高中化学人教版选修2教案 表面活性剂 精细化学品

高中化学人教版选修2教案 表面活性剂 精细化学品

‎ www.ks5u.com 表面活性剂 精细化学品 一、 教材分析和建议 ‎ 根据课程标准的要求，通过实例了解精细化工产品的特点，知道精细化工在社会发展中的作用。在本单元中，选择肥皂、合成洗涤剂这两种日常用品进行精细化学品教学，教学内容贴近学生的生活、深广度易于把握，教学过程易于安排。 ‎ 本课题采用从常见的肥皂入手，再到合成洗涤剂，最后到表面活性剂、医药等精细化学品的一般生产特点，帮助学生了解精细化学品的特点，了解精细化工在社会发展中的作用。总体上，教学内容的呈现是由个别到一般，其间包含着本单元中化学与技术发展的两个重要主题，一是不管传统工艺还是现代工艺，社会需求引导的科技创新不断发展，产品的科技含量不断提高；二是基本化工、大宗产品的生产（如三酸两碱、化肥等的生产）到精细化工（如农药、表面活性剂、医药等的生产）的发展，体现了当今化学工业发展趋势中战略重点的转移，即转向对自然资源（原料）的精加工、深加工以获得性能优异、用途广泛、技术含量高、附加值高的产品。‎ 有关肥皂的教学主要包括肥皂的去污原理和生产原理，两者之间也是相互联系的。肥皂中的双亲分子结构是了解肥皂的去污原理的重点和关键，也是理解其他表面活性剂一般作用原理的基础。由水的表面张力等引起的表面现象是很常见的，可以通过一些实验帮助学生比较直观地认识，也可以通过对自然界的一些典型现象加以分析（如教科书中的图4-13所示）。对于肥皂的去污原理，一方面要结合实验获得直观的认识，另一方面结合图示，帮助学生建立一些思维模型加以理解，需要注意的是，不管是实验的观察和描述，还是思维模型的构建及其语言表述，都需要学生自己动手参与实验、用自己的语言表达观点，教师的作用重在鼓励和指导、诊断和评价。肥皂的生产原理重点在于了解肥皂的化学组成，皂化反应以及工艺流程中各个环节的作用等，其中，通过实验室制肥皂一定会帮助学生对有关生产原理加深理解，同时也可以了解精细化工生产的一些特点，例如，精细化工多为间歇式生产，反应釜就像实验室中的试管、烧瓶等一样，与硫酸、合成氨等连续式大规模生产有着明显的区别。当学生通过自己的实践活动可以得到与生产厂家相媲美的产品，从中所获得的东西肯定不只限于获得一些基础知识和基本技能。‎ 合成洗涤剂是作为肥皂有关教学内容的深化而引入的，反映了化学与技术发展的关系，因此，从合成洗涤剂的生产原料、组成（结构）以及生产和使用特点等方面，教科书中多采用了比较分析的方法呈现教学内容。教学中也可以采用比较分析、归纳总结的方法组织教学内容，除此以外，还要注意通过合成洗涤剂分子结构和配方的优化，揭示精细化学品生产的特点。‎ 对于精细化学品及其生产特点的教学，可以结合教科书中的有关内容和活动，也可以适当补充一些生活中的实例，通过讨论交流，帮助学生认识精细化学品的类别和特点，体会精细化学品与基本化学品在生产上的区别和联系。 ‎ ‎ ‎ 二、 活动建议 ‎ ‎【实验4-1】 ‎ 在实验室制肥皂，应该注意：实验时，为了加速皂化反应的进程，一般都用乙醇溶液，它既能溶解碱，也能溶解油脂，能使反应在均一的液体（均相体系）中进行而加快速率。氯化钠的用量要适中，用量少时，盐析不充分；用量过多时，影响肥皂的固化。