有機合成材料

1、引言從人們的衣食住行，到探索太空世界，都離不開材料。材料的應(yīng)用和發(fā)展與人類社會文明的進步緊密相連。 在日常生活中，我們用得最多的是有機合成材料。如塑料、合成橡膠、合成纖維等。有機合成材料的誕生，結(jié)束了人類只能依靠天然材料的歷史。 板書課題3 有機合成材料 過渡到底什么是有機合成材料呢?要找到答案，首先必須知道什么是有機化合物。 板書一、有機化合物 師下面，我們就通過活動與探究來了解什么是有機化合物。 活動與探究投影下表，請學生完成化合物化學式組成元素相對分子質(zhì)量甲烷CH4C、H16乙醇C2H5OHC、H、O46葡萄糖C6H12O6C、H、O180淀粉(C6H10O5)nC、H、O萬到幾十萬蛋白

2、質(zhì)C、O、N幾萬到幾十萬硫酸H2SO4H、S、O98氫氧化鈉NaOHNa、O、H40氯化鈉NaClNa、Cl58.5 注：上表可請一學生直接填寫，也可由學生回答，教師填寫 根據(jù)上表討論 1甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉和蛋白質(zhì)的組成元素有什么共同點? 2甲烷、乙醇和葡萄糖的相對分子質(zhì)量與淀粉和蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量相比有什么不同? 學生討論，并交流討論結(jié)果 1甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉和蛋白質(zhì)中都有碳元素和氫元素。 2甲烷、乙醇和葡萄糖的相對分子質(zhì)量有確定數(shù)值，而淀粉和蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量無固定數(shù)值，且其數(shù)值從幾萬到幾十萬不等，比甲烷、乙醇和葡萄糖的相對分子質(zhì)量要大得多。 設(shè)問已知甲烷、乙醇、葡萄糖、淀

3、粉和蛋白質(zhì)都屬有機物，那么，你覺得應(yīng)該怎樣來命名有機物? 生含有碳元素和氫元素的化合物就叫有機物。 承接已知CCl4、CS2也是有機物。那么，大家剛才的回答是否正確?你覺得應(yīng)該怎樣改進? 生不正確。應(yīng)該說含碳的化合物叫有機物。 評價大家回答得很好! 講解化合物主要有兩大類：無機化合物和有機化合物。人們把像葡萄糖這類含碳的化合物叫做有機化合物，簡稱有機物。 板書1含碳的化合物叫有機化合物。 解釋組成中不含碳元素的化合物一般叫做無機化合物，如水、氫氧化鈉、食鹽等。需要注意的是，我們熟悉的一氧化碳、二氧化碳、碳酸鈣等少數(shù)含碳化合物，由于它們的組成和性質(zhì)跟無機化合物很相似，故人們將它歸到無機化合物中來

4、研究。 板書CO、CO2、H2CO3、CaCO3屬于無機化合物。 講解有機物的數(shù)目異常龐大。為什么會是這樣呢?請大家看課本回答。 學生看書后回答 有機物除含有碳元素外，還可能含有氫、氧、氯、氮和磷等元素。在有機物中，碳原子不但可以和氫、氧、氮等原子直接結(jié)合，而且碳原子之間還可以互相連接起來，形成碳鏈或碳環(huán)。由于原子的排列方式不同，所表現(xiàn)出來的性質(zhì)也就不同。因此，有機物的數(shù)目異常龐大。 注：教師此時可用一有機分子模型進行演示：如可用一碳原子數(shù)為六的可拆裝的烴的球棍模型分別安裝成直鏈、支鏈、環(huán)狀等結(jié)構(gòu)讓學生觀看，并指出若用氯原子換掉一個不同位置的H原子，便又是一種新的物質(zhì)。這樣，可使學生印象深刻

5、講解有些有機物的相對分子質(zhì)量比較小，如乙醇、葡萄糖等。通常稱它們?yōu)樾》肿?。有些有機物的相對分子質(zhì)量比較大。從幾萬到幾十萬，甚至高達幾百萬或更高，如淀粉、蛋白質(zhì)等。通常稱它們?yōu)橛袡C高分子化合物，簡稱有機高分子。 板書2有機高分子化合物是相對分子質(zhì)量很大的有機物。 過渡用有機高分子化合物制成的材料就是有機高分子材料。如棉花、羊毛和天然橡膠等就屬于天然有機高分子材料。但由于天然有機高分子材料數(shù)量有限，遠不能滿足人口增長和社會發(fā)展對有機高分子材料的需求。隨著化學科學的發(fā)展，合成有機高分子材料應(yīng)運而生，簡稱合成材料。 板書二、有機合成材料 講解有機合成材料的出現(xiàn)是材料發(fā)展史上的一次重大突破。從此，人類擺

