高中化學(xué)人教版選修2教案 表面活性劑 精細(xì)化學(xué)品

1、 表面活性劑 精細(xì)化學(xué)品一、 教材分析和建議根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)實(shí)例了解精細(xì)化工產(chǎn)品的特點(diǎn)，知道精細(xì)化工在社會(huì)發(fā)展中的作用。在本單元中，選擇肥皂、合成洗滌劑這兩種日常用品進(jìn)行精細(xì)化學(xué)品教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容貼近學(xué)生的生活、深廣度易于把握，教學(xué)過(guò)程易于安排。本課題采用從常見(jiàn)的肥皂入手，再到合成洗滌劑，最后到表面活性劑、醫(yī)藥等精細(xì)化學(xué)品的一般生產(chǎn)特點(diǎn)，幫助學(xué)生了解精細(xì)化學(xué)品的特點(diǎn)，了解精細(xì)化工在社會(huì)發(fā)展中的作用?？傮w上，教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)是由個(gè)別到一般，其間包含著本單元中化學(xué)與技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)重要主題，一是不管傳統(tǒng)工藝還是現(xiàn)代工藝，社會(huì)需求引導(dǎo)的科技創(chuàng)新不斷發(fā)展，產(chǎn)品的科技含量不斷提

2、高；二是基本化工、大宗產(chǎn)品的生產(chǎn)（如三酸兩堿、化肥等的生產(chǎn)）到精細(xì)化工（如農(nóng)藥、表面活性劑、醫(yī)藥等的生產(chǎn)）的發(fā)展，體現(xiàn)了當(dāng)今化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)中戰(zhàn)略重點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，即轉(zhuǎn)向?qū)ψ匀毁Y源（原料）的精加工、深加工以獲得性能優(yōu)異、用途廣泛、技術(shù)含量高、附加值高的產(chǎn)品。有關(guān)肥皂的教學(xué)主要包括肥皂的去污原理和生產(chǎn)原理，兩者之間也是相互聯(lián)系的。肥皂中的雙親分子結(jié)構(gòu)是了解肥皂的去污原理的重點(diǎn)和關(guān)鍵，也是理解其他表面活性劑一般作用原理的基礎(chǔ)。由水的表面張力等引起的表面現(xiàn)象是很常見(jiàn)的，可以通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生比較直觀地認(rèn)識(shí)，也可以通過(guò)對(duì)自然界的一些典型現(xiàn)象加以分析（如教科書中的圖4-13所示）。對(duì)于肥皂的去污原理，一方面

3、要結(jié)合實(shí)驗(yàn)獲得直觀的認(rèn)識(shí)，另一方面結(jié)合圖示，幫助學(xué)生建立一些思維模型加以理解，需要注意的是，不管是實(shí)驗(yàn)的觀察和描述，還是思維模型的構(gòu)建及其語(yǔ)言表述，都需要學(xué)生自己動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)、用自己的語(yǔ)言表達(dá)觀點(diǎn)，教師的作用重在鼓勵(lì)和指導(dǎo)、診斷和評(píng)價(jià)。肥皂的生產(chǎn)原理重點(diǎn)在于了解肥皂的化學(xué)組成，皂化反應(yīng)以及工藝流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的作用等，其中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室制肥皂一定會(huì)幫助學(xué)生對(duì)有關(guān)生產(chǎn)原理加深理解，同時(shí)也可以了解精細(xì)化工生產(chǎn)的一些特點(diǎn)，例如，精細(xì)化工多為間歇式生產(chǎn)，反應(yīng)釜就像實(shí)驗(yàn)室中的試管、燒瓶等一樣，與硫酸、合成氨等連續(xù)式大規(guī)模生產(chǎn)有著明顯的區(qū)別。當(dāng)學(xué)生通過(guò)自己的實(shí)踐活動(dòng)可以得到與生產(chǎn)廠家相媲美的產(chǎn)品，從中所獲得的

