(化学)第12单元课题3 有机合成材料

第十二单元化学与生活课题3 有机合成材料从容说课本课题包括有机化合物和有机合成材料两部分内容.第一部分有机化合物中的“活动与探究”是在学生已有知识的基础上设计的,学生通过填写分析一些具体物质的化学式、组成元素和相对分子质量,自己归纳出有机化合物和无机化合物的区别.同时,教材从有机化合物中原子之间的结合方式的不同说明了其数目异常庞大的原因.第二部分从学生的生活经验出发,主要介绍了常见的塑料、合成纤维和合成橡胶的性能和用途,以及一些新型有机合成材料.目的是使学生充分认识化学与生活、生产的密切联系,以及材料在人类社会的发展中所起到的巨大作用,提高学生的化学素养,这是本课题的重点.教材还从结构与性质的密切关系的角度介绍了有机高分子化合物的结构特点和主要性质(热塑性和热固性).此外,教材还介绍了治理“白色污染”的途径和方法,以培养学生关注自然和社会的责任感.本课题教案紧紧围绕教材特点进行设计,同时注重了对学生视野的拓宽.教学目标1．知识与技能(1)了解有机化合物和有机高分子化合物的特点.(2)知道塑料、合成纤维和合成橡胶的性能和用途.2．过程与方法(1)认识有机合成材料的发展对人类社会的进步所起的重要作用.(2)能用变化与联系的观点分析化学现象和问题.(3)能主动地与他人进行交流和讨论,并能清楚地表达自己的观点.3．情感态度与价值观(1)了解学习化学的重要价值.(2)培养学生关注社会和人类生存环境的情感.(3)增进学生对“事物是一分为二的”辩证唯物主义观点的认识.教学重点通过有机合成材料的教学,提高学生的化学素养.教学难点提高学生化学素养.教学方法探究、启发、实验、阅读、讲解、讨论等.教具准备投影仪和相关资料；酒精灯、试管、试管夹、火柴；聚乙烯塑料碎片、棉花、羊毛、木片、干草；的确良、尼龙、腈纶等合成纤维制品.课时安排1课时教学过程[引言]从人们的衣食住行,到探索太空世界,都离不开材料.材料的应用和发展与人类社会文明的进步紧密相连.在日常生活中,我们用得最多的是有机合成材料.如塑料、合成橡胶、合成纤维等.有机合成材料的诞生,结束了人类只能依靠天然材料的历史.[板书]课题3 有机合成材料[过渡]到底什么是有机合成材料呢?要找到答案,首先必须知道什么是有机化合物.[板书]一、有机化合物[师]下面,我们就通过活动与探究来了解什么是有机化合物.[活动与探究][投影下表,请学生完成][注：上表可请一学生直接填写,也可由学生回答,教师填写][根据上表讨论]1．甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉和蛋白质的组成元素有什么共同点?2．甲烷、乙醇和葡萄糖的相对分子质量与淀粉和蛋白质的相对分子质量相比有什么不同?[学生讨论,并交流讨论结果]1．甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉和蛋白质中都有碳元素和氢元素.2．甲烷、乙醇和葡萄糖的相对分子质量有确定数值,而淀粉和蛋白质的相对分子质量无固定数值,且其数值从几万到几十万不等,比甲烷、乙醇和葡萄糖的相对分子质量要大得多.[设问]已知甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉和蛋白质都属有机物,那么,你觉得应该怎样来命名有机物?[生]含有碳元素和氢元素的化合物就叫有机物.[承接]已知CCl4、CS2也是有机物.那么,大家刚才的回答是否正确?你觉得应该怎样改进?[生]不正确.应该说含碳的化合物叫有机物.[评价]大家回答得很好![讲解]化合物主要有两大类：无机化合物和有机化合物.人们把像葡萄糖这类含碳的化合物叫做有机化合物,简称有机物.[板书]1．含碳的化合物叫有机化合物.[解释]组成中不含碳元素的化合物一般叫做无机化合物,如水、氢氧化钠、食盐等.需要注意的是,我们熟悉的一氧化碳、二氧化碳、碳酸钙等少数含碳化合物,由于它们的组成和性质跟无机化合物很相似,故人们将它归到无机化合物中来研究.[板书]CO、CO2、H2CO3、CaCO3属于无机化合物.[讲解]有机物的数目异常庞大.为什么会是这样呢?请大家看课本回答.