Задача:
Увлечённые хлебопечением знают, что пышная выпечка получается если во время приготовления использовать дрожжи или разрыхлитель теста (пекарский порошок).
На самом деле разрыхлители теста – это вид сырья, к которому относятся как дрожжи, так и некоторые химические соединения. Характерная пористость выпечки при их использовании является результатом химических реакций, в которых образуются газообразные вещества, например, углекислый газ.
Хлебопекарные дрожжи относятся к биологическим разрыхлителям теста. Углекислый газ образуется при брожении содержащихся в тесте сахаров.
Хорошо известная пищевая сода (\(NaHCO_3\)) относится к химическим разрыхлителям. Её действие так же основано на образовании углекислого газа, но либо при нагревании, либо при взаимодействии с кислотами (например, раствором уксусной кислоты – уксусом, лимонной кислотой).
\[2NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ C} Na_2CO_3 + CO_2 \uparrow + H_2O \uparrow\]пищевая сода
\[C_6H_8O_7 + 3NaHCO_3 \rightarrow C_6H_5O_7Na_3 + 3CO_2 \uparrow + 3H_2O \uparrow\]лимонная кислота
Ещё одним популярным химическим разрыхлителем является гидрокарбонат аммония (\(NH_4HCO_3\)), который так же разлагается при нагревании, делая при этом тесто ещё более пышным, так как в этой реакции образуется больший объём газов.
\[NH_4HCO_3 \xrightarrow{t^\circ C} NH_3 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O \uparrow\]гидрокарбонат аммония
В магазинах же под маркетинговым названием "разрыхлитель теста" (реже "пекарский порошок") продают смесь веществ, состав которой всегда указан на упаковке. Необходимо также обращать внимание на рекомендации по количеству добавляемого разрыхлителя, так как при добавлении в изделие избытка – это отразится на его вкусе, а также может привести к другим негативным последствиям.
Одним из вариантов пекарского порошка, который можно встретить на прилавках магазина, является смесь, в состав которой входят сода, лимонная кислота и мука. Такую смесь вполне можно приготовить самостоятельно. Для этого, зная уравнение реакции между содой и лимонной кислотой, необходимо рассчитать нужные массы. При этом важно помнить, что если взять избыток соды, то тесто будет горчить, а из-за избытка лимонной кислоты в тесте появится ненужная кислинка.
1. Рассчитайте, какую массу соды \(NaHCO_3\) необходимо смешать с 19,2 г лимонной кислоты \(C_6H_8O_7\), чтобы приготовить пекарский порошок самостоятельно и оба вещества полностью прореагировали в соответствии с уравнением реакции, приведённым выше.
Решение:
Уравнение реакции:
\[C_6H_8O_7 + 3NaHCO_3 \rightarrow C_6H_5O_7Na_3 + 3CO_2 \uparrow + 3H_2O \uparrow\]Шаг 1: Вычислим молярные массы веществ.
Молярная масса лимонной кислоты \(C_6H_8O_7\):
\(M(C_6H_8O_7) = 6 \cdot M(C) + 8 \cdot M(H) + 7 \cdot M(O)\)
\(M(C_6H_8O_7) = 6 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 7 \cdot 16 = 72 + 8 + 112 = 192 \text{ г/моль}\)
Молярная масса пищевой соды \(NaHCO_3\):
\(M(NaHCO_3) = M(Na) + M(H) + M(C) + 3 \cdot M(O)\)
\(M(NaHCO_3) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 23 + 1 + 12 + 48 = 84 \text{ г/моль}\)
Шаг 2: Вычислим количество молей лимонной кислоты.
Дана масса лимонной кислоты \(m(C_6H_8O_7) = 19,2 \text{ г}\).
\[n(C_6H_8O_7) = \frac{m(C_6H_8O_7)}{M(C_6H_8O_7)}\] \[n(C_6H_8O_7) = \frac{19,2 \text{ г}}{192 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}\]Шаг 3: Вычислим количество молей пищевой соды, необходимое для реакции.
Согласно уравнению реакции, 1 моль \(C_6H_8O_7\) реагирует с 3 молями \(NaHCO_3\).
Значит, для 0,1 моль \(C_6H_8O_7\) потребуется:
\[n(NaHCO_3) = 3 \cdot n(C_6H_8O_7) = 3 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}\]Шаг 4: Вычислим массу пищевой соды.
\[m(NaHCO_3) = n(NaHCO_3) \cdot M(NaHCO_3)\] \[m(NaHCO_3) = 0,3 \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 25,2 \text{ г}\]Ответ на вопрос:
Чтобы самостоятельно приготовить пекарский порошок, на 19,2 г лимонной кислоты нужно взять пищевой соды ... граммов (ответ введите с точностью до десятых без указания единиц измерения, например, 1,1)
25,2
2. Выберите верное утверждение, опираясь на содержание текста:
- Независимо от состава и количества добавленного разрыхлителя тесто получается одинаково пышным.
