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2019-2020年高中化學集體備課 《第三章 探索生活材料》第四節(jié)　塑料、纖維和橡膠教案 蘇教版選修1 課題：第四節(jié)　塑料、纖維和橡膠（一） 授課班級 課 時 教 學 目 的 知識 與 技能 1、了解常見的塑料的化學成分、性質和用途等 2、了解合成纖維和橡膠的種類、性能及天然橡膠的化學組成。 過程 與 方法 通過熱塑性資料和熱固性資料等實例，認識材料的組成、結構和性能之間的關系 情感 態(tài)度 價值觀 通過了解塑料、纖維和橡膠等材料的應用，認識化學是材料科學發(fā)展的基礎，以及化學科學的發(fā)展對提高人類生活質量所起的積極作用，激發(fā)學生學習興趣 重 點 熱塑性塑料和熱固性塑料， 難 點 橡膠的硫化 知 識 結 構 與 板 書 設 計 第四節(jié) 塑料、纖維和橡膠 一、合成材料 1、塑料(plastic) （1）成分 主要反應類型 單體概念 （2）熱塑性和熱固性 ①熱塑性：有機高分子化合物（如聚乙?。┦軣崛刍闪鲃拥囊后w，冷卻后成固體，這種現(xiàn)象叫熱塑性。 ②熱固性：有些有機高分子化合物加工成型后受熱不會熔化，這種現(xiàn)象叫熱固性。如酚醛塑料。 （3）線型結構和體型結構 2、纖維和橡膠 （1）合成纖維原料：石油、天然氣、煤等 （2）6大綸：錦綸(尼龍)、滌綸(的確良)、腈綸(人造羊毛)、維綸、氯綸、丙綸。 (3) 天然橡膠的化學組成是聚異戊二烯： (4) 硫化橡膠具有較高的強度、韌性、良好的彈性和化學穩(wěn)定性等。 教學過程 教學步驟、內容 教學方法、手段、師生活動 [投影] [引入]你能找出有那些物品是合成材料嗎？ [板書] 第四節(jié) 塑料、纖維和橡膠 一、合成材料 [講]日常生活中我們接觸到的塑料、合成纖維、黏合劑、涂料等都是合成高分子材料，簡稱合成材料。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，合成材料的運用越來越廣泛，它們在社會生活中起了越來越重要的作用?？梢哉f人工合成材料的出現(xiàn)是材料史上的一次飛躍，推動人類社會的進步。今天，我們將來學習合成材料的三大主要成員：塑料、 合成纖維、合成橡膠。 [板書]1、塑料(plastic) （1）成分 主要反應類型 單體概念 [科學探究]在一支試管中放入聚乙烯塑料碎片約3g，用酒精燈緩緩加熱，觀察塑料碎片軟化和熔化的情況。熔化后立即停止加熱以防分解。等冷卻后固化后再加熱，觀察現(xiàn)象。 仔細觀察實驗，描述實驗現(xiàn)象：熔化成可流動液體，遇冷后又變成固體。 [板書]（2）熱塑性和熱固性 ①熱塑性：有機高分子化合物（如聚乙?。┦軣崛刍闪鲃拥囊后w，冷卻后成固體，這種現(xiàn)象叫熱塑性。 ②熱固性：有些有機高分子化合物加工成型后受熱不會熔化，這種現(xiàn)象叫熱固性。如酚醛塑料。 [投影]熱塑性和熱固性塑料用途 [問]教師用力拉一下食品袋或橡皮筋，然后放松，問學生觀察到什么現(xiàn)象？（彈性），又問為什么會具有彈性呢？ 在高分子化合物的結構中原子間、鏈節(jié)間是以共價鍵結合。淀粉、纖維素是C—C、C—O單鍵，蛋白質是C—C，C—N單鍵，聚乙烯是C—C單鍵，這些鍵可以自由旋轉，所以高分子是蜷曲的長鏈，彈性就可以證明了這一點，小分子短就不會具備這種性質。 [問]長鏈分子又怎樣組成物質的呢？橡皮筋和硬橡皮的區(qū)別？ [講]① 線型結構（直鏈或帶支鏈），如淀粉、纖維素、聚乙烯等。它們分子間主要是靠分子間作用力結合。其強度是化學鍵和分子間力的共同表現(xiàn)。因此相對分子質量越大，鏈越長，這些作用力也越大，強度就強。這是它們不同于小分子物質的特點。 ② 體型結構（網(wǎng)狀結構），這種結構表現(xiàn)為鏈上有能夠反應的官能團。