[学生看书后回答]有机物除含有碳元素外,还可能含有氢、氧、氯、氮和磷等元素.在有机物中,碳原子不但可以和氢、氧、氮等原子直接结合,而且碳原子之间还可以互相连接起来,形成碳链或碳环.由于原子的排列方式不同,所表现出来的性质也就不同.因此,有机物的数目异常庞大.[注：教师此时可用一有机分子模型进行演示：如可用一碳原子数为六的可拆装的烃的球棍模型分别安装成直链、支链、环状等结构让学生观看,并指出若用氯原子换掉一个不同位置的H 原子,便又是一种新的物质.这样,可使学生印象深刻][讲解]有些有机物的相对分子质量比较小,如乙醇、葡萄糖等.通常称它们为小分子.有些有机物的相对分子质量比较大.从几万到几十万,甚至高达几百万或更高,如淀粉、蛋白质等.通常称它们为有机高分子化合物,简称有机高分子.[板书]2．有机高分子化合物是相对分子质量很大的有机物.[过渡]用有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料.如棉花、羊毛和天然橡胶等就属于天然有机高分子材料.但由于天然有机高分子材料数量有限,远不能满足人口增长和社会发展对有机高分子材料的需求.随着化学科学的发展,合成有机高分子材料应运而生,简称合成材料.[板书]二、有机合成材料[讲解]有机合成材料的出现是材料发展史上的一次重大突破.从此,人类摆脱了只能依靠天然材料的历史,在改造大自然的进程中大大前进了一步.合成材料品种很多,塑料、合成纤维、合成橡胶就是我们通常所说的三大合成材料.[板书]三大合成材料：塑料、合成纤维和合成橡胶.[讲解]由于合成材料的原料丰富易得、制造加工简单、性能干变万化,(如用石油产品、煤、石灰石、水、空气等为原料,通过一系列的化学反应就可制得多种多样、性能各异的合成材料.)所以,合成材料一经出现,便得到了广泛的应用.[引导学生看图12—13(塑料制品的应用范围)][讲解]由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的,所以也常被称为聚合物.如聚乙烯分子就是由成千上万个乙烯分子“手拉手”聚合而成的高分子化合物.[引导学生看图12—14(聚乙烯分子模型)][转折]我们刚才看到的聚乙烯高分子,是很长的链状结构,但并不是所有的合成材料高分子都是长链状的,有的还可以结合成网状.[引导学生看图12—15(高分子结构示意图)][讲解]高分子的结构不一样,其形成物质的性质就不一样.如链状结构的聚乙烯塑料与网状结构的酚醛塑料(俗称电木)的性质就不相同.[学生做实验12—1]加热聚乙烯塑料碎片.现象：加热熔化、冷却后变成固体,再加热时又熔化.[讲解]我们刚才观察到的塑料的这种性质叫热塑性.具有热塑性的塑料可反复加工,多次使用,能制成薄膜、拉成丝或压制成所需的各种形状,用于工业、农业和日常生活等.若我们给酚醛塑料加热,其只能烧焦而不能熔化,我们把这种性质叫热固性.[板书]1．热塑性塑料和热固性塑料[讨论]装食品用的聚乙烯塑料应如何封口?电木插座破裂后能否热修补?[讨论结果]因聚乙烯塑料有热塑性,故可用加热的方法进行封口；因电木插座具有热固性,故不能进行热修补.[介绍]塑料的品种很多,用途也各不相同.[投影或发放资料]几种常见塑料的性能和用途名称性能用途制品聚丙烯机械强度好,电绝缘性好,耐化学腐蚀,质轻,无毒耐油性差,低温发脆,容易老化可制薄膜、口常用品、管道、包装材料等聚苯乙烯电绝缘性好,透光性好,耐水、耐化学腐蚀,无毒室温下硬、脆,温度较高时变软,耐溶剂性差可制高频绝缘材料,电视、雷达部件,医疗卫生用具,还可制成泡沫塑料用于防震、防湿、隔音、包装垫材等聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）透光性好,质轻,耐水,耐酸、碱,抗霉,易加工耐磨性较差,能溶于有机溶剂可制飞机、汽车用玻璃,光学仪器,医疗器械等酚醛塑料（俗称电木）绝缘性好,耐热,抗水可制电工器材、汽车部件、涂料、日常用品等,用玻璃纤维增强的酚醛塑料可用于宇航领域聚四氟乙烯耐低温、高温、耐化学腐蚀,耐溶剂性好,电绝缘性好,加工困难可制电气、航空、化学、医药、冷冻等工业的耐腐蚀、耐高温,耐低温的制品[讲解]聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料是我们使用最多的塑料.