4、東西肯定不只限于獲得一些基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。合成洗滌劑是作為肥皂有關(guān)教學(xué)內(nèi)容的深化而引入的，反映了化學(xué)與技術(shù)發(fā)展的關(guān)系，因此，從合成洗滌劑的生產(chǎn)原料、組成（結(jié)構(gòu)）以及生產(chǎn)和使用特點(diǎn)等方面，教科書中多采用了比較分析的方法呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)中也可以采用比較分析、歸納總結(jié)的方法組織教學(xué)內(nèi)容，除此以外，還要注意通過(guò)合成洗滌劑分子結(jié)構(gòu)和配方的優(yōu)化，揭示精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)的特點(diǎn)。對(duì)于精細(xì)化學(xué)品及其生產(chǎn)特點(diǎn)的教學(xué)，可以結(jié)合教科書中的有關(guān)內(nèi)容和活動(dòng)，也可以適當(dāng)補(bǔ)充一些生活中的實(shí)例，通過(guò)討論交流，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)精細(xì)化學(xué)品的類別和特點(diǎn)，體會(huì)精細(xì)化學(xué)品與基本化學(xué)品在生產(chǎn)上的區(qū)別和聯(lián)系。 二、 活動(dòng)建議【實(shí)驗(yàn)4-1】在實(shí)驗(yàn)

5、室制肥皂，應(yīng)該注意：實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了加速皂化反應(yīng)的進(jìn)程，一般都用乙醇溶液，它既能溶解堿，也能溶解油脂，能使反應(yīng)在均一的液體（均相體系）中進(jìn)行而加快速率。氯化鈉的用量要適中，用量少時(shí)，鹽析不充分；用量過(guò)多時(shí)，影響肥皂的固化。檢驗(yàn)皂化反應(yīng)是否完全時(shí)，也可用玻璃棒取出幾滴試樣放入試管，加入45 mL水，把試管浸在熱水浴中或放在火焰上加熱，并不斷振蕩，如果混合物完全溶解，液面上沒(méi)有油滴分出，表示皂化反應(yīng)已經(jīng)完全，如果液面上油滴分出，說(shuō)明皂化反應(yīng)沒(méi)有完全。濾出的固體物質(zhì)中，可以添加松香、香料等，加入松香還可以增加肥皂的泡沫。三、 問(wèn)題交流【思考與交流1】下表供參考：【思考與交流2】泡沫滅火器中添加表面活性劑

6、可以提高其滅火效果。提示：表面活性劑的用途主要在三個(gè)領(lǐng)域，即家用洗滌、個(gè)人護(hù)理與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。學(xué)生熟悉的實(shí)例可能主要在于前兩個(gè)領(lǐng)域，家用洗滌如肥皂、洗衣粉和洗潔精等；個(gè)人護(hù)理如洗發(fā)香波、化妝品的乳化劑等。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，如配制農(nóng)藥時(shí)常加入一些表面活性劑使之成為乳濁液，提高病蟲害的防治效果。另外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)表面活性劑的結(jié)構(gòu)、性能來(lái)推測(cè)它的一些其他應(yīng)用（如選礦、采油等）。參考資料：泡沫滅火器是一種常用的滅火器，其中使用的滅火劑按照泡沫產(chǎn)生方式可分為化學(xué)泡沫滅火劑和空氣泡沫滅火劑。在初中化學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)知道化學(xué)泡沫滅火器的原理，如酸性溶液（如硫酸鋁溶液）和堿性溶液（如碳酸氫鈉溶液）相互反應(yīng)

7、產(chǎn)生二氧化碳泡沫。實(shí)際使用的泡沫滅火器中，為了使水溶液容易形成泡沫，增加滅火劑與可燃物之間的浸潤(rùn)性，提高滅火性能，通常還要加入發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑、助溶劑和抗凍劑等，其中，發(fā)泡劑主要使用水解蛋白和合成表面活性劑，改變發(fā)泡劑的成分或用量，可以獲得不同滅火性能的產(chǎn)品。【思考與交流3】可以引導(dǎo)學(xué)生看圖4-16、圖4-17和資料卡片，體會(huì)精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，如投入產(chǎn)出比高、技術(shù)密集等。參考資料：圖4-16和圖4-17反映了生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的投入產(chǎn)出率。例如，1978年美國(guó)商業(yè)部調(diào)查顯示，投入石化原料520億美元，經(jīng)一次加工產(chǎn)出初級(jí)化學(xué)品100億美元；二次化工產(chǎn)出有機(jī)中間體240億美元和最終化學(xué)品40億美

8、元；再加工成塑料、樹脂、合成橡膠、人造纖維、塑料和橡膠制品、清洗劑、化妝品400億美元和最終產(chǎn)品270億美元，再進(jìn)一步深加工成可直接上市的最終產(chǎn)品農(nóng)藥、汽車用化學(xué)品、紙張及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品、建筑材料、家用器具、印刷及出版物、紡織品、鞋襪等，總價(jià)值可達(dá)5 300億美元。即一美元石化原料加工到合成材料可增值8美元（塑料為5美元，合成纖維為10美元），如加工到精細(xì)化學(xué)品和消費(fèi)品，則可增值106美元。有資料表明，目前世界上原油產(chǎn)量的80多用作汽油、柴油等燃料，近10用來(lái)生產(chǎn)瀝青、石蠟和潤(rùn)滑油等，用作有機(jī)化工原料的不到10，可見(jiàn)，地球上有限的石油資源大多被燒掉了，沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的價(jià)值，如何開發(fā)替代能源，如何

