高中化學人教版選修2教案 表面活性劑 精細化學品

1、 表面活性劑 精細化學品一、 教材分析和建議根據(jù)課程標準的要求，通過實例了解精細化工產(chǎn)品的特點，知道精細化工在社會發(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行精細化學品教學，教學內(nèi)容貼近學生的生活、深廣度易于把握，教學過程易于安排。本課題采用從常見的肥皂入手，再到合成洗滌劑，最后到表面活性劑、醫(yī)藥等精細化學品的一般生產(chǎn)特點，幫助學生了解精細化學品的特點，了解精細化工在社會發(fā)展中的作用?？傮w上，教學內(nèi)容的呈現(xiàn)是由個別到一般，其間包含著本單元中化學與技術(shù)發(fā)展的兩個重要主題，一是不管傳統(tǒng)工藝還是現(xiàn)代工藝，社會需求引導(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)了當今化學工業(yè)發(fā)展趨勢中戰(zhàn)略重點的轉(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)象是很常見的，可以通過一些實驗幫助學生比較直觀地認識，也可以通過對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）。對于肥皂的去污原理，一方面

3、要結(jié)合實驗獲得直觀的認識，另一方面結(jié)合圖示，幫助學生建立一些思維模型加以理解，需要注意的是，不管是實驗的觀察和描述，還是思維模型的構(gòu)建及其語言表述，都需要學生自己動手參與實驗、用自己的語言表達觀點，教師的作用重在鼓勵和指導(dǎo)、診斷和評價。肥皂的生產(chǎn)原理重點在于了解肥皂的化學組成，皂化反應(yīng)以及工藝流程中各個環(huán)節(jié)的作用等，其中，通過實驗室制肥皂一定會幫助學生對有關(guān)生產(chǎn)原理加深理解，同時也可以了解精細化工生產(chǎn)的一些特點，例如，精細化工多為間歇式生產(chǎn)，反應(yīng)釜就像實驗室中的試管、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。當學生通過自己的實踐活動可以得到與生產(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)知識和基本技能。合成洗滌劑是作為肥皂有關(guān)教學內(nèi)容的深化而引入的，反映了化學與技術(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)和使用特點等方面，教科書中多采用了比較分析的方法呈現(xiàn)教學內(nèi)容。教學中也可以采用比較分析、歸納總結(jié)的方法組織教學內(nèi)容，除此以外，還要注意通過合成洗滌劑分子結(jié)構(gòu)和配方的優(yōu)化，揭示精細化學品生產(chǎn)的特點。對于精細化學品及其生產(chǎn)特點的教學，可以結(jié)合教科書中的有關(guān)內(nèi)容和活動，也可以適當補充一些生活中的實例，通過討論交流，幫助學生認識精細化學品的類別和特點，體會精細化學品與基本化學品在生產(chǎn)上的區(qū)別和聯(lián)系。 二、 活動建議【實驗4-1】在實驗

5、室制肥皂，應(yīng)該注意：實驗時，為了加速皂化反應(yīng)的進程，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）中進行而加快速率。氯化鈉的用量要適中，用量少時，鹽析不充分；用量過多時，影響肥皂的固化。檢驗皂化反應(yīng)是否完全時，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，說明皂化反應(yīng)沒有完全。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領(lǐng)域，即家用洗滌、個人護理與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。學生熟悉的實例可能主要在于前兩個領(lǐng)域，家用洗滌如肥皂、洗衣粉和洗潔精等；個人護理如洗發(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，還可以鼓勵學生根據(jù)表面活性劑的結(jié)構(gòu)、性能來推測它的一些其他應(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)生方式可分為化學泡沫滅火劑和空氣泡沫滅火劑。在初中化學中，學生已經(jīng)知道化學泡沫滅火器的原理，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?！舅伎寂c交流3】可以引導(dǎo)學生看圖4-16、圖4-17和資料卡片，體會精細化學品的生產(chǎn)特點，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)精細化學品的投入產(chǎn)出率。例如，1978年美國商業(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)出初級化學品100億美元；二次化工產(chǎn)出有機中間體240億美元和最終化學品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，總價值可達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），如加工到精細化學品和消費品，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用來生產(chǎn)瀝青、石蠟和潤滑油等，用作有機化工原料的不到10，可見，地球上有限的石油資源大多被燒掉了，沒有真正實現(xiàn)其應(yīng)有的價值，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可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要問題，需要進行認真地思考和抉擇。我們常說生活中處處有化學，化學就在我們身邊，但可能很少從類似上述這樣的角度來考慮以物質(zhì)為研究對象的化學體現(xiàn)在技術(shù)及其產(chǎn)品的價值?；瘜W可以化腐朽為神奇，這恰恰正是本題所要引起學生思考的問題。練習與實踐參考1. （1）作物在生長過程中需要的養(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，必須通過人工施肥加以補