- Разрыхлитель можно добавлять к муке из принципа "кашу маслом не испортишь", так тесто получится очень лёгким и пышным, вкус выпечки не изменится.
- К разрыхлителям теста относят сахар и соль, так как их добавление улучшает вкусовые качества готовой выпечки.
- Тесто поднимается за счёт образования газообразных веществ в результате реакций с участием разрыхлителя теста.
Анализ вариантов:
- Первый вариант противоречит тексту, где сказано, что избыток разрыхлителя может отразиться на вкусе и привести к негативным последствиям.
- Второй вариант также противоречит тексту, так как избыток разрыхлителя влияет на вкус.
- Третий вариант не соответствует тексту, так как сахар и соль не упомянуты как разрыхлители, а разрыхлители действуют за счёт образования газов.
- Четвёртый вариант полностью соответствует тексту: "Характерная пористость выпечки при их использовании является результатом химических реакций, в которых образуются газообразные вещества, например, углекислый газ."
Правильный ответ: Тесто поднимается за счёт образования газообразных веществ в результате реакций с участием разрыхлителя теста.
3. Выберите вещества, которые относятся к химическим разрыхлителям теста (опираясь на содержание текста):
- Поваренная соль \(NaCl\)
- Пищевая сода \(NaHCO_3\)
- Каустическая сода \(NaOH\)
- Гидрокарбонат аммония \(NH_4HCO_3\)
Анализ вариантов:
- Поваренная соль \(NaCl\) - не упомянута в тексте как химический разрыхлитель.
- Пищевая сода \(NaHCO_3\) - в тексте прямо сказано: "Хорошо известная пищевая сода (\(NaHCO_3\)) относится к химическим разрыхлителям."
- Каустическая сода \(NaOH\) - не упомянута в тексте как химический разрыхлитель.
- Гидрокарбонат аммония \(NH_4HCO_3\) - в тексте сказано: "Ещё одним популярным химическим разрыхлителем является гидрокарбонат аммония (\(NH_4HCO_3\))."
Правильные ответы:
- Пищевая сода \(NaHCO_3\)
- Гидрокарбонат аммония \(NH_4HCO_3\)
4. В одинаковых условиях общий объём образующихся газов больше в реакции ...
- термического разложения 1 моль гидрокарбоната аммония \(NH_4HCO_3\)
- взаимодействия 1 моль пищевой соды \(NaHCO_3\) с небольшим избытком лимонной кислоты \(C_6H_8O_7\)
- термического разложения 1 моль пищевой соды \(NaHCO_3\)
Анализ реакций и объёмов газов:
Реакция 1: Термическое разложение 1 моль гидрокарбоната аммония \(NH_4HCO_3\).
\[NH_4HCO_3 \xrightarrow{t^\circ C} NH_3 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O \uparrow\]Из 1 моль \(NH_4HCO_3\) образуется 1 моль \(NH_3\), 1 моль \(CO_2\) и 1 моль \(H_2O\) (в газообразном состоянии при высоких температурах).
Общее количество молей газа = \(1 + 1 + 1 = 3\) моль.
Реакция 2: Взаимодействие 1 моль пищевой соды \(NaHCO_3\) с небольшим избытком лимонной кислоты \(C_6H_8O_7\).
Уравнение реакции:
\[C_6H_8O_7 + 3NaHCO_3 \rightarrow C_6H_5O_7Na_3 + 3CO_2 \uparrow + 3H_2O \uparrow\]По условию, реагирует 1 моль \(NaHCO_3\). По стехиометрии, 3 моль \(NaHCO_3\) дают 3 моль \(CO_2\) и 3 моль \(H_2O\).
Значит, 1 моль \(NaHCO_3\) даст \(1/3\) от 3 моль \(CO_2\) и \(1/3\) от 3 моль \(H_2O\).
Количество молей \(CO_2\) = \(1 \text{ моль}\).
Количество молей \(H_2O\) = \(1 \text{ моль}\).
Общее количество молей газа = \(1 + 1 = 2\) моль.
Реакция 3: Термическое разложение 1 моль пищевой соды \(NaHCO_3\).
\[2NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ C} Na_2CO_3 + CO_2 \uparrow + H_2O \uparrow\]Из 2 моль \(NaHCO_3\) образуется 1 моль \(CO_2\) и 1 моль \(H_2O\) (в газообразном состоянии).
Значит, из 1 моль \(NaHCO_3\) образуется \(1/2\) моль \(CO_2\) и \(1/2\) моль \(H_2O\).
Общее количество молей газа = \(0,5 + 0,5 = 1\) моль.
Сравнение:
- Реакция 1: 3 моль газа
- Реакция 2: 2 моль газа
- Реакция 3: 1 моль газа
Наибольший объём образующихся газов в реакции термического разложения 1 моль гидрокарбоната аммония \(NH_4HCO_3\).
Правильный ответ: термического разложения 1 моль гидрокарбоната аммония \(NH_4HCO_3\).