9、更好地利用有限的化石燃料是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要問(wèn)題，需要進(jìn)行認(rèn)真地思考和抉擇。我們常說(shuō)生活中處處有化學(xué)，化學(xué)就在我們身邊，但可能很少?gòu)念愃粕鲜鲞@樣的角度來(lái)考慮以物質(zhì)為研究對(duì)象的化學(xué)體現(xiàn)在技術(shù)及其產(chǎn)品的價(jià)值?；瘜W(xué)可以化腐朽為神奇，這恰恰正是本題所要引起學(xué)生思考的問(wèn)題。練習(xí)與實(shí)踐參考1. （1）作物在生長(zhǎng)過(guò)程中需要的養(yǎng)分很多，主要有碳、氫、氧、氮、磷、鉀等元素，還有一些需要量很少但不可或缺的微量元素。其中，碳、氧、氫，作物可以從空氣和土壤里的水中獲得；除了個(gè)別地區(qū)外，土壤中的微量元素大都供給有余。只有農(nóng)作物需要量最大的氮、磷和鉀元素，通常不能滿足農(nóng)業(yè)持續(xù)增產(chǎn)的需要，必須通過(guò)人工施肥加以補(bǔ)

10、充。（2）我國(guó)目前綠色食品標(biāo)準(zhǔn)分為兩個(gè)技術(shù)等級(jí)，即AA級(jí)綠色食品標(biāo)準(zhǔn)和A級(jí)綠色食品標(biāo)準(zhǔn)。AA級(jí)綠色食品標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)過(guò)程中不使用化學(xué)合成的農(nóng)藥、肥料等；A級(jí)綠色食品標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)過(guò)程中可以限量使用限定的化學(xué)合成生產(chǎn)資料。按照補(bǔ)充的有效成分元素，天然肥料和化學(xué)肥料沒(méi)有區(qū)別，農(nóng)作物吸收的營(yíng)養(yǎng)元素相同，因此合理使用化學(xué)肥料不會(huì)影響食品的營(yíng)養(yǎng)和味道。（3）與天然肥料（農(nóng)家肥）相比，化學(xué)肥料具有有效成分含量高、作物容易吸收、肥效快等優(yōu)點(diǎn)，也有肥效持續(xù)時(shí)間短、容易引起土壤酸堿性和結(jié)構(gòu)的變化等缺點(diǎn)。（4）綠色食品、有機(jī)食品的生產(chǎn)過(guò)程中，在化肥和農(nóng)藥方面的資金投入可以很少，甚至沒(méi)有，因此，其價(jià)格較高是由其他因

11、素引起的。2. （1）這主要是由于豆科植物中根瘤菌固氮作用的功勞。據(jù)報(bào)道，世界上豆科植物根瘤菌固氮作用占土壤生物固氮量的50，可見(jiàn)，豆科植物的根瘤是一座奇妙的生物固氮工廠。（2）根瘤菌的固氮作用是在常溫、常壓下進(jìn)行的。根瘤菌固氮比合成氨固氮所需要的能量少，而且這種能量又來(lái)自植物的光合作用。因此，同合成氨相比，根瘤菌具有成本低、固氮效率高、不造成環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，生物固氮是一個(gè)更為理想的固氮過(guò)程。3. (1)調(diào)查和了解各種病蟲害的起因和發(fā)生條件，做好預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)癥下藥；混合和交替地使用不同的農(nóng)藥，防止產(chǎn)生抗藥性、保護(hù)害蟲天敵；注意農(nóng)藥使用的安全間隔期；嚴(yán)格按照使用說(shuō)明（濃度、劑型、適用范圍和使用條

