2024-2025學年高中化學第四單元化學與技術(shù)的發(fā)展課題2表面活性劑精細化學品學案新人教版選修2

PAGE7-課題2表面活性劑精細化學品1．了解肥皂的去污原理和生產(chǎn)原理。2．了解合成洗滌劑的結(jié)構(gòu)和去污原理。3．了解精細化學品的生產(chǎn)特點和精細化工在社會發(fā)展中的作用。授課提示：對應(yīng)學生用書第48頁一、肥皂1．化學成分肥皂的化學成分為高級脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽，當肥皂溶于水時，能離解成RCOO－和Na＋或K＋，RCOO－中具有極性的COO－部分易溶于水而不易溶于油，稱為親水基，非極性的—R部分不易溶于水而易溶于油，稱為親油基或憎水基。2．去污原理(1)污垢一般是由油脂和灰塵組成，不易被水潤濕。(2)去污過程①潤濕：使附著的油污易于分散到水中；②乳化：使油污在水中形成小滴，脫離附著物而懸浮在水中；③起泡：使油污和其他固體污垢更簡單被吸附而脫離附著物。3．生產(chǎn)原理(1)原料：油脂和燒堿。(2)原理：①皂化反應(yīng)的定義：油脂在堿性條件下的水解反應(yīng)。②用方程式表示硬脂酸甘油酯皂化的反應(yīng)式：二、合成洗滌劑1．合成原料：石油裂解產(chǎn)品、硫酸、燒堿等。2．結(jié)構(gòu)特點：合成洗滌劑是一類去污產(chǎn)品的統(tǒng)稱，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)去污劑(肥皂)結(jié)構(gòu)相像，化合物分子中都含有親水基和親油基。3．組成及合成原理：市場上的合成洗滌劑多為烷基苯磺酸鈉，由含十二個碳原子為主的烯烴或氯代十二烷與苯進行反應(yīng)，再經(jīng)過磺化、中和等反應(yīng)制得。4．種類：通常分固態(tài)和液態(tài)產(chǎn)品。5．合成洗滌劑的性能優(yōu)化(1)確定合適的碳鏈長度，所含碳原子個數(shù)以12～18為最佳。(2)選擇不含支鏈的烴基，合成洗滌劑含有支鏈烴基時，通常難以被生物降解。(3)合理配方，為提高合成洗滌劑的綜合性能，生產(chǎn)中要配入多種助洗劑和協(xié)助劑，如純堿、硅酸鈉、硫酸鈉和含磷化合物等，含磷化合物是一種較好的助洗劑，但大量含磷污水的隨意排放會造成赤潮和水華等環(huán)境污染問題。三、精細化學品及其生產(chǎn)特點1．分類精細化學品按用途可分為醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、顏料、黏合劑、表面活性劑、催化劑、食品和飼料添加劑、塑料、合成纖維和橡膠用添加劑等。2．生產(chǎn)特點(1)精細化學品具有品種多、批量小、產(chǎn)值高等特點。(2)精細化工具有技術(shù)密集、附加值高等特點。授課提示：對應(yīng)學生用書第49頁要點一肥皂的制備1．原理油脂在堿性條件下水解生成高級脂肪酸鈉(肥皂的有效成分)和甘油。2．肥皂的生產(chǎn)工藝流程[例1]可以推斷油脂皂化反應(yīng)基本完成的現(xiàn)象是()A．反應(yīng)液使紅色石蕊試紙變?yōu)樗{色B．反應(yīng)液使藍色石蕊試紙變?yōu)榧t色C．反應(yīng)后，靜置，反應(yīng)液分為兩層D．反應(yīng)后，靜置，反應(yīng)液不分層[解析]油脂皂化反應(yīng)前后溶液均呈堿性，故不行用A推斷，B為錯誤敘述。反應(yīng)前油脂不溶于水而分層，完全反應(yīng)后其產(chǎn)物溶于水，反應(yīng)液不分層，故答案為D。[答案]D[方法規(guī)律]1液體肥皂：液體肥皂是用氫氧化鉀和油脂反應(yīng)制取，在肥皂生產(chǎn)中，還要加入填充料、抗氧劑、香料、著色劑、殺菌劑等。2鹽析：一種分別混合物的方法，是物理改變。鹽析是可逆過程，而聚沉是不行逆過程。3皂化反應(yīng)后的混合液只有加入食鹽細粒，高級脂肪酸鈉才能從混合液中析出并浮在液面上。1．除去硬脂酸鈉中混有的甘油，可采納的方法是()A．加水后分液B．加氫氧化鈉溶液后分液C．加乙酸后分液D．加氯化鈉顆粒后攪拌、過濾解析：采納鹽析的方法。答案：D要點二合成洗滌劑1．