6、脫了只能依靠天然材料的歷史，在改造大自然的進程中大大前進了一步。 合成材料品種很多，塑料、合成纖維、合成橡膠就是我們通常所說的三大合成材料。 板書三大合成材料：塑料、合成纖維和合成橡膠。 講解由于合成材料的原料豐富易得、制造加工簡單、性能干變?nèi)f化，(如用石油產(chǎn)品、煤、石灰石、水、空氣等為原料，通過一系列的化學反應(yīng)就可制得多種多樣、性能各異的合成材料。)所以，合成材料一經(jīng)出現(xiàn)，便得到了廣泛的應(yīng)用。 引導學生看圖1213(塑料制品的應(yīng)用范圍) 講解由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常被稱為聚合物。如聚乙烯分子就是由成千上萬個乙烯分子“手拉手”聚合而成的高分子化合物。 引導學生看圖1

7、214(聚乙烯分子模型) 轉(zhuǎn)折我們剛才看到的聚乙烯高分子，是很長的鏈狀結(jié)構(gòu)，但并不是所有的合成材料高分子都是長鏈狀的，有的還可以結(jié)合成網(wǎng)狀。 引導學生看圖1215(高分子結(jié)構(gòu)示意圖) 講解高分子的結(jié)構(gòu)不一樣，其形成物質(zhì)的性質(zhì)就不一樣。如鏈狀結(jié)構(gòu)的聚乙烯塑料與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛塑料(俗稱電木)的性質(zhì)就不相同。 學生做實驗121加熱聚乙烯塑料碎片。 現(xiàn)象：加熱熔化、冷卻后變成固體，再加熱時又熔化。 講解我們剛才觀察到的塑料的這種性質(zhì)叫熱塑性。具有熱塑性的塑料可反復加工，多次使用，能制成薄膜、拉成絲或壓制成所需的各種形狀，用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活等。 若我們給酚醛塑料加熱，其只能燒焦而不能熔化，我們把這

8、種性質(zhì)叫熱固性。 板書1熱塑性塑料和熱固性塑料 討論裝食品用的聚乙烯塑料應(yīng)如何封口?電木插座破裂后能否熱修補? 討論結(jié)果因聚乙烯塑料有熱塑性，故可用加熱的方法進行封口；因電木插座具有熱固性，故不能進行熱修補。 介紹塑料的品種很多，用途也各不相同。 投影或發(fā)放資料幾種常見塑料的性能和用途名稱性能用途制品聚丙烯機械強度好，電絕緣性好，耐化學腐蝕，質(zhì)輕，無毒耐油性差，低溫發(fā)脆，容易老化可制薄膜、口常用品、管道、包裝材料等聚苯乙烯電絕緣性好，透光性好，耐水、耐化學腐蝕，無毒 室溫下硬、脆，溫度較高時變軟，耐溶劑性差可制高頻絕緣材料，電視、雷達部件，醫(yī)療衛(wèi)生用具，還可制成泡沫塑料用于防震、防濕、隔音、包

9、裝墊材等聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）透光性好，質(zhì)輕，耐水，耐酸、堿，抗霉，易加工耐磨性較差，能溶于有機溶劑可制飛機、汽車用玻璃，光學儀器，醫(yī)療器械等酚醛塑料（俗稱電木）絕緣性好，耐熱，抗水可制電工器材、汽車部件、涂料、日常用品等，用玻璃纖維增強的酚醛塑料可用于宇航領(lǐng)域聚四氟乙烯耐低溫、高溫、耐化學腐蝕，耐溶劑性好，電絕緣性好，加工困難可制電氣、航空、化學、醫(yī)藥、冷凍等工業(yè)的耐腐蝕、耐高溫，耐低溫的制品 講解聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料是我們使用最多的塑料。 過渡高分子材料中的纖維有天然纖維和合成纖維之分。 展示棉花、羊毛、木片、干草。 講述以上這些物質(zhì)都是天然纖維，它們可以制成棉布、純毛線、紙張等

10、。它們透氣性好，吸水性也好，但它們易縮水，易被蟲蛀。 展示的確良、尼龍、腈綸等合成纖維制品。 講解以上物品屬合成纖維制品，它們最明顯的優(yōu)點是：強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕、不發(fā)霉、不怕蟲蛀、不縮水。缺點是：吸水性、透氣性差。 設(shè)問我們穿的衣服通常是由纖維織成的。我們怎樣才能穿上既舒適又挺脫的衣服呢? 生可用天然纖維和合成纖維進行混合紡織。 師很正確。這也是商店里的時髦衣物多為混紡織品的緣故。 板書2天然纖維和合成纖維混合紡織的紡織品。 請學生閱讀P102資料：認識服裝的標簽 補充合成纖維除了供人類穿著外，在生產(chǎn)和國防上也有很多用途。例如，尼龍可以制降落傘繩、輪胎簾子線、纜繩和漁網(wǎng)等。 隨著