检验皂化反应是否完全时，也可用玻璃棒取出几滴试样放入试管，加入4～5‎ ‎ mL水，把试管浸在热水浴中或放在火焰上加热，并不断振荡，如果混合物完全溶解，液面上没有油滴分出，表示皂化反应已经完全，如果液面上油滴分出，说明皂化反应没有完全。滤出的固体物质中，可以添加松香、香料等，加入松香还可以增加肥皂的泡沫。‎ ‎ ‎ 三、 问题交流 ‎ ‎【思考与交流1】下表供参考： ‎ ‎【思考与交流2】泡沫灭火器中添加表面活性剂可以提高其灭火效果。 ‎ 提示：表面活性剂的用途主要在三个领域，即家用洗涤、个人护理与工农业生产。学生熟悉的实例可能主要在于前两个领域，家用洗涤如肥皂、洗衣粉和洗洁精等；个人护理如洗发香波、化妆品的乳化剂等。工农业生产中的应用，如配制农药时常加入一些表面活性剂使之成为乳浊液，提高病虫害的防治效果。另外，还可以鼓励学生根据表面活性剂的结构、性能来推测它的一些其他应用（如选矿、采油等）。 ‎ 参考资料：泡沫灭火器是一种常用的灭火器，其中使用的灭火剂按照泡沫产生方式可分为化学泡沫灭火剂和空气泡沫灭火剂。在初中化学中，学生已经知道化学泡沫灭火器的原理，如酸性溶液（如硫酸铝溶液）和碱性溶液（如碳酸氢钠溶液）相互反应产生二氧化碳泡沫。实际使用的泡沫灭火器中，为了使水溶液容易形成泡沫，增加灭火剂与可燃物之间的浸润性，提高灭火性能，通常还要加入发泡剂、泡沫稳定剂、助溶剂和抗冻剂等，其中，发泡剂主要使用水解蛋白和合成表面活性剂，改变发泡剂的成分或用量，可以获得不同灭火性能的产品。  ‎ ‎【思考与交流3】可以引导学生看图4-16、图4-17和资料卡片，体会精细化学品的生产特点，如投入产出比高、技术密集等。‎ 参考资料：图4-16和图4-17反映了生产精细化学品的投入产出率。例如，1978年美国商业部调查显示，投入石化原料520亿美元，经一次加工产出初级化学品100亿美元；二次化工产出有机中间体240亿美元和最终化学品40亿美元；再加工成塑料、树脂、合成橡胶、人造纤维、塑料和橡胶制品、清洗剂、化妆品400亿美元和最终产品270亿美元，再进一步深加工成可直接上市的最终产品农药、汽车用化学品、纸张及关联产品、建筑材料、家用器具、印刷及出版物、纺织品、鞋袜等，总价值可达5 300亿美元。即一美元石化原料加工到合成材料可增值8美元（塑料为5美元，合成纤维为10美元），如加工到精细化学品和消费品，则可增值106美元。 ‎ 有资料表明，目前世界上原油产量的80％多用作汽油、柴油等燃料，近10％用来生产沥青、石蜡和润滑油等，用作有机化工原料的不到10％，可见，地球上有限的石油资源大多被烧掉了，没有真正实现其应有的价值，如何开发替代能源，如何更好地利用有限的化石燃料是人类社会可持续发展所面临的重要问题，需要进行认真地思考和抉择。我们常说生活中处处有化学，化学就在我们身边，但可能很少从类似上述这样的角度来考虑以物质为研究对象的化学体现在技术及其产品的价值。化学可以化腐朽为神奇，这恰恰正是本题所要引起学生思考的问题。 ‎ 练习与实践参考 ‎ 1. （1）作物在生长过程中需要的养分很多，主要有碳、氢、氧、氮、磷、钾等元素，还有一些需要量很少但不可或缺的微量元素。其中，碳、氧、氢，作物可以从空气和土壤里的水中获得；除了个别地区外，土壤中的微量元素大都供给有余。只有农作物需要量最大的氮、磷和钾元素，通常不能满足农业持续增产的需要，必须通过人工施肥加以补充。 ‎ ‎（2）我国目前绿色食品标准分为两个技术等级，即AA级绿色食品标准和A级绿色食品标准。AA级绿色食品标准要求，生产过程中不使用化学合成的农药、肥料等；A级绿色食品标准要求，生产过程中可以限量使用限定的化学合成生产资料。按照补充的有效成分元素，天然肥料和化学肥料没有区别，农作物吸收的营养元素相同，因此合理使用化学肥料不会影响食品的营养和味道。 ‎ ‎（3）与天然肥料（农家肥）相比，化学肥料具有有效成分含量高、作物容易吸收、肥效快等优点，也有肥效持续时间短、容易引起土壤酸碱性和结构的变化等缺点。 ‎ ‎（4）绿色食品、有机食品的生产过程中，在化肥和农药方面的资金投入可以很少，甚至没有，因此，其价格较高是由其他因素引起的。 ‎ ‎    2. （1）这主要是由于豆科植物中根瘤菌固氮作用的功劳。据报道，世界上豆科植物根瘤菌固氮作用占土壤生物固氮量的50％，可见，豆科植物的根瘤是一座奇妙的生物固氮工厂。‎ ‎（2）根瘤菌的固氮作用是在常温、常压下进行的。根瘤菌固氮比合成氨固氮所需要的能量少，而且这种能量又来自植物的光合作用。因此，同合成氨相比，根瘤菌具有成本低、固氮效率高、不造成环境污染等优点，生物固氮是一个更为理想的固氮过程。‎ ‎    3. (1)调查和了解各种病虫害的起因和发生条件，做好预测预报，对症下药；混合和交替地使用不同的农药，防止产生抗药性、保护害虫天敌；注意农药使用的安全间隔期；严格按照使用说明（浓度、剂型、适用范围和使用条件等）施用等。同时一定要注意个人防护。‎ ‎(2)在厨房中，可采取一些措施减少由于可能的农药残留而造成的危害，例如，瓜果类可以去皮将残留农药去除，将蔬菜放入清水或滴加洗洁精浸泡30分钟以上，或将蔬菜高温蒸焯再烹调等，都可以不同程度地降低农药残留的危害，这主要是利用农药在水中的溶解性以及高温下的挥发性和易分解等性质。需要注意的是，上述方法并不可靠，最好的方法还是从源头上加以治理，防止有农药残留的农产品流入市场。 ‎ ‎    4. （1）根据硝铵的生产原理，其初始生产原料与合成氨是一样的，主要是空气、水和碳氢化合物（煤、天然气等）。 ‎ ‎（2） ‎ ‎（3）一般说来，现代化工生产要求有较大的生产规模，厂址的选择涉及到原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等多种因素，应该根据具体情况，综合考虑，才能作出合理的选择。 ‎ ‎（4）生产过程中，一旦氨泄漏会对周围的居民、农作物和土壤等产生不同程度的危害，如氨具有强刺激性臭味，比空气的密度小，水溶性极强，并具有碱性，对接触的皮肤和组织有腐蚀、刺激作用，特别是对人体的呼吸系统危害最大。对农作物和土壤的危害主要是局部高浓度氨会使土壤中的农作物因缺水而出现“烧苗”现象。‎ ‎    5. 油、油脂、脂肪和酯在有机化学上属于一类物质，即酯类，它们都具有相似的化学组成和性质。油脂是油和脂肪的简称，在化学组成上，油脂是由高级脂肪酸和甘油（丙三醇）所形成的酯类。习惯上将常温下呈固态或半固态的称为脂肪，如一些动物的脂肪，组成动物脂肪的高级脂肪酸，碳链上多为饱和键，熔点较高，常温下为固态和半固态，常见的饱和脂肪酸有硬脂酸和软脂酸。呈液态的称为油，如一些植物油。植物油脂中的高级脂肪酸，碳链上多含有不饱和键，熔点较低，常温下多为液态，常见的不饱和脂肪酸有油酸和亚麻油酸。‎ ‎    6. 