高分子鏈之間除分子間力外，還可以產(chǎn)生化學鍵（產(chǎn)生交聯(lián)），因而使得這類化合物具有強度高、耐磨、不易溶解等不同于線型結構高分子的性質。 橡皮筋是橡膠中（主要成份是聚異戊二烯）加了少量3％的硫，由于交聯(lián)較少，仍保留有線型結構的特點，而硬橡皮則是在橡膠中加入了30％的硫，由于交聯(lián)多，因而具有了典型的網(wǎng)狀結結構。此外如酚醛樹脂也是體型結構的高分子化合物。 [投影]塑料的線型結構和體型結構 [板書]（3）線型結構和體型結構 [學與問]從塑料結構分析，塑料一般情況下會導電嗎？ 塑料中原子是以共價鍵結合的，沒有自由電子和能夠自由移動的離子。因此，在一般情況下塑料不易導電，是良好的電絕緣材料。 [投影]科學視野---導電聚合物 導電聚合物是一種高分子物質，它的導電能力很強，幾乎可以達到金屬導電的性能。聚合物是由簡單分子聯(lián)合形成的大分子物質。聚合物要能夠導電，其內部的碳原子之間必須交替地由單鍵和雙鍵連接，同時還必須經(jīng)過摻雜處理，即通過氧化或還原反應移去或導入電子。 導電聚合物的研究興起于本世紀70年代，80年代達到高潮，目前則趨于消沉。導電聚合物已廣泛地用于許多工業(yè)領域，如抗電磁輻射的計算機視力保護屏幕、能過濾太陽光的"智能"玻璃窗等。除此之外，導電聚合物還在發(fā)光二極管、太陽能電池、移動電話和微型電視顯示裝置等領域不斷找到新的用武之地。導電聚合物的研究成果，還對分子電子學的迅速發(fā)展起到推動作用，從而為人類在未來制造由單分子組成的晶體管和其它電子元件奠定了基礎。這不僅可以大大提高計算機的運算速度，而且還能縮小計算機的體積。2000年度諾貝爾化學獎即獎給對導電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展做出貢獻的科學家艾倫.黑格、艾倫.克迪爾米德與白川英樹。 ［投影］ [閱讀]課本63頁表3－1“幾種常見塑料的性能和用途” 化學成分 性能 用途 制品 聚乙烯(PE) 電絕緣性好，耐化學腐蝕，耐寒，無毒 可制成薄膜食品、藥物的包裝材料，以及日常用品、絕緣材料、管道等 食品保鮮膜 聚氯乙烯 電絕緣性好，耐化學腐蝕，耐有機溶劑，耐磨，熱穩(wěn)定性差，遇冷變硬，透氣性差 可制薄膜、軟管、日常用品，以及管道、絕緣材料等，薄膜不能用來包裝食品 電線外面的絕緣層 聚丙烯(PP) 機械強度好，電絕緣性好，耐化學腐蝕，質輕，無毒。耐油性差，低溫發(fā)脆，容易老化 可制薄膜、日常用品、管道、包裝材料等 飲料瓶箱 聚苯乙烯(PS) 電絕緣性好，透光性好，耐化學腐蝕，無毒，室溫下硬、脆，溫度較高時變軟，耐油性差 可制高頻絕緣材料，電視、雷達部件，醫(yī)療衛(wèi)生用具，還可制成泡沫塑料用于防震、防濕、隔音、包裝墊材等 包裝材料 聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃，PMMA) 透光性好，質輕，耐水，耐酸，堿，抗霉，易加工，耐磨性較差，能溶于有機溶劑 可制飛機，汽車用玻璃，光學儀器，醫(yī)療器械，廣告牌等 廣告牌 脲醛塑料(電玉) 絕緣性好，耐熱，抗水，易于著色 可制電工器材，汽車部件，日常用品等 聚四氟乙烯(PTFE) 耐低溫，高溫，耐化學腐蝕，耐溶劑性好，電絕緣性好，加工困難 可制電氣、航空、化學、醫(yī)藥、冷凍等工業(yè)的耐腐蝕、耐高溫，耐低溫的制品 不粘鍋 [板書]2、纖維和橡膠 [科學探究] 1、取一小快純棉布、羊毛織物、尼龍布，分別在酒精燈火焰上灼燒，觀察現(xiàn)象。 2、取上述材料各一小塊，分別浸入10%硫酸溶液和3%氫氧化鈉溶液，微熱5～6分鐘，取出后，用水漂洗，烘干，觀察有什么變化？ ［投影］ 灼燒情況 受酸溶液的影響 受堿溶液的影響 純棉布 容易燃燒，有燒紙的氣味，灰燼用手一觸即破碎 輕微 輕微 羊毛 接近火焰先卷縮，有燒毛發(fā)的焦糊味，灰燼為黑色、膨脹易碎的顆粒 受腐蝕 部分溶解 尼龍布 接近火焰時迅速卷縮，燃燒緩慢，有特殊的氣味，趁熱可以拉成絲，灰燼為灰褐色玻璃球狀，不易破碎 [講]合成纖維是用石油、天然氣、煤等為原料，經(jīng)一系列的化學反應，制成合成高分子化合物，再經(jīng)加工而制得的纖維。它廣泛用于服裝、裝飾和產(chǎn)業(yè)三大領域，它的使用性能有的已經(jīng)超過了天然纖維。合成纖維緩解了糧棉爭地的矛盾，滿足人們對紡織品日益增長的需要，在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮愈來愈大的作用。 合成纖維的耐化學性能要比天然纖維強，如丙綸和氯綸的耐酸、耐堿性能都非常優(yōu)良。目前主要有6大綸，按合成的年代先后為氯綸、錦綸、維綸、腈綸、滌綸、丙綸。廣泛應用于工農業(yè)生產(chǎn)和日常生活. [板書]（1）合成纖維原料：石油、天然氣、煤等 （2）六大綸：錦綸(尼龍)、滌綸(的確良)、腈綸(人造羊毛)、維綸、氯綸、丙綸。 ［投影］ [講]橡膠是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械所必須的材料,是重要的戰(zhàn)略物資,最初人們是從橡膠樹中獲得天然橡膠.但天然遠遠不能滿足要求,于是科學家就開始研究用化學方法合成橡膠. [板書](3) 天然橡膠的化學組成是聚異戊二烯： ［講］合成橡膠分為通用橡膠和特種橡膠。通用橡膠：如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。特種橡膠：如耐熱和耐酸堿的氟橡膠、耐高溫和耐嚴寒的硅橡膠等。 ［問］為什么橡膠硫化后，其性能改變很大？ ［投影］ ［講］橡膠未硫化以前，單個分子間沒有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機械性能，實用價值不大。當橡膠配以硫化劑經(jīng)過硫化（交聯(lián)）以后，由于立體結構的形式從而使性能大大改善，尤其是橡膠的定伸強度、彈性、硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大幅度提高，成為具有寶貴作用價值的硫化膠。 [板書](4) 硫化橡膠具有較高的強度、韌性、良好的彈性和化學穩(wěn)定性等。 [投影] ［小結］合成橡膠與天然橡膠相比，具有高彈性，絕緣性、耐油和耐高溫等性能，因而廣泛應用于工農業(yè)、國防、交通及日常生活中。 硫化后的橡膠適合制造汽車輪胎，加入炭黑可增強輪胎的耐磨性 教學回顧： 教 案 課題：第四節(jié)　塑料、纖維和橡膠（二） 授課班級 課 時 教 學 目 的 知識 與 技能 了解有關復合材料的知識 過程 與 方法 舉例生活中常用合成高分子材料化學成分及其性能，評價高分子材料的使用對人類生活質量和環(huán)境質量的影響 情感 態(tài)度 價值觀 了解居室裝修材料的主要成分及其作用 重 點 物質的結構對性能和用途的影響，化學在提供生活材料方面的重要作用 難 點 認識物質的組成、結構與性能和用途的關系 知 識 結 構 與 板 書 設 計 二、復合材料 (composite) 1．復合材料的定義：復合材料是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料。其中一種材料作為基體，其他的材料作為增強劑。 2．優(yōu)異的性能：強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕，在綜合性能上超過了單一材料。 3．應用：宇宙航空工業(yè)、汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品、人類健康等方面。 教學過程 教學步驟、內容 教學方法、手段、師生活動 [學與問]每種材料都有它的優(yōu)缺點，金屬材料強度大，但易被腐蝕。