[过渡]高分子材料中的纤维有天然纤维和合成纤维之分.[展示]棉花、羊毛、木片、干草.[讲述]以上这些物质都是天然纤维,它们可以制成棉布、纯毛线、纸张等.它们透气性好,吸水性也好,但它们易缩水,易被虫蛀.[展示]的确良、尼龙、腈纶等合成纤维制品.[讲解]以上物品属合成纤维制品,它们最明显的优点是：强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水.缺点是：吸水性、透气性差.[设问]我们穿的衣服通常是由纤维织成的.我们怎样才能穿上既舒适又挺脱的衣服呢?[生]可用天然纤维和合成纤维进行混合纺织.[师]很正确.这也是商店里的时髦衣物多为混纺织品的缘故.[板书]2．天然纤维和合成纤维混合纺织的纺织品.[请学生阅读P102资料：认识服装的标签][补充]合成纤维除了供人类穿着外,在生产和国防上也有很多用途.例如,尼龙可以制降落伞绳、轮胎帘子线、缆绳和渔网等.随着新兴科学技术的发展,近年来还出现了许多具有某些特殊性能的特种合成纤维,如芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维等.[过渡]橡胶也是人们生活和工业生产中不可缺少的材料.最初人们从橡胶树、橡胶草等植物中获得天然橡胶.随着工业的发展对橡胶需求的不断增长,人们在了解了天然橡胶分子的组成和结构后.进行仿照,并用化学方法人工合成了橡胶,即合成橡胶.[板书]3．合成橡胶[设问]合成橡胶的出现是人类向自然学习取得的成果.与天然橡胶相比,合成橡胶有哪些优点呢?[学生看书后问答]具有高弹性、绝缘性、耐油和耐高温等性能.[承接]正因为如此,合成橡胶广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中.[引导学生看课本图12—2(合成橡胶的用途)][转折]合成材料的应用与发展,大大方便了人类的生活.但是,合成材料废弃物的急剧增加也带来了环境问题,废弃塑料带来的“白色污染”尤为严重.这是因为大部分塑料在自然环境中很难降解,长期堆积会破坏土壤,污染地下水,危害海洋生物的生存；而且如果焚烧含氯塑料会产生有毒的氯化氢气体,从而对空气造成污染.[引导学生看课本图12—22(塑料垃圾对大自然的污染)][板书]三、白色污染[投影资料]1．白色污染大量的废旧农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具(以下统称为塑料包装物)在使用后被抛弃在环境中,给景观和生态环境带来很大破坏.由于废旧塑料包装物大多呈白色,因此造成的环境污染被称为“白色污染”.2．“白色污染”的现状及其危害塑料的使用仅有近百年历史.我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一.1995年,我国塑料消费总量约1100万吨,其中包装用塑料达211万吨.“白色污染”问题在我国已相当严重.塑料是高分子聚合物,不易降解,一般需数百年才能有效分解,因此造成污染公害.“白色污染”的主要危害在于“视觉污染”和“潜在危害”.“视觉污染”——遗弃的塑料制品,随处可见,是造成环境脏、乱、差的一个重要原因,由此造成“视觉污染”.“潜在危害”——危害人体健康、影响农作物生长、危及动物安全.散落在江河湖及田野的废塑料碎片被动物及水生物误食,会导致生病、死亡.混入生活垃圾中的废旧塑料物品很难处理：填埋处理将会长期占用土地,混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理,分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用.[过渡]由此可见,“白色污染”问题是人类亟待解决的一个问题.那么,我们应该从哪些方面着手来解决“白色污染”呢?[板书]四、防止白色污染的措施[请学生看书回答]方法有：1．减少使用不必要的塑料制品,如用布袋代替塑料袋等；2．