合成洗滌劑的組成：由憎水基和親水基組成，如：十二烷基苯磺酸鈉：2．合成洗滌劑的選擇條件(1)確定合適的碳鏈長度，以含碳原子個數(shù)12～18為最佳——以平衡親水性和親油性；(2)選擇不含支鏈的羥基——保證能被生物降解；(3)合理的配方——提高綜合性能，滿意不同用途和須要。3．肥皂與合成洗滌劑的優(yōu)缺點肥皂和洗滌劑不同，盡管兩者都可以去除油漬。肥皂是由自然原料——脂肪再加上堿制成的，而洗滌劑則是人工合成的材料。(1)合成洗滌劑的優(yōu)點①肥皂不適合在硬水中運用，而合成洗滌劑的運用不受水質(zhì)的限制。因為硬水中的鈣、鎂離子會跟肥皂生成高級脂肪酸鈣、鎂鹽類沉淀，使肥皂丟失去污實力，而合成洗滌劑在硬水中生成的鈣、鎂鹽類能夠溶于水，不會丟失去污實力。②合成洗滌劑去污實力強，并且適合洗衣機運用。③合成洗滌劑原料便宜。制造合成洗滌劑的主要原料是石油，而制造肥皂的主要原料是油脂，石油比油脂更價廉易得。(2)合成洗滌劑的缺點洗滌劑對環(huán)境的影響較大。合成洗滌劑的制造過程中產(chǎn)生大量的廢水和廢氣，它的運用，特殊是含磷洗滌劑的運用，又增加了一系列的環(huán)境污染。(3)肥皂的優(yōu)點肥皂運用后排放出去時，很快就可由微生物分解。所以相對來說，肥皂在生產(chǎn)和運用上，對環(huán)境的影響是稍微的。(4)肥皂的缺點肥皂洗滌的不利之處是，水中的礦物質(zhì)會與肥皂起反應(yīng)，形成不能溶解的薄膜，這將使衣物變灰，而薄膜將形成殘渣。(5)肥皂與合成洗滌劑的比較肥皂(以硬脂酸鈉為例)合成洗滌劑(以烷基苯磺酸鈉為例)原料動植物油脂(屬于生物質(zhì)原料，成本較高但可再生)石油產(chǎn)品(屬于化石原料，價格便宜，但不能再生)分子結(jié)構(gòu)C17H35COONa水溶液pH8～9，會造成某些人群皮膚過敏5～9，比較適中在酸性水中洗滌效果降低洗滌效果不受影響在硬水中與Mg2＋、Ca2＋反應(yīng)生成沉淀(即浮渣)，不易形成泡沫，洗滌效果降低洗滌效果不受影響生物降解性可被微生物降解無支鏈的可被微生物降解；有支鏈的不易被微生物降解[例2]常用洗滌劑的主要成分是十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉是常用一般洗衣粉的主要成分，其結(jié)構(gòu)可用圖形o—?來表示，·端為鏈烴基，o端為極性基。依據(jù)這一結(jié)構(gòu)特點，試分析和回答下列問題：(1)十二烷基苯磺酸鈉分子在水溶液表面分布的結(jié)構(gòu)示意圖，應(yīng)是下列各圖中的________________________________________________________________________圖(填寫序號)，理由是________________________________________________。(2)進入水內(nèi)部的十二烷基苯磺酸鈉分子，可能會以下列結(jié)構(gòu)形式中的________結(jié)構(gòu)形式存在(填寫序號)，理由是____________________________________________。[解析](1)水分子為極性分子，依據(jù)相像相溶原理，洗衣粉分子的極性基(o端)應(yīng)溶解于水中(親水基)，鏈烴基(·端)不應(yīng)溶于水中(憎水基)，C符合要求。(2)A中極性基交替排列，可削減分子之間的斥力；D中極性基(o端)向外、鏈烴基(·端)向內(nèi)的排列，在肯定程度上使憎水基團脫離與水的接觸，使體系能量最低。A、D為其可能的存在形式。[答案](1)C鏈烴基在液面上，極性基團在液面之下與水相親，可使體系能量降低。(2)AD極性基團交織排列，可削減分子之間的斥力；鏈烴基向內(nèi)、極性基團向外的結(jié)構(gòu)，在肯定程度上使親油基團—鏈烴基脫離與水的接觸，使體系能量降低。[方法規(guī)律]本題依據(jù)洗滌劑的去污原理，鏈烴基屬于憎水基，—SO3Na屬于親水基，是“相像相溶”原理應(yīng)用的實例，現(xiàn)象是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的反映；分子的排列要以體系能量處于最低為原則，考查學生對洗滌劑去污原理的理解實力。