作为溶剂，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；纯碱或氢氧化钠溶液可以使油脂发生水解反应而变成可溶性的物质；合成洗涤剂等可以降低油脂和水之间的表面张力，发生润湿、乳化和起泡作用而去污。‎ ‎    7. 硬脂酸甘油酯皂化反应的化学方程式见教科书。硝化甘油的化学式为：‎ ‎    ‎ ‎    8. 表面活性剂可以降低油脂和水之间的表面张力，发生润湿、乳化和起泡作用，具有祛除油污、增强吸收、防止干裂、减少摩擦等功效，所以，常常添加到多种日用化学品中。‎ ‎    9.   29.3％ ‎ ‎    10. （略）。  ‎ ‎    11. （略）。‎ 教学资源 ‎1. 氮肥和磷肥 植物生长需要不断从外界摄取各种营养元素，如碳、氢、氧、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁、铜、锰、锌、硼、钼等。前十种元素植物需要量较多，叫大量元素；后面几种元素植物需要量很少，叫微量元素。其中碳、氢、氧可以从空气中的CO2和土壤里的水分获得，除部分地区缺乏个别微量元素外，一般土壤里都供给有余。只是氮、磷、钾三种元素土壤里供给不足，而植物生长时需要量又较大。因此，对这三种元素的人工施肥在农业生产上具有重要意义，所以把氮、磷、钾三种元素叫做肥料三要素。‎ ‎    （1）氮肥 ‎ 氮是形成植物细胞里原生质的主要成分——蛋白质的重要元素，也是形成核酸和叶绿素的重要元素。因此，要使庄稼生长茂盛，就不能缺少氮元素。 ‎ 绿色植物一般不能从空气里直接摄取它们所需要的氮，也不能从土壤里吸取复杂的含氮的有机物。植物从土壤里摄取的氮主要是铵盐和硝酸盐里的氮。 ‎ 土壤里的氮被植物所吸取，含氮量就会减少。同时，土壤里有些细菌能够使含氮的物质分解，使化合态的氮变为游离态的氮。另外，雨水、河水也会冲洗掉一部分土壤里的氮的化合物。这些作用都会使土壤里含氮量减少。但是，自然界里还有另外一些过程在补充着土壤里减少的氮。例如，动植物的残体腐败的时候，其中含氮的有机化合物在某些细菌的作用下，大部分转化为氨。一部分氨跟土壤里的酸，如碳酸、有机酸等起反应，变成铵盐；一部分氨在硝化细菌的作用下，逐渐氧化为硝酸。生成的硝酸跟土壤里的盐类（如碳酸盐）起反应变成了硝酸盐。这样，有机物里的氮就转化为铵盐和硝酸盐，回到土壤里，供植物摄取。 ‎ 土壤里的固氮菌和豆科植物的根部根瘤菌能够直接摄取空气里的氮气，把氮气转化为氮的化合物。这也是增加土壤里含氮量的途径之一。‎ 自然界里虽然进行着添加土壤里化合态氮的作用，但仍不能满足农业增产、高产的需要，我们必须采取各种方法如施用氮肥、细菌肥料、轮种豆科作物等，来增加土壤里的氮，提高土壤的肥力。 ‎ 氮肥可以根据它们的来源分为农家氮肥和化学氮肥两类。农家氮肥有厩肥、饼肥等；化学氮肥有硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵、氨水和尿素等。‎ 氮肥是速效肥料。在用氮肥作追肥时，应考虑作物发育状况，如在开花期，一般作物都需要消耗大量的氮肥，因此必须在开花以前追以足量的氮肥。而在成熟期应避免增施氮肥。还必须指出，氮肥的施用必须跟磷、钾等肥料配合，才能达到增产的目的。 ‎ 氮肥也可以根据它们的化合形态分为：①铵态氮肥（含铵根的），如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、氨水，以及较少情况下用的氯化铵；②硝酸态氮肥（含有硝酸根的），如硝酸钾、硝酸钙；③酰胺态氮肥（含有CONH2基的），如尿素CO（NH2）2；④蛋白质态氮肥（氮主要以蛋白质形态存在），如厩肥、饼肥等。前两类氮肥能直接供农作物吸收利用，后两类氮肥要分解转化为铵态氮或硝酸态氮后才能产生肥效。 ‎ 现把几种主要氮肥的性质及施用、保存方法列于表4-1中。 ‎ 表4-1一些主要氮肥的性质和施用、保存方法 ‎ ‎  当在土壤中施用硫酸铵时，由于植物吸收NH4+比SO42-快、数量多，最后硫酸根留在土壤里，使土壤的酸性增加，所以，长期施用硫酸铵，会使土壤板结硬化。 ‎ 由于氯化铵中的Cl-会降低烟草的燃烧性，使烟草味道变坏；Cl-也会使薯类的淀粉含量降低，因此NH4Cl不适用于糖类、淀粉作物及烟草等的肥料。 ‎ 硝酸铵既含有硝酸态氮又含有铵态氮，都易被植物吸收，是含氮量较高的氮肥，但NO3-容易流失，特别在水田里施用更易流失。 ‎ 碳酸氢铵跟硫酸铵的肥效相近，因为它不含硫酸根，不会使土壤变酸性。碳酸氢铵容易分解。‎ 液氨和氨水也是很好的氮肥。如果施用得法，肥效跟硫酸铵大致相同。但施用时不能跟种子和茎叶接触，防止烧伤。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，然后逐渐供给作物，或在硝化细菌的作用下转变为硝酸根，再被作物吸收。由于在稻田施用氨水能杀死鱼蟹，因此在这种情况下，不宜施用氨水作肥料。 ‎ 尿素是目前含氮量最高的固体氮肥。它不能直接被植物吸收，但在土壤细菌的作用下，尿素转变为碳酸铵后，能被植物吸收。经常施用尿素，对土壤没有不良影响。 ‎ ‎（2）磷肥 ‎ 磷肥是植物需要的一种重要的养分。植物细胞的核和原生质里都含有磷的化合物。磷肥能够促进作物根系发达，增强抗寒、抗旱能力，还能促进作物提早成熟，穗粒增多，子粒饱满。 ‎ 土壤里有含磷的无机化合物和含磷的有机化合物。含磷的有机化合物存在于动植物残体里，在腐烂的时候，在某些细菌的作用下，经过复杂的分解过程，逐步转化为磷酸。磷酸又跟土壤里的钙（如在含石灰质较多的土壤里）或铁和铝（如在酸性较强的土壤里）结合，生成溶解度较小或难溶的磷酸盐。 ‎ 溶解度较小的磷酸盐（如磷酸钙）和土壤里的酸类作用，也可以逐渐转化为可溶性的磷酸盐而被植物吸收。如果土壤里的磷酸盐以难溶性的磷酸铁或磷酸铝的形态存在，那么转化为可溶性的磷酸盐的作用就更加缓慢。所以磷肥施入土壤后，一般肥效较慢，但肥效比较长。 ‎ 人们每年从田地里收获作物，带走一部分磷，这样就减少了土壤里的磷，影响农作物的生长，所以我们要施用磷肥来提高土壤里的含磷量，以提高农作物的产量和质量。‎ 施用磷肥的一个特点是，可溶性磷酸盐可以被土壤里的钙、铁、铝等所固定，变成难溶性磷酸盐，从而降低肥效。为了减少这种固定作用，施磷肥时应该集中穴施，使作物根部跟磷肥接触，以减少磷肥被土壤所固定。‎ 表4-2几种主要磷肥的组成和适用范围 ‎ ‎ ‎ ‎（3）复合肥料 ‎ 一种肥料同时含有两种或两种以上的营养元素，这种肥料叫做复合肥料。像硝酸铵、安福粉和磷酸二氢钾等属于复合肥料。目前世界上农田施肥多采用高效的、含有多种营养元素的复合肥料或混合肥料，在我国复合肥料的生产也在不断地发展。 ‎