重复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．回收各种废弃塑料.[讲解]减少使用、加强回收、使用可降解塑料是目前治理“白色污染”的主要措施.回收废弃塑料是非常重复的,因为塑料回收不仅可以减少废弃塑料的数量,而且节约资源.但塑料分类是回收和再利用的一大障碍,因为不同种类的塑料,其再利用的途径是不同的.[设问]我们应该怎样解决这个困难呢?[引导学生看课本有关内容及图12—24和表12—4][讲解]从改进塑料的配方和生产工艺入手,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.[引导学生看课本图12—23(可降解塑料的降解过程)][投影资料]可降解塑料可降解塑料是指在较短的时间内、在自然界的条件下能够自行降解的塑料.可降解塑料一般分为四大类：(1)光降解塑料——在塑料中掺入光敏剂,在日照下使塑料逐渐分解掉.它属于较早的一代降解塑料,其缺点是降解时间因日照和气候变化难以预测,因而无法控制降解时间；(2)生物降解塑料——指在自然界微生物(如细菌、霉菌和藻类)的作用下,可完全分解为低分子化合物的塑料.其特点是贮存运输方便,只要保持干燥,不需避光,应用范围广,不但可以用于农用地膜、包装袋,而且广泛用于医药领域；(3)光一生物降解塑料——光降解和微生物降解相结合的一类塑料,它同时具有光和微生物降解塑料的特点；(4)水降解塑料——在塑料中添加吸水性物质,用完后弃于水中即能溶解掉,主要用于医药卫生用具方面(如医用手套等),便于销毁和消毒处理.在四种降解塑料中,生物降解塑料随着现代生物技术的发展越来越受到重视,成为研究开发的新一代热点.[过渡]近年来,为了解决使用合成材料带来的环境问题,新型有机合成材料逐渐向对环境友好的方向发展.此外,为满足计算机,生物工程、海洋工程和航空航天工业等尖端技术发展的需要,人们还研制出了许多新型有机合成材料.[板书]五、新型有机合成材料.资料1．高分子分离膜高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜.它的特点是能够有选择地让某些物质通过,而把另外一些物质分离掉.这类分离膜广泛应用于生活污水、工业废水等废液处理以及回收废液中的有用成分,特别是在海水和苦咸水的淡化方面已经实现了工业化.在食品工业中,分离膜可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等,分离时不需要加热,并可保持食品原有的风味.未来的高分子膜不仅可以用在物质的分离上,而且还能用在各种能量的转换上,如传感膜能够把化学能转换成电能,热电膜能够把热能转换成电能等.这种新的高分子膜为缓解能源和资源的不足,解决环境污染问题带来希望.2．医用高分子概况生物医学高分子简称医用高分子,是一类令人瞩目的功能高分于材料.它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗.特别是直接与体液接触的或可植入体内的所谓“生物材料”,它们必须无毒,有良好的生物相容性和稳定性,有足够的机械强度,而且易于加工、消毒.医用高分子材料制品种类繁多.从天灵盖到脚趾骨,从内脏到皮肤,从血液到五官都已有人工的高分子代用品.与此同时,高分子药物及固定化酶、人工细胞、标记细胞、免疫吸附剂等也在迅速发展.目前全世界每年生产的医用高分子材料包括医疗用品在内多达800万吨,价值30亿美元.3．导电塑料20世纪70年代的一天,日本的一位科学家在实验室里,用常规方法获得一种具有金属光泽的银灰色薄膜.按经验,用同样方法得到的应当是聚乙炔黑色粉末.他觉得奇怪,于是就回过头来检查他的实验过程有没有差错,结果发现添加的催化剂比规定数量多出了1000多倍.测试结果显示这种产物确实是聚乙炔塑料,但它能够导电.就这样,导电塑料在这次意外的操作中诞生了.随后,科学家们对导电塑料进行了深入研究,制造出可以应用的导电塑料.2000年,AlanJ.Hecger(艾伦·J·黑格,荚国物理学家)、Alan G．Macdiamid(艾伦·G·马克迪亚米德,美国化学家)和白川因树(日本化学家)因发现了导电塑料而获得了诺贝尔化学奖.