12、件等）施用等。同時(shí)一定要注意個(gè)人防護(hù)。(2)在廚房中，可采取一些措施減少由于可能的農(nóng)藥殘留而造成的危害，例如，瓜果類可以去皮將殘留農(nóng)藥去除，將蔬菜放入清水或滴加洗潔精浸泡30分鐘以上，或?qū)⑹卟烁邷卣綮淘倥胝{(diào)等，都可以不同程度地降低農(nóng)藥殘留的危害，這主要是利用農(nóng)藥在水中的溶解性以及高溫下的揮發(fā)性和易分解等性質(zhì)。需要注意的是，上述方法并不可靠，最好的方法還是從源頭上加以治理，防止有農(nóng)藥殘留的農(nóng)產(chǎn)品流入市場(chǎng)。4. （1）根據(jù)硝銨的生產(chǎn)原理，其初始生產(chǎn)原料與合成氨是一樣的，主要是空氣、水和碳?xì)浠衔铮?、天然氣等）。?）（3）一般說(shuō)來(lái)，現(xiàn)代化工生產(chǎn)要求有較大的生產(chǎn)規(guī)模，廠址的選擇涉及到原料、水源、能

13、源、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等多種因素，應(yīng)該根據(jù)具體情況，綜合考慮，才能作出合理的選擇。（4）生產(chǎn)過(guò)程中，一旦氨泄漏會(huì)對(duì)周圍的居民、農(nóng)作物和土壤等產(chǎn)生不同程度的危害，如氨具有強(qiáng)刺激性臭味，比空氣的密度小，水溶性極強(qiáng)，并具有堿性，對(duì)接觸的皮膚和組織有腐蝕、刺激作用，特別是對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)危害最大。對(duì)農(nóng)作物和土壤的危害主要是局部高濃度氨會(huì)使土壤中的農(nóng)作物因缺水而出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象。5. 油、油脂、脂肪和酯在有機(jī)化學(xué)上屬于一類物質(zhì)，即酯類，它們都具有相似的化學(xué)組成和性質(zhì)。油脂是油和脂肪的簡(jiǎn)稱，在化學(xué)組成上，油脂是由高級(jí)脂肪酸和甘油（丙三醇）所形成的酯類。習(xí)慣上將常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)的稱為

14、脂肪，如一些動(dòng)物的脂肪，組成動(dòng)物脂肪的高級(jí)脂肪酸，碳鏈上多為飽和鍵，熔點(diǎn)較高，常溫下為固態(tài)和半固態(tài)，常見(jiàn)的飽和脂肪酸有硬脂酸和軟脂酸。呈液態(tài)的稱為油，如一些植物油。植物油脂中的高級(jí)脂肪酸，碳鏈上多含有不飽和鍵，熔點(diǎn)較低，常溫下多為液態(tài)，常見(jiàn)的不飽和脂肪酸有油酸和亞麻油酸。6. 作為溶劑，汽油可以溶解油脂，因此，汽油可以去除油污主要是利用其溶解作用；純堿或氫氧化鈉溶液可以使油脂發(fā)生水解反應(yīng)而變成可溶性的物質(zhì)；合成洗滌劑等可以降低油脂和水之間的表面張力，發(fā)生潤(rùn)濕、乳化和起泡作用而去污。7. 硬脂酸甘油酯皂化反應(yīng)的化學(xué)方程式見(jiàn)教科書。硝化甘油的化學(xué)式為： 8. 表面活性劑可以降低油脂和水之間的表面張

15、力，發(fā)生潤(rùn)濕、乳化和起泡作用，具有祛除油污、增強(qiáng)吸收、防止干裂、減少摩擦等功效，所以，常常添加到多種日用化學(xué)品中。9. 29.310. （略）。11. （略）。教學(xué)資源1. 氮肥和磷肥植物生長(zhǎng)需要不斷從外界攝取各種營(yíng)養(yǎng)元素，如碳、氫、氧、氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼、鉬等。前十種元素植物需要量較多，叫大量元素；后面幾種元素植物需要量很少，叫微量元素。其中碳、氫、氧可以從空氣中的CO2和土壤里的水分獲得，除部分地區(qū)缺乏個(gè)別微量元素外，一般土壤里都供給有余。只是氮、磷、鉀三種元素土壤里供給不足，而植物生長(zhǎng)時(shí)需要量又較大。因此，對(duì)這三種元素的人工施肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要意義，所以把氮、

16、磷、鉀三種元素叫做肥料三要素。（1）氮肥氮是形成植物細(xì)胞里原生質(zhì)的主要成分蛋白質(zhì)的重要元素，也是形成核酸和葉綠素的重要元素。因此，要使莊稼生長(zhǎng)茂盛，就不能缺少氮元素。綠色植物一般不能從空氣里直接攝取它們所需要的氮，也不能從土壤里吸取復(fù)雜的含氮的有機(jī)物。植物從土壤里攝取的氮主要是銨鹽和硝酸鹽里的氮。土壤里的氮被植物所吸取，含氮量就會(huì)減少。同時(shí)，土壤里有些細(xì)菌能夠使含氮的物質(zhì)分解，使化合態(tài)的氮變?yōu)橛坞x態(tài)的氮。另外，雨水、河水也會(huì)沖洗掉一部分土壤里的氮的化合物。這些作用都會(huì)使土壤里含氮量減少。但是，自然界里還有另外一些過(guò)程在補(bǔ)充著土壤里減少的氮。例如，動(dòng)植物的殘?bào)w腐敗的時(shí)候，其中含氮的有機(jī)化合物在某