11、新興科學技術(shù)的發(fā)展，近年來還出現(xiàn)了許多具有某些特殊性能的特種合成纖維，如芳綸纖維、碳纖維、耐輻射纖維、光導纖維和防火纖維等。 過渡橡膠也是人們生活和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的材料。最初人們從橡膠樹、橡膠草等植物中獲得天然橡膠。隨著工業(yè)的發(fā)展對橡膠需求的不斷增長，人們在了解了天然橡膠分子的組成和結(jié)構(gòu)后。進行仿照，并用化學方法人工合成了橡膠，即合成橡膠。 板書3合成橡膠 設(shè)問合成橡膠的出現(xiàn)是人類向自然學習取得的成果。與天然橡膠相比，合成橡膠有哪些優(yōu)點呢? 學生看書后問答具有高彈性、絕緣性、耐油和耐高溫等性能。 承接正因為如此，合成橡膠廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活中。 引導學生看課本圖122(合

12、成橡膠的用途) 轉(zhuǎn)折合成材料的應(yīng)用與發(fā)展，大大方便了人類的生活。但是，合成材料廢棄物的急劇增加也帶來了環(huán)境問題，廢棄塑料帶來的“白色污染”尤為嚴重。這是因為大部分塑料在自然環(huán)境中很難降解，長期堆積會破壞土壤，污染地下水，危害海洋生物的生存；而且如果焚燒含氯塑料會產(chǎn)生有毒的氯化氫氣體，從而對空氣造成污染。 引導學生看課本圖1222(塑料垃圾對大自然的污染) 板書三、白色污染 投影資料1白色污染 大量的廢舊農(nóng)用薄膜、包裝用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具(以下統(tǒng)稱為塑料包裝物)在使用后被拋棄在環(huán)境中，給景觀和生態(tài)環(huán)境帶來很大破壞。由于廢舊塑料包裝物大多呈白色，因此造成的環(huán)境污染被稱為“白色污染”。

13、2“白色污染”的現(xiàn)狀及其危害 塑料的使用僅有近百年歷史。我國是世界上十大塑料制品生產(chǎn)和消費國之一。1995年，我國塑料消費總量約1100萬噸，其中包裝用塑料達211萬噸?！鞍咨廴尽眴栴}在我國已相當嚴重。 塑料是高分子聚合物，不易降解，一般需數(shù)百年才能有效分解，因此造成污染公害?！鞍咨廴尽钡闹饕：υ谟凇耙曈X污染”和“潛在危害”?！耙曈X污染”遺棄的塑料制品，隨處可見，是造成環(huán)境臟、亂、差的一個重要原因，由此造成“視覺污染”?！皾撛谖：Α蔽：θ梭w健康、影響農(nóng)作物生長、危及動物安全。散落在江河湖及田野的廢塑料碎片被動物及水生物誤食，會導致生病、死亡。 混入生活垃圾中的廢舊塑料物品很難處理：填埋處

14、理將會長期占用土地，混有塑料的生活垃圾不適用于堆肥處理，分揀出來的廢塑料也因無法保證質(zhì)量而很難回收利用。 過渡由此可見，“白色污染”問題是人類亟待解決的一個問題。那么，我們應(yīng)該從哪些方面著手來解決“白色污染”呢? 板書四、防止白色污染的措施 請學生看書回答 方法有：1減少使用不必要的塑料制品，如用布袋代替塑料袋等； 2重復使用某些塑料制品如塑料袋、塑料盒等； 3使用一些新型的、可降解的塑料，如微生物降解塑料和光降解塑料等： 4回收各種廢棄塑料。 講解減少使用、加強回收、使用可降解塑料是目前治理“白色污染”的主要措施。 回收廢棄塑料是非常重復的，因為塑料回收不僅可以減少廢棄塑料的數(shù)量，而且節(jié)約資

15、源。但塑料分類是回收和再利用的一大障礙，因為不同種類的塑料，其再利用的途徑是不同的。 設(shè)問我們應(yīng)該怎樣解決這個困難呢? 引導學生看課本有關(guān)內(nèi)容及圖1224和表124 講解從改進塑料的配方和生產(chǎn)工藝入手，研制新型的可降解塑料，是治理“白色污染”的最有前景的措施。 引導學生看課本圖1223(可降解塑料的降解過程) 投影資料可降解塑料 可降解塑料是指在較短的時間內(nèi)、在自然界的條件下能夠自行降解的塑料。 可降解塑料一般分為四大類：(1)光降解塑料在塑料中摻入光敏劑，在日照下使塑料逐漸分解掉。它屬于較早的一代降解塑料，其缺點是降解時間因日照和氣候變化難以預測，因而無法控制降解時間；(2)生物降解塑料指在

16、自然界微生物(如細菌、霉菌和藻類)的作用下，可完全分解為低分子化合物的塑料。其特點是貯存運輸方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，不但可以用于農(nóng)用地膜、包裝袋，而且廣泛用于醫(yī)藥領(lǐng)域；(3)光一生物降解塑料光降解和微生物降解相結(jié)合的一類塑料，它同時具有光和微生物降解塑料的特點；(4)水降解塑料在塑料中添加吸水性物質(zhì)，用完后棄于水中即能溶解掉，主要用于醫(yī)藥衛(wèi)生用具方面(如醫(yī)用手套等)，便于銷毀和消毒處理。在四種降解塑料中，生物降解塑料隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展越來越受到重視，成為研究開發(fā)的新一代熱點。 過渡近年來，為了解決使用合成材料帶來的環(huán)境問題，新型有機合成材料逐漸向?qū)Νh(huán)境友好的方向發(fā)展。此外

17、，為滿足計算機，生物工程、海洋工程和航空航天工業(yè)等尖端技術(shù)發(fā)展的需要，人們還研制出了許多新型有機合成材料。 板書五、新型有機合成材料。 資料1高分子分離膜 高分子分離膜是用具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜。它的特點是能夠有選擇地讓某些物質(zhì)通過，而把另外一些物質(zhì)分離掉。這類分離膜廣泛應(yīng)用于生活污水、工業(yè)廢水等廢液處理以及回收廢液中的有用成分，特別是在海水和苦咸水的淡化方面已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化。在食品工業(yè)中，分離膜可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒等，分離時不需要加熱，并可保持食品原有的風味。未來的高分子膜不僅可以用在物質(zhì)的分離上，而且還能用在各種能量的轉(zhuǎn)換上，如傳感膜能夠把化學能轉(zhuǎn)換成電能，

18、熱電膜能夠把熱能轉(zhuǎn)換成電能等。這種新的高分子膜為緩解能源和資源的不足，解決環(huán)境污染問題帶來希望。2醫(yī)用高分子概況 生物醫(yī)學高分子簡稱醫(yī)用高分子，是一類令人矚目的功能高分于材料。它已滲入到醫(yī)學和生命科學的各個部門并應(yīng)用于臨床的診斷與治療。特別是直接與體液接觸的或可植入體內(nèi)的所謂“生物材料”，它們必須無毒，有良好的生物相容性和穩(wěn)定性，有足夠的機械強度，而且易于加工、消毒。 醫(yī)用高分子材料制品種類繁多。從天靈蓋到腳趾骨，從內(nèi)臟到皮膚，從血液到五官都已有人工的高分子代用品。與此同時，高分子藥物及固定化酶、人工細胞、標記細胞、免疫吸附劑等也在迅速發(fā)展。目前全世界每年生產(chǎn)的醫(yī)用高分子材料包括醫(yī)療用品在內(nèi)多

19、達800萬噸，價值30億美元。3導電塑料 20世紀70年代的一天，日本的一位科學家在實驗室里，用常規(guī)方法獲得一種具有金屬光澤的銀灰色薄膜。按經(jīng)驗，用同樣方法得到的應(yīng)當是聚乙炔黑色粉末。他覺得奇怪，于是就回過頭來檢查他的實驗過程有沒有差錯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加的催化劑比規(guī)定數(shù)量多出了1000多倍。測試結(jié)果顯示這種產(chǎn)物確實是聚乙炔塑料，但它能夠?qū)щ?。就這樣，導電塑料在這次意外的操作中誕生了。 隨后，科學家們對導電塑料進行了深入研究，制造出可以應(yīng)用的導電塑料。2000年，Alan J.Hecger(艾倫·J·黑格，莢國物理學家)、Alan GMacdiamid(艾倫·G·馬克迪亞米德，美國化學家)和白川因樹(日本化學家)因發(fā)現(xiàn)了導電塑料而獲得了諾貝爾化學獎。 目前，美國已經(jīng)用導電塑料代替半導體材料制造出太陽能電池，還試驗用導電塑料作蓄電池的電極材料。如果把導電塑料作為電極材料應(yīng)用到汽車蓄電瓶里，可以把蓄電瓶的重量由15kg降至2kg，并且能夠反復充電1000次以上，大大延長蓄電瓶的使用壽命。瑞士還用導電塑料制成印刷電路板，并已經(jīng)應(yīng)用到中小型計算機中，使用效果良好，成本只有鋼印刷電路板的40。英國和加拿大則把導電塑料用到電子玩具、電子游戲機、電視機和其他普通電器上，都明