用水作為主要清潔劑去污時，一般要加入適量的肥皂或者洗滌劑，它是利用了相像相溶原理。洗滌過程中，污垢中的油脂與肥皂或洗滌劑接觸后，烴基部分插入油滴使油污被包圍起來，再經(jīng)過摩擦、振動，大的油污被分散成小的油珠，脫離被洗物分散到水中形成乳濁液。2．下列有關(guān)合成洗滌劑的敘述錯誤的是()A．在洗滌劑烷基苯磺酸鈉中，烷基含碳原子的個數(shù)以12～18為宜B．在洗滌劑烷基苯磺酸鈉中，烷基應(yīng)以帶有支鏈的為宜C．在合成洗滌劑中添加酶制劑可提高洗滌效果D．在合成洗滌劑中應(yīng)以無磷助劑代替含磷助劑解析：選項A，烷基是親油憎水基，故碳原子數(shù)不宜太多或太少，以12～18為宜，正確；選項B，在洗滌劑烷基苯磺酸鈉中，烷基應(yīng)以直鏈為宜，因為支鏈很難被細菌降解而使水體污染，故不正確；選項C，合成洗滌劑中添加酶制劑可除去某些特殊的污漬，提高洗滌效果，正確；選項D，含磷助劑可使水體富養(yǎng)分化，故應(yīng)以無磷助劑代替，正確。答案：B授課提示：對應(yīng)學生用書第50頁1．下列物質(zhì)中，分子的一端親水，另一端親油的是()A．CH3(CH2)15SO3Na B．CH2CH2CH3C．CCl4 D．CH3(CH2)4COOH解析：表面活性劑的基本性質(zhì)是具有極性基團(親水)和非極性基團(親油)。烴基是非極性基團能親油，而酸根為極性基團能親水，故CH3(CH2)15SO3Na和CH3(CH2)4COOH具有上述性質(zhì)。答案：AD2．有關(guān)肥皂的敘述中正確的是()①利用油脂在堿性條件下水解制得②肥皂的主要成分是高級脂肪酸鈉和甘油③使肥皂從油脂水解后的混合物中分別的過程是鹽析④肥皂制成后不能再溶于水A．①②B．②④C．③④D．①③解析：(解除法)：①正確，解除B、C；肥皂中沒有甘油，②錯誤，解除A。答案：D3．化學與人類生活親密相關(guān)。下列說法正確的是()A．苯酚有肯定毒性，不能作消毒劑和防腐劑B．白磷著火點高且無毒，可用于制造平安火柴C．油脂皂化生成的高級脂肪酸鈉是肥皂的有效成分D．用食醋去除水壺中的水垢時所發(fā)生的是水解反應(yīng)解析：苯酚具有肯定毒性，但可以作消毒劑和防腐劑，白磷易燃，不能用于制造平安火柴。肥皂的有效成分是高級脂肪酸鈉，C正確。食醋除去水垢的反應(yīng)是復(fù)分解反應(yīng)。答案：C4．合成洗滌劑同肥皂相比有哪些優(yōu)點：①原料便宜②不受軟水、硬水的限制③不污染水體④去污實力強，你認為正確的是()A．①②④B．②③④C．①④ D．①③④解析：合成洗滌劑的生產(chǎn)和運用對環(huán)境都有較大的影響，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢水和廢氣，運用時，特殊是含磷洗滌劑的運用，也會對水體產(chǎn)生污染，故其不具備優(yōu)點③，①、②、④均屬于合成洗滌劑的優(yōu)點。答案：A5．將洗衣粉和肥皂制成溶液進行有關(guān)試驗，試回答下列問題：(1)分別用紫色石蕊試紙檢驗，試紙呈________色和________色，其緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)不能在酸性水中運用的是________，其緣由是(用離子方程式表示)________________________________________________________________________。(3)不能在硬水中運用的是________，其緣由是(用離子方程式表示)________________________________________________________________________。(4)洗衣粉的主要成分________________，肥皂的成分是________，兩者都屬于________類化合物。解析：烷基苯磺酸或烷基磺酸均屬于有機強酸，而高級脂肪酸屬于有機弱酸，洗衣粉的主要成分烷基苯磺酸鈉或烷基磺酸鈉是強酸強堿鹽，溶于水溶液呈中性；而肥皂的主要成分高級脂肪酸鈉(通常是硬脂酸鈉C17H35COONa)是強堿弱酸鹽，溶于水呈較強的堿性。由于肥皂的主要成分是高級脂肪酸鈉，