陶瓷材料強度大，耐高溫，但脆性大。合成材料密度小，但不耐高溫。航天工業(yè)需要強度大、耐高溫、密度小的材料。海洋工程需要耐高壓、耐腐蝕的材料。怎樣獲得這些材料呢？ 要獲得性能全面的特殊材料，一方面是在原有的材料的基礎上發(fā)展創(chuàng)新，發(fā)揮其優(yōu)勢，努力克服其不足。例如，研制一些新型的合金、陶瓷和合成材料等；另一方面是將不同性能的材料組合起來，制成復合材料，使各組分材料在性能上進行互補，同時產(chǎn)生某些特殊性能。由于復合材料的設計自由度很大：不僅可以選擇不同的組分材料，而且可通過改變各組分材料的含量來滿足不同的需求。因此，復合材料是材料科學發(fā)展的必然趨勢。 (書后習題P68-6) [板書]二、復合材料 (composite) 1．復合材料的定義：復合材料是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料。其中一種材料作為基體，其他的材料作為增強劑。 [投影] [講]玻璃鋼是一種以高分子樹脂為基體，以玻璃纖維為增強體，經(jīng)過復合工藝而制成的復合材料。通常具有耐腐蝕，抗老化，絕緣性好等特點，在管道、造船、汽車制造等領域有廣泛應用。 玻璃鋼堅韌，比鋼材輕得多。噴氣式飛機上用它作油箱和管道，可減輕飛機的重量。登上月球的宇航員們，他們身上背著的微型氧氣瓶，也是用玻璃鋼制成的。玻璃鋼加工容易，不銹不爛，不需油漆。我國已廣泛采用玻璃鋼制造各種小型汽艇、救生艇及游艇。節(jié)約了不少鋼材?；S也采用酚醛樹脂的玻璃鋼代替不銹鋼做各種耐腐蝕設備，大大延長了設備壽俞。玻璃鋼元磁性，不阻擋電磁波通過。用它來做導彈的雷達罩，就好比給導彈戴上了一副防護眼鏡，既不阻擋雷達的“視線”，又起到防護作用。 [板書]2．優(yōu)異的性能：強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕，在綜合性能上超過了單一材料。 3．應用：宇宙航空工業(yè)、汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品、人類健康等方面。 [投影] [思考與交流]居室裝修材料 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對室內環(huán)境的要求越來越高，因此對居室和辦公室進行裝修非常普遍。居室裝修所用的材料中，既有金屬材料，又有硅酸鹽材料；既有天然材料，又有合成材料。請查閱相關資料，就居室裝修材料的主要成分、作用，以及可能對居室環(huán)境造成的影響進行交流。 ［講］居室中的每個部位裝修時可能用到多種材料。例如，地面裝修可以用復合地板，可以用實木地板，還可以用大理石或瓷磚等；衛(wèi)生間和廚房裝修時可能要用到水泥、玻璃、陶瓷、PVC板、鋁合金板、不銹鋼和大理石等材料。下表只舉了一兩個例子作簡單說明，僅供參考。 ［投影］ 部位 可能用到的裝修材料 裝修材料的主要成分 裝修材料的作用 可能對居室環(huán)境的影響 地面 復合地板 復合地板一般由底層、基材層、裝飾層和耐磨層等四層復合而成。 底層：一般由聚酯材料制成，起防潮作用； 基材層：以木質纖維等為原料，用脲醛樹脂或糖醛類樹脂等黏合劑制成的人造板材 裝飾層：將印有特定圖案的特殊紙放入三聚氰氨溶液中浸泡后形成； 耐磨層：在地板的表層上均勻壓制一層由氧化鋁組成的耐磨劑 裝飾、防潮和耐磨等 復合地板制造過程中用到的黏合劑會釋放出甲醛 墻面、頂棚(包括燈飾) 涂料 涂料一般由膜物質、溶劑、顏料和助劑四部分組成。一些新型涂料則不含溶劑 成膜物質：包括植物油、天然樹脂和各種合成樹脂等 溶劑：包括有機溶劑(如甲苯、二甲苯)和水，用于稀釋成膜物質 顏料：分散成涂料中的、不溶的微細有色固體顆粒 助劑：賦予涂料某些特殊功能 裝飾、保護墻面等 揮發(fā)性的有機溶劑(如甲苯、二甲苯)、顏料中的重金屬(如Pb、Cr)等都會對人體造成危害。