17、些細(xì)菌的作用下，大部分轉(zhuǎn)化為氨。一部分氨跟土壤里的酸，如碳酸、有機(jī)酸等起反應(yīng)，變成銨鹽；一部分氨在硝化細(xì)菌的作用下，逐漸氧化為硝酸。生成的硝酸跟土壤里的鹽類（如碳酸鹽）起反應(yīng)變成了硝酸鹽。這樣，有機(jī)物里的氮就轉(zhuǎn)化為銨鹽和硝酸鹽，回到土壤里，供植物攝取。土壤里的固氮菌和豆科植物的根部根瘤菌能夠直接攝取空氣里的氮?dú)猓训獨(dú)廪D(zhuǎn)化為氮的化合物。這也是增加土壤里含氮量的途徑之一。自然界里雖然進(jìn)行著添加土壤里化合態(tài)氮的作用，但仍不能滿足農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、高產(chǎn)的需要，我們必須采取各種方法如施用氮肥、細(xì)菌肥料、輪種豆科作物等，來(lái)增加土壤里的氮，提高土壤的肥力。氮肥可以根據(jù)它們的來(lái)源分為農(nóng)家氮肥和化學(xué)氮肥兩類。農(nóng)家氮肥

18、有廄肥、餅肥等；化學(xué)氮肥有硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨、氨水和尿素等。氮肥是速效肥料。在用氮肥作追肥時(shí)，應(yīng)考慮作物發(fā)育狀況，如在開花期，一般作物都需要消耗大量的氮肥，因此必須在開花以前追以足量的氮肥。而在成熟期應(yīng)避免增施氮肥。還必須指出，氮肥的施用必須跟磷、鉀等肥料配合，才能達(dá)到增產(chǎn)的目的。氮肥也可以根據(jù)它們的化合形態(tài)分為：銨態(tài)氮肥（含銨根的），如硫酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、氨水，以及較少情況下用的氯化銨；硝酸態(tài)氮肥（含有硝酸根的），如硝酸鉀、硝酸鈣；酰胺態(tài)氮肥（含有CONH2基的），如尿素CO（NH2）2；蛋白質(zhì)態(tài)氮肥（氮主要以蛋白質(zhì)形態(tài)存在），如廄肥、餅肥等。前兩類氮肥能直接供農(nóng)作物吸收利用，后

19、兩類氮肥要分解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮或硝酸態(tài)氮后才能產(chǎn)生肥效?，F(xiàn)把幾種主要氮肥的性質(zhì)及施用、保存方法列于表4-1中。表4-1一些主要氮肥的性質(zhì)和施用、保存方法當(dāng)在土壤中施用硫酸銨時(shí)，由于植物吸收NH4+比SO42-快、數(shù)量多，最后硫酸根留在土壤里，使土壤的酸性增加，所以，長(zhǎng)期施用硫酸銨，會(huì)使土壤板結(jié)硬化。由于氯化銨中的Cl-會(huì)降低煙草的燃燒性，使煙草味道變壞；Cl-也會(huì)使薯類的淀粉含量降低，因此NH4Cl不適用于糖類、淀粉作物及煙草等的肥料。硝酸銨既含有硝酸態(tài)氮又含有銨態(tài)氮，都易被植物吸收，是含氮量較高的氮肥，但NO3-容易流失，特別在水田里施用更易流失。碳酸氫銨跟硫酸銨的肥效相近，因?yàn)樗缓蛩岣?，不?huì)使土壤變酸性。碳酸氫銨容易分解。液氨和氨水也是很好的氮肥。如果施用得法，肥效跟硫酸銨大致相同。但施用時(shí)不能跟種子和莖葉接觸，防止燒傷。氨水施入土壤后，氨水里的NH4+一部分可被植物直接吸收，另一部分被土壤吸收，然后逐漸供給作物，或在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛岣?，再被作物吸收。由于在稻田施用氨水能殺死魚蟹，因此在這種情況下，不宜施用氨水作肥料。尿素是目前含氮量最高的固體氮肥。它不能直接被植物吸收，但在土壤細(xì)菌的作用下，尿素轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徜@后，能被植