目前,美国已经用导电塑料代替半导体材料制造出太阳能电池,还试验用导电塑料作蓄电池的电极材料.如果把导电塑料作为电极材料应用到汽车蓄电瓶里,可以把蓄电瓶的重量由15kg降至2kg,并且能够反复充电1000次以上,大大延长蓄电瓶的使用寿命.瑞士还用导电塑料制成印刷电路板,并已经应用到中小型计算机中,使用效果良好,成本只有钢印刷电路板的40％.英国和加拿大则把导电塑料用到电子玩具、电子游戏机、电视机和其他普通电器上,都明显地降低了产品成本.最近,日本一家公司用导电塑料制成了晶体管,取得了突破性进展.导电塑料兼具塑料和金属的优点,密度比金属小得多,不需要冶炼,也不需要在高温条件下加工,而制取导电塑料的资源也十分丰富,造价低廉.因此,导电塑抖的出现将会给21世纪的材料科学带来新的生机.4．复合材料复合材料是将两种或两种以上的材料复合成一体形成的材料.复合材料集中了组成材料的优点,并避免了组成材料的弱点,其既能充分利用资源,又能节约能源. 因此世界各国都把复合材料作为大有发展前途的一类新型材料来研究.由于复合材料一般具有强度高、质量小、耐高温、耐腐蚀等优异性能,在综合性能上超过了单一材料,因此宇航工业就成了复合材料的重要应用领域.我们知道,质量对于飞机、导弹、火箭、人造卫星、宇宙飞船来说是一个非常重要的因素.有的导弹的质量每减少1 kg,它的射程就可以增加几千米.而且这些航天飞行器还要经受超高温、超高强度和温度剧烈变化等特殊条件的考验,所以,复合材料就成为理想的宇航材料,它的发展趋势从小部件扩大到大部件,从简单部件扩大到复杂部件,成为宇宙航空业发展的关键所在.另外,复合材料在汽车工业、机械工业、体育用品甚至人类健康方面的应用前景也十分广阔.[小结]通过本课题的学习,我们知道了什么叫有机物和有机合成材料.并知道有机合成材料不管是现在,还是在将来对我们都很重要.[布置作业]1．收集一些服装的标签,查看服装面料的纤维种类.2．了解不同纤维制成的服装在洗涤熨烫时的注意事项.3．为“使用塑料的利与弊”辩论赛准备资料.4．家庭小实验.板书设计课题3 有机合成材料一、有机化合物1．含碳的化合物叫有机化合物.2．有机高分子化合物是相对分子质量很大的有机物.二、有机合成材料三大合成材料：塑料、合成纤维和合成橡胶.1．热塑性塑料和热固性塑料.2．天然纤维和合成纤维混合纺织的混纺织品.3．合成橡胶.三、白色污染四、防止白色污染的措施五、新型有机合成材料备课资料1．新材料衣服“鲨鱼皮”泳衣各种各样的新材料已经越来越多地走进人们的日常生活.在2000年悉尼奥运会上,“鲨鱼皮”泳衣、“金色”跑鞋和“超级自行车”等新材料制成的运动器材帮助运动员取得了优异的成绩.其中澳大利亚游泳明星索普穿的鲨鱼皮泳衣尤为引入注目,那么这种泳衣的秘密何在呢?英国和日本联合开发小组的科研人员发现,鲨鱼能在水中迅速游动的秘密就在于鲨鱼皮肤上的齿状突起.这些齿状突起相当于小型的水囊,鲨鱼在游动时,水囊能够有序地引导周围的水向同一方向流动,令鲨鱼更为舒畅、省力地在水中游弋.根据鲨鱼皮肤的特性,科学家们以硅酮树脂薄膜等新型高科技产品为材料制成连体泳衣.这种连体泳衣具有极强的弹性和伸展力,能更好地束紧人体外形,压缩肌肉,减少人体肌肉在水中的颤动,而这种颤动正是泳手们在比赛中力量损耗的主要原因,也是疲劳的主要诱因.经过不断试验和改良,专家们最终将泳装定型为从手腕至脚踝全部包起来的形式.一些参与试验的选手在试穿新式泳衣后,都认为游泳时好像感觉不到水的存在,做起动作来很轻松,而且可以防止肌肉颤动,不容易感到疲劳.据验证,穿着“鲨鱼皮”在比赛中可比穿着普通泳衣减少7．5％的水阻力,可将一般选手的平均成绩提高3％左右.在2000年的泛太平洋游泳锦标赛中,共诞生了12项世界纪录,破纪录幅度超过历届泛太平洋锦标赛和1994年罗马世锦赛,其中破纪录者半数以上身着“鲨鱼皮”.在悉尼奥运会的澳大利亚游泳选拔赛上,新式泳衣出尽了风头.名将索普身着这种长及手腕、脚踝的新型泳衣,一举打破了男子400米自由泳世界纪录接着他又连续两次打破世界纪录.纵观比赛,进入决赛的选手大部分都穿着式样有别的新式“鲨鱼皮”泳衣.看来新材料还真的挺管用.防弹衣。