水溶性涂料(用水作溶劑)對人體的危害較小 衛(wèi)生間 陶瓷(包括潔具和瓷磚) 硅酸鹽 裝飾、防水 可能產(chǎn)生放射性 鋁合金板(頂部) 鋁合金 裝飾、防水 廚房 天然大理石 碳酸鈣 防水、耐磨 可能產(chǎn)生放射性 PVC板(頂部) 聚氯乙烯 門窗(包括窗簾) 塑鋼 以聚氯乙烯為基材，外加填充劑等 裝飾、密封 玻璃 普通玻璃的成分是Na2SiO3 ，CaSiO3 和SiO2 [總結]今天我們就合成材料進行了學習，通過學習，我們可以說不僅認識到合成材料的利弊，而且同學們在近兩個星期的對白色污染的調查中，很好地培養(yǎng)了自己的環(huán)保意識，老師希望你們人人都能成為一名優(yōu)秀的“環(huán)保衛(wèi)士”。 ［知識拓展］戰(zhàn)爭的產(chǎn)物——合成橡膠 現(xiàn)在的橡膠，大部分已不再是從橡膠樹中流出來的膠液制成的，而是用石油或天然氣做原料用人工制造出來的，因為天然橡膠已遠遠不能滿足人們的需要。現(xiàn)在全世界生產(chǎn)的橡膠中，天然橡膠只占1/3，人工合成橡膠占2/3。 人造橡膠發(fā)展這么快，是由于戰(zhàn)爭的原因。第一次世界大戰(zhàn)期間，汽車輪胎、火炮輪胎、飛機輪胎、坦克輪胎等都離不開橡膠。協(xié)約國為了打敗同盟國，對德國進行封鎖，切斷了海上運輸線，德國人得不到天然橡膠，急得像熱鍋上的螞蟻。因為打壞的輪胎使飛機無法起飛，火炮拉不動，汽車跑不了。德國人為了擺脫困境，決心制造人造橡膠。但這并不那么容易，因為從樹上流出來的這種特殊東西不是想造就能造出來的。 但德國有一批很有才華的科學家，也非常會利用前人的科研成果。他們經(jīng)過不斷探索，硬是用煤做原料把橡膠造出來了。雖然性能比天然橡膠差得多，但也能應急對付一陣。這些德國科學家是怎樣造出人工橡膠的呢？原來早在這之前約一個世紀，即1826年，英國著名科學家法拉第不僅對電磁有興趣，對橡膠這東西也發(fā)生了興趣，并弄清了天然橡膠中有由5個碳原子和8個氫原子組成的原子團，它的化學名稱是異戊二烯，分子式是C5H8；而且弄清了橡膠分子并不是僅由一個這樣的原子團組成的，其分子結構比這要復雜得多。 這樣，德國人就知道天然橡膠的基本成分了。他們又查到，1860年時有一位叫威廉斯的科學家曾經(jīng)從天然橡膠的熱裂解產(chǎn)物中分離出異戊二烯，它在空氣中會氧化成白色的有彈性的東西。他們還查到，1879年時，法國化學家布查德也研究過天然橡膠分子，并搞清了它是由成百上千個C5H8原子團聚合成的，也就是這種原子團一個接一個地串成“鏈條狀”的大分子。布查德還提出過，可能正是這些長鏈分子相互連接在一起，才使橡膠有了彈性。因此他曾想如果把這些原子團連成一長串變成長鏈大分子，就可能制造出有彈性的人造橡膠來。但布查德還沒有來得及合成人工橡膠就去世了。1884年，英國科學家契爾頓在布查德設想的基礎上進一步試驗，用從樹脂中提取出的異戊二烯成功地合成長鏈分子，生產(chǎn)出了和天然橡膠一樣的人工橡膠。 1909年，德國化學家霍夫曼想按契爾頓的方法成批生產(chǎn)人工橡膠，但結果不理想。不久即爆發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)，戰(zhàn)爭中要消耗大量橡膠，國外又進行封鎖，德國人走投無路，于是組織一大批科學家再次研究人造橡膠，并最終用煤做原料，成功地研究出人造橡膠的生產(chǎn)方法。在第一次世界大戰(zhàn)結束前，一共生產(chǎn)了2350噸人造橡膠供戰(zhàn)爭急需。當然，這些人造橡膠不可能挽救德國失敗的命運，但從此卻開創(chuàng)了制造人工橡膠的先河。 ［書后習題］P68 1、如果只考慮受熱特性，有人將塑性塑料比作蠟，將熱固性塑料比作雞蛋。你認為這種比喻恰當嗎？為什么？ 熱塑性塑料受熱時可以熔化和