐，加入KI和稀硫酸，然后滴入淀粉溶液。‎ ‎ 【现象及结论】溶液变为蓝色，表明食盐中含碘元素。‎ ‎4．铁 ‎（1）铁在人体中的含量与存在。‎ ‎ 铁在人体内的含量约为‎4 ‎g～‎5 g，是人体必需的微量元素中含量最多的一种。人体内含铁化合物主要分为两类，即功能性铁和储存铁。功能性铁和血红蛋白一起参与氧的运输，其余的铁与各种酶结合，分布于身体各器官。‎ ‎ （2）人体对铁的需求量以及铁的来源。‎ ‎ 成人每天排出的铁约1 mg，为了满足生理需要，每天应补铁15 mg～20 mg。动物内脏、动物全血、肉类、鱼类、蛋类等动物性食物中的铁容易被吸收。一般蔬菜中铁的含量较少，吸收率也低。‎ ‎ （3）铁对人体健康的影响。‎ ‎ 缺铁性贫血是全球分布最广的营养问题，在儿童和育龄妇女，特别是孕期妇女中非常严重，但也同时影响男性和年龄较大的妇女。铁缺乏可引起工作效率降低、学习效率下降、生长发育不良、发病率的增高。补铁剂一般为Fe2+的化合物。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：维生素在人体中的作用 例1、关于维生素的下列说法中正确的是（ ）  　　A．维生素是生物生长发育和新陈代谢所必需的物质 　　B．维生素容易在体内积存，主要积存在肝脏 　　C．维生素容易被人体吸收，多余的随尿液排出体外，不易在体内积存，所以容易缺乏 　　D．人体需要的所有维生素都必须从食物中摄取 ‎【思路点拨】维生素按溶解性可分为脂溶性维生素和水溶性维生素。两种维生素的性质不同，做题时注意区分。‎ ‎【答案】A ‎【解析】A项关于维生素的作用的说法是正确的。‎ 6‎ 脂溶性维生素不易排泄，容易在人体内积存，主要积存在肝脏；水溶性维生素容易被人体吸收，多余的则随尿液排出体外，一般不易在体内积存，容易缺乏，故B、C项均不正确。大多数维生素必须从食物中摄取，而不是所有的维生素都必须从食物中摄取，故D项不正确。‎ ‎【总结升华】人体所需要的维生素中，除维生素D在太阳光照射下能在人体内合成、维生素A能由摄入的β-胡萝卜素转化而来以外，人体需要的其他维生素都必须从食物中摄取。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】维生素对人体的作用是（ ）‎ A．构成人体细胞和组织的重要材料 　　B．能为人体提供能量 　　C．调节新陈代谢、预防疾病和维持健康 　　D．大量补充人体所需能量 ‎【答案】C ‎【解析】构成人体细胞和组织的重要材料是油脂和蛋白质，A项错误；人体内的供能物质主要是糖类，其次为油脂和蛋白质，维生素不是供能物质，B、D项错误。‎ 类型二：维生素C的结构、性质和作用 例2、维生素C（又名抗坏血酸，分子式为C6H8O6）具有较强的还原性，放置在空气中易被氧化，其含量可通过在弱酸性溶液中用已知溶液的I2溶液进行滴定。该反应的化学方程式如下： 　　C6H8O6+I2＝C6H6O6+2HI 　　现欲测定某样品中维生素C的含量，具体的步骤及测得的数据如下：取10mL 6mol/LCH3COOH，加入100mL蒸馏水，将溶液加热煮沸后放置冷却。精确称取‎0.2000g样品，溶解于上述冷却的溶液中，加入1mL淀粉指示剂，立即用浓度为0.05000mol/L的I2溶液进行滴定，直至溶液中的蓝色持续不褪为止，共消耗21.00mLI2溶液。 　　①为何加入的CH3COOH稀溶液要先经煮沸、冷却后才能使用？ 　　②计算样品中维生素C的质量分数。‎ ‎【思路点拨】本题考查有关维生素的性质以及计算问题。维生素C含有羟基、酯基、碳碳双键官能团，其化学性质主要是还原性。 【答案】①煮沸是为了除去溶液中溶解的O2，避免维生素C被O2氧化，冷却是为了减缓滴定过程中维生素C与液面上空气接触时被氧化的速度。 　　②0.05000mol/L×‎0.021L×‎176g/mol÷‎0.2000g×100%=92.4%‎ ‎【解析】反应原理是用碘氧化维生素C，维生素C溶液中滴入淀粉溶液，当维生素C被碘氧化后继续滴入碘溶液使淀粉溶液变蓝。由于维生素C易被空气氧化，实验操作中应避免氧气的进入。 　　【总结升华】一方面考查化学知识，同时结合生产、贴近生活、贴近生活健康知识的试题，是命题的方向。考查的知识还是所学的基础知识，如根据物质的结构判断物质的性质等。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】维生素C广泛存在于新鲜水果和绿色蔬菜中，结构简式如下图所示，在受热时容易被氧化。研究表明，中学生每天需补充约60 mg维生素C。‎ ‎ ‎ ‎ （1）维生素C中含有________（填一种官能团的名称）。‎ ‎ （2）维生素C________（填“能”或“不能”）使溴水褪色。‎ ‎ （3）下列物质中，含有丰富维生素C的是________。‎ ‎ A．辣椒 B．鸡蛋 C．米饭 ‎（4）为减少维生素C的损失，新鲜蔬菜更适宜________（填“生吃”或“熟吃”）。