高中化学 化学与技术的发展《表面活性剂 精细化学品》三案一课学案 新人教版选修2

第23课时 表面活性剂 精细化学品 学案 【学习目标】 1.了解肥皂、合成洗涤剂的结构和去污原理。 2.了解肥皂的实验室制备方法。 3.了解精细化学品及其用途。 4.了解表面活性剂、精细化学品的使用。 【重点难点】 肥皂、合成洗涤剂的结构和去污原理。 课前预习 【情景】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、医药等精化学品的一般生产特点，了解精细化学品的特点，了解精细化工在社会发展中的作含着本单元中化学与技术发展的两个重要主题，一是不管传统还是现代艺，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；二是基本化工产品的生产到精细化工的发展，体现了当今化学工业发展趋势中战略重点的即转向对自然资源（原料）的精加工、深加工以获得性能优异、用途广泛、技术术含量加值高的产品。 【预习内容】 根据教材有关内容填写下列空白： 一、肥皂 1.化学成分 肥皂的化学成分为 ，当肥皂溶于水时，能离解成RCOO－和Na＋或K＋，RCOO－中COO－部分易溶于水而不溶于油，称为 ，非极性的—R不易溶于水而溶于油，称为 或 。 2.去污原理 (1)污垢一般是由 和 组成，不易被水润湿。 (2)去污过程 ①润湿：使附着的油污易于分散到水中； ②乳化：使油污在水中形成小滴， ； ③起泡：使 而脱离附着物。 3.生产原理 (1)原料： 和 。 (2)原理： ①皂化反应的定义： 。 ②用方程式表示硬脂酸甘油酯皂化的反应式： 二、合成洗涤剂 1.合成原料： 、硫酸、烧碱等。 2.结构特点：合成洗涤剂是一类去污产品的统称，其结构与传统去污剂(肥皂)结构相似，化合物分子中都含有 和 。 3.组成及合成原理：市场上的合成洗涤剂多为 ， 由十二个碳原子的烯烃或氯代十二烷与苯进行反应，再经过 、 等反应制得。 4.种类：通常分固态和液态产品。 5.合成洗涤剂配方的选择条件 (1) ； (2) ； (3)合理的配方。 三、精细化学品及其生产特点 1.分类 精细化学品按用途可分为 、 、 、颜料、 、 、 、食品和饲料添加剂、 、 和橡胶用添加剂等。 2．生产特点 (1)精细化学品具有 、 、 等特点。 (2)精细化工具有 、 等特点。 预习内容 一、1．高级脂肪酸的钠盐或钾盐 亲水基 亲水基 憎水基 2．油脂 灰尘 脱离附着物而悬浮在水中 油污和其他固体污垢更容易被吸附 3．油脂 烧碱 油脂在碱性条件下的水解反应 二、1. 石油裂解产品 2.亲水基 亲油基 3.烷基苯磺酸钠 磺化 中和 5.确定合适的碳链长度 选择不含支链的烃基 三、1.医药 农药 染料和颜料 涂料 黏合剂 表面活性剂 催化剂 塑料 合成纤维 2.品种多 批量小 产值高 技术密集 附加值高 堂中互动 【问题探究1】肥皂的主要成分是什么？在硬水中肥皂去污效果不好，为什么？肥皂制备的原理是什么？写出生产工艺。 【教师点拨】阅读教材P25～P27、P93～P95内容。皂化反应后的混合液只有加入食盐细粒，高级脂肪酸钠才能从混合液中析出并浮在液面上。 分析解答:(1)肥皂的化学成分主要是高级脂肪酸的钠盐或钾盐，可表示为RCOONa或RCOOK，包括亲水基及亲油基两部分。(2)用肥皂洗涤时，亲油基与油污相作用，而亲水基与水分子相作用，通过用手揉搓，使油污悬浮水中，从而除去油污。当肥皂溶在硬水中会生成灰白色不溶性高级脂肪酸钙(或镁)的沉淀，使肥皂不起泡沫，降低肥皂洗涤效果。 Ca2＋＋2C17H35COO－→(C17H35COO)2Ca↓ Mg2＋＋2C17H35COO－→(C17H35COO)2Mg↓ 【即学即练1】可以判断油脂皂化反应基本完成的现象是(　　) A.反应液使红色石蕊试纸变为蓝色 B.反应液使蓝色石蕊试纸变为红色 C.反应后，静置，反应液分为两层 D.反应后，静置，反应液不分层 1.D【解析】油脂皂化反应前后溶液均呈碱性，故不可用A判断，B为错误叙述。反应前油脂不溶于水而分层，完全反应后其产物溶于水，反应液不分层，故答案为D。 【问题探究2】肥皂和合成洗涤剂去污原理共同之处是什么？肥皂和合成洗涤剂有何优缺点？ 【教师点拨】阅读教材P93～P967内容。从原料、分子组成和结构、洗涤特性和生物降解性等方面比较肥皂与合成洗涤剂的优点和缺点。 分析解答：肥皂和合成洗涤剂的去污原理 (1)用水作为主要清洗剂去污时，一般要加入适量的肥皂或洗涤剂。其中利用了相似相溶原理，即极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。 (2)肥皂或洗涤剂化学成分的分子从结构上看可分为两部分，一部分为极性的“—COO－”部分，易溶于水，叫亲水基；另一部分是非极性的烃基“R—”部分，易于和油脂相溶解，即有“亲油性”(因为油脂为非极性物质)。洗涤过程中，污垢中油脂与肥皂或洗涤剂接触后，烃基部分插入油滴，极性基(亲水基)部分插入水中，在机洗或手洗的揉搓下使其互相解散，脱离被洗物。 【即学即练2】下列关于合成洗涤剂的说法不正确的是(　　) A.合成洗涤剂分子中含有亲水基和憎水基 B.合成洗涤剂不适合在硬水中使用 C.合成洗涤剂能造成水体污染，使水质变坏 D.合成洗涤剂去污能力强 2.B【解析】合成洗涤剂分子中含有亲水基和憎水基，去污能力比肥皂强，但其含有的含磷化合物会造成水体污染，使水体富营养化；硬水对合成洗涤剂的使用没有影响(硬水中使用肥皂时会因生成沉淀而降低洗涤效果)。 【问题探究3】在泡沫灭火器中添加表面活性剂可以提高灭火效果，这是为什么？你还能举出其他应用表面活性剂的实例吗？ 【教师点拨】由于表面活性剂用量很少，却能显著降低水与空气或其他物质的界张力，可以大大提高工业生产的效率，提高产品的质量和性能。 分析解答：因为表面活性剂能显著降低水与空气的界面张力，利于二氧化碳的逸出。 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）。 【即学即练3】下面的“作用”与表面活性剂无关的是( ) A.润湿作用B.软化作用 C.乳化作用 D.发泡作用 3.B【解析】一般来说，“软化”作用是使硬水软化的作用，表面活性剂没有这种作用。 练案 A组（课堂反馈 满分50分） 一、选择题（每小题5分，共35分） 1.下列产品的使用不会对环境造成污染的是(　　) A．含磷洗衣粉　　B．酒精 C．氟利昂 　 D．含汞电池 1.B【解析】含磷洗衣粉的使用会使水体富营养化，引起藻类疯长，产生“水华”或 “赤潮”；氟利昂的排放会破坏臭氧层；含汞电池的使用和随意丢弃，会污染土壤和水源。 2.下列物质中，分子的一端亲水，另一端亲油的是(　　) A．CH3(CH2)15SO3Na B．CH2CH2CH3 C．CCl4 D．CH3(CH2)4COOH 2.AD【解析】表面活性剂的基本性质是具有极性基团(亲水)和非极性基团(亲油)。烃基是非极性基团能亲油，而酸根为极性基团能亲水、故CH3(CH2)15SO3Na和CH3(CH2)4COOH具有上述性质。 3.制肥皂时，皂化反应后加盐的作用是(　　) A．加大溶液密度　　　　 B．催化作用 C．与甘油反应　　　　 D．盐析使肥皂析出 3.D【解析】皂化反应后的混合液是不分层的，需要加入食盐将肥皂的有效成分析出，即盐析。 4.合成洗涤剂同肥皂相比有哪些优点：①原料便宜；②不受软水、硬水等水质限制；③不污染水体；④去污能力强，你认为正确的是(　　) A.①②③④　　　B.①②④ C.②③④　　D.①④ 4.B【解析】合成洗涤剂的原料为石油化工产品，且其可确定合适的碳链长度，以含碳原子个数12～18为最佳——以平衡亲水性和亲油性。 5.油脂皂化后，使肥皂和甘油从混合物里充分分离，可以采用(　　) ①分液　②蒸馏　③过滤　④盐析　⑤渗析 A．①②　　 B．③④ C．②③④　　 D．②③⑤ 5.C【解析】为了使高级脂肪酸钠从皂化后的反应液中析出，须加入食盐以降低其溶解度而发生盐析；再过滤可得高级脂肪酸钠；但甘油溶解在下层的水溶液中，其沸点与水差别较大，可用蒸馏法分离得到。 6.下列关于油脂的叙述错误的一项是(　　) A.从溴水中提取溴可用植物油作萃取剂 B.用热的纯碱溶液去油污效果更好 C.硬水使肥皂去污能力减弱是因为发生了沉淀反应 D.用热的纯碱溶液可区别植物油和矿物油 6.A【解析】植物油中含不饱和键，可与溴发生加成反应；温度越高，纯碱溶液的水解程度越大，碱性越强，油污的水解速率越快；硬水中的钙(镁)离子易与肥皂反应生成难溶于水的高级脂肪酸钙(镁)；植物油为油脂，在热碱溶液中水解，产物均溶于水，而矿物油主要为烃类，不与碱反应，液体仍为两层。 7.咖喱是一种烹饪辅料，若白衬衣被咖喱汁玷污后，用普通肥皂洗涤该污渍时会发现，黄色污渍变为红色。经水漂洗后红色又变为黄色。据此现象，你认为咖喱汁与下列何种试剂可能有相似的化学作用( ) A.品红溶液 B.石蕊溶液 C.氯水 D.KI-淀粉溶液 7.B【解析】此题考查对肥皂性质的掌握和对酸碱指示剂的认识，错误在于不会把已有知识和题目中提供的新情景联系起来。已有知识为肥皂溶液显碱性，咖喱汁遇肥皂溶液变为红色，经水漂洗后溶液显中性，又变为黄色。这说明咖喱汁遇碱性溶液显红色，遇中性溶液显黄色，这类似于酸碱指示剂遇酸碱溶液后的颜色变化。故咖喱汁与石蕊溶液可能有相似的化学作用。 二、填空题（共15分） 8.(6分) 将洗衣粉和肥皂制成溶液进行有关实验，试回答下列问题： (1)分别用紫色石蕊试纸检验，试纸呈________色和________色，其原因是___________ ____________________。 (2)不能在酸性水中使用的是________，其原因是(用离子方程式表示)______________ ________________________。 (3)不能在硬水中使用的是________，其原因是(用离子方程式表示)_____________ _________________________。 (4)洗衣粉的主要成分________，肥皂的成分是________，两者都属于________类化合物。 8.(1)紫　蓝　前者是强碱强酸组成的盐，溶液呈中性；后者是强碱弱酸组成的盐，水解呈碱性 (2)肥皂　C17H35COO－＋H＋=C17H35COOH↓ (3)肥皂　2 C17H35COO－＋Ca2＋===(C17H35COO)2Ca↓、 2 C17H35COO－＋Mg2＋=(C17H35COO)2Mg↓ (4)烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠　高级脂肪酸钠　有机盐 【解析】烷基苯磺酸或烷基磺酸均属于有机强酸，而高级脂肪酸属于有机弱酸，洗衣粉的主要成分是烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠是强酸强碱盐，溶于水溶液呈中性；而肥皂的主要成分高级脂肪酸钠(通常是硬脂酸钠C17H35COONa)是强碱弱酸盐，溶于水呈较强的碱性。由于肥皂的主要成分是高级脂肪酸钠，在酸性水溶液中生成不溶性的(C17H35COOH，在硬水中生成不溶性的(C17H35COO)2Ca、(C17H35COO)2Mg ，从而影响去污效果。 9.(9分) 下图为硬脂酸甘油酯在碱性条件下水解的装置图．进行皂化反应的步骤如下： (1)在圆底烧瓶中装入7～8 g 的硬脂酸甘油酯，然后再加入2～3 g 的氢氧化钠、5 mL 水和10 mL 酒精，加入酒精的作用为：_____________________________________________ ______________________________________. (2)隔着石棉网用酒精灯给反应的混合物加热约10 min，皂化反应基本完成，所得混合物为______(填“悬浊液”或“乳浊液”或“溶液”或“胶体”)． (3)向所得的混合物中，加入________，静置一段时间后，溶液分为上下两层，肥皂在________层，这个操作称为________． (4)图中长玻璃导管的作用为___________________________________________． (5)写出该反应的化学方程式：_________________________________________. 9.(1)溶解硬脂酸甘油酯　(2)胶体　(3)食盐　上　盐析　(4)冷凝回流 (5)(C17H35COO)3C3H5＋3NaOH 【解析】硬脂酸甘油酯难溶于水，但可溶于酒精．皂化反应完成后可得到硬酯酸钠胶体，加入食盐经盐析后得到肥皂．实验中用长玻璃导管起到冷凝回流作用。 B组（课后拓展） 1.某天然油脂10 g，需1.8 g NaOH才能完全皂化，又知该油脂1 kg进行催化加氢，耗氢气12 g才能完全氢化。试推断1 mol该油脂平均含碳碳双键数为(　　) A．2 mol　　　 B．3 mol C．4 mol　　　　 D．5 mol 1.C【解析】本题要求了解油脂的分子结构特点和油脂的化学性质以及烯烃的加成反应规律等，培养学生寻找隐蔽信息的能力和运用数学方法解决化学问题的能力。从油脂与NaOH反应的化学方程式可知，油脂与NaOH反应按物质的量之比为1∶3进行。所以油脂的平均摩尔质量为： 2.油脂A的通式为（烃基R中不含叁键）。05mol与溶有48g液溴的CC14溶液恰好完全反应。05molA完全燃烧时生成的CO2和H2O的物质的量之和为5.3mol。求油脂A的结构简式。写出油脂A氢化的化学方程式。 2. 【解析】A中的R相同，即含C原子数、H原子数相同，那么与A碳原子数相同的高级饱和脂肪酸甘油酯的烃基也应完全相同，即C、H原子个数相等。二者分子组成上相差的就是H原子个数。 设与A中的羧酸有相同碳原子数的饱和高级脂肪酸为CnH2nO2,则其形成的甘油酯组成通式为C3n+3H6n-3+5O6即C3n+3H6n+2O6.   3. 已知苯和卤代烷烃在催化剂作用下，发生烷基化反应(取代)，生成苯的同系物，如 又如：工业上以苯、浓H2SO4、十二烷、NaCl和H2O为原料制取 (洗衣粉的主要成分)，依据合理途径写出有关反应的化学方程式(可不填满，也可补充)。 ________________________________________________________________； ________________________________________________________________； ________________________________________________________________； ________________________________________________________________； ________________________________________________________________； ________________________________________________________________。 3.(1)2NaCl＋2H2O (2)C12H26＋Cl2 【解析】　(逆推法)：要合成，逆用题给信息②知，须有：和H2SO4(已提供)；要合成，逆用题给信息①知，须有： (已提供)和C12H25—Cl；而C12H25—Cl可由C12H26(已提供)和Cl2光照反应制取；Cl2可由电解饱和食盐水制得。