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

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，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，生物固氮是一個更為理想的固氮過程。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)測預(yù)報，對癥下藥；混合和交替地使用不同的農(nóng)藥，防止產(chǎn)生抗藥性、保護害蟲天敵；注意農(nóng)藥使用的安全間隔期；嚴格按照使用說明（濃度、劑型、適用范圍和使用條

12、件等）施用等。同時一定要注意個人防護。(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。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、水和碳氫化合物（煤、天然氣等）。（2）（3）一般說來，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)、市場需求、交通運輸和環(huán)境保護等多種因素，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)過程中，一旦氨泄漏會對周圍的居民、農(nóng)作物和土壤等產(chǎn)生不同程度的危害，如氨具有強刺激性臭味，比空氣的密度小，水溶性極強，并具有堿性，對接觸的皮膚和組織有腐蝕、刺激作用，特別是對人體的呼吸系統(tǒng)危害最大。對農(nóng)作物和土壤的危害主要是局部高濃度氨會使土壤中的農(nóng)作物因缺水而出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象。5. 油、油脂、脂肪和酯在有機化學上屬于一類物質(zhì)，即酯類，它們都具有相似的化學組成和性質(zhì)。油脂是油和脂肪的簡稱，在化學組成上，油脂是由高級脂肪酸和甘油（丙三醇）所形成的酯類。習慣上將常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)的稱為

14、脂肪，如一些動物的脂肪，組成動物脂肪的高級脂肪酸，碳鏈上多為飽和鍵，熔點較高，常溫下為固態(tài)和半固態(tài)，常見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。植物油脂中的高級脂肪酸，碳鏈上多含有不飽和鍵，熔點較低，常溫下多為液態(tài)，常見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)的化學方程式見教科書。硝化甘油的化學式為： 8. 表面活性劑可以降低油脂和水之間的表面張

15、力，發(fā)生潤濕、乳化和起泡作用，具有祛除油污、增強吸收、防止干裂、減少摩擦等功效，所以，常常添加到多種日用化學品中。9. 29.310. （略）。11. （略）。教學資源1. 氮肥和磷肥植物生長需要不斷從外界攝取各種營養(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，而植物生長時需要量又較大。因此，對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，含氮量就會減少。同時，土壤里有些細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、河水也會沖洗掉一部分土壤里的氮的化合物。這些作用都會使土壤里含氮量減少。但是，自然界里還有另外一些過程在補充著土壤里減少的氮。例如，動植物的殘體腐敗的時候，其中含氮的有機化合物在某

17、些細菌的作用下，大部分轉(zhuǎn)化為氨。一部分氨跟土壤里的酸，如碳酸、有機酸等起反應(yīng)，變成銨鹽；一部分氨在硝化細菌的作用下，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氣，把氮氣轉(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、細菌肥料、輪種豆科作物等，來增加土壤里的氮，提高土壤的肥力。氮肥可以根據(jù)它們的來源分為農(nóng)家氮肥和化學氮肥兩類。農(nóng)家氮肥

18、有廄肥、餅肥等；化學氮肥有硫酸銨、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，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、保存方法當在土壤中施用硫酸銨時，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，長期施用硫酸銨，會使土壤板結(jié)硬化。由于氯化銨中的Cl-會降低煙草的燃燒性，使煙草味道變壞；Cl-也會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，因為它不含硫酸根，不會使土壤變酸性。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，但在土壤細菌的作用下，尿素轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徜@后，能被植