‎ ‎【答案】（1）碳碳双键或羟基或酯基 （2）能 （3）A （4）生吃 6‎ ‎【解析】维生素C的分子式为C6H8O6，含有三种官能团：碳碳双键、羟基、酯基；由于可与溴发生加成反应，因此维生素C可使溴水褪色。蔬菜中含维生素C多一些，由于维生素C加热时易被氧化，因此新鲜蔬菜更适宜生吃。‎ 类型三：微量元素在人体内的功能 例3、铁元素是人体的重要营养元素，铁在人体内的主要功能是以血红蛋白（含低价铁）的形式参加氧的转运、交换和组织呼吸过程，以及在体内用于生产供给生命活动需要的细胞能量ATP。‎ ‎（1）人体正常的血红蛋白应该含Fe2+，若误食亚硝酸盐，则导致低铁血红蛋白转化成高铁血红蛋白而中毒。服用维生素C可解除亚硝酸盐中毒。下列说法正确的是（ ） 　　A．亚硝酸盐是还原剂 B．维生素C是还原剂 C．维生素C将Fe3+还原成Fe2+‎ D．亚硝酸盐被氧化 ‎（2）乳酸可以与精制铁粉制备一种药物，反应方程式为：‎ ‎2CH3CH(OH)COOH+Fe→[CH3CH(OH)COO]2Fe+H2↑‎ 反应方程式中，氧化剂是___________，还原剂是___________，产物乳酸亚铁可以治疗的疾病是__________。‎ ‎（3）举一例说明铁元素在人体中的重要作用：_________________________。‎ ‎【思路点拨】本题的立意新，借助Fe在人体内的功能考查氧化还原反应的基本知识，仔细分析题便可根据氧化还原反应的相关知识作答。‎ ‎【答案】（1）BC （2）乳酸 Fe 缺铁性贫血 ‎（3）人体内的血红蛋白中含铁，如果铁的摄入量不足，吸收利用不良时，将使机体出现缺铁性或营养性贫血 ‎ 【解析】（1）由于Fe2+具有还原性，而亚硝酸盐有较强的氧化性，因此，误服亚硝酸盐后，低铁血红蛋白中的Fe2+便被氧化成Fe3+而丧失输氧能力，导致中毒。用维生素C可解除亚硝酸盐中毒现象，说明维生素C又可将高铁蛋白还原成低铁蛋白，故本题答案应为B和C。（2）由于金属Fe的化合价升高，因此反应中还原剂必为Fe，氧化剂应该是乳酸（其中的氢元素化合价降低）；由于乳酸亚铁属于低价铁的化合物，因此，用它可治疗缺铁性贫血。‎ ‎【总结升华】体内缺铁将会导致人的记忆力、免疫力和对温度的适应能力等生理功能下降。如果体内的铁不足以供给生命活动需要，就会发生贫血。含铁较多的食物有：动物肝脏、动物全血、肉类、鱼类、豆类、黑木耳。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】某人患轻微的贫血病，医生建议他服用一段时间的补铁保健品。补铁保健品中的铁显示的价态为（ ）。‎ ‎ A．0价 B．+2价 C．+3价 D．各种价态都有 ‎【答案】B ‎【解析】血红蛋白中的Fe2+能与氧气发生可逆性结合，因此补铁时应补充Fe2+。‎ 例4、碘缺乏症遍及全球，多发生于山区，南美的安第斯山区、欧洲的阿尔卑斯山区等是高发病地区。我国云南、河南等10余省的山区发病率也较高。据估计，我国患者大约有100万人左右。为控制该病的发生，较为有效的方法是食用加碘食盐。我国政府以国家标准的方式规定在食盐中添加碘酸钾（KIO3）。‎ 据此回答下列问题：‎ ‎（1）碘是合成下列哪种激素的主要原料之一（ ）‎ A．胰岛素 B．甲状腺激素 C．生长激素 D．雄性激素 ‎（2）长期生活在缺碘山区，又得不到碘盐供应，易患（ ）‎ A．甲状腺亢进 B．佝偻病 C．地方性甲状腺肿大 D．糖尿病 ‎（3）可用盐酸酸化的碘化钾淀粉溶液测定食盐中碘酸钾的含量，反应的化学方程式为___________________。氧化产物与还原产物的物质的量之比为_________，能观察到的明显现象为______________________________。‎ ‎【思路点拨】本题考查碘元素在人体内的作用和检验食盐中碘的含量的方法，在问题的设置上还是对基础知识的考查。‎ ‎【答案】（1）B （2）C （3）5KI+KIO3+6HCl=6KCl+3I2+3H2O 5:1 溶液变蓝色 ‎【解析】在酸性条件下，IO3-可氧化I-生成单质碘，碘遇淀粉变为蓝色，反应的化学方程式为5KI+KIO3+6HCl=6KCl+3I2+3H2O，I2既是氧化产物，又是还原产物，其物质的量之比为5:1。‎ 6‎ ‎【总结升华】碘是人体合成甲状腺激素的主要原料，与人类的生长发育和新陈代谢关系密切，特别是对大脑的发育起着决定性作用，含碘较多的食物有海带、紫菜等。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】关于加碘食盐，下列说法错误的是（ ）‎ A．密封、防潮和避光保存 B．加碘食盐即加入了少量单质碘的食盐 C．菜炒熟出锅时再加碘盐 D．多加点醋，可以提高碘的利用率 ‎【答案】BD ‎【解析】现在食盐中加的碘为碘酸钾，不是碘化钾，更不是单质碘，故B项错误。加醋时，碘与酸性物质结合会遭到破坏，降低碘的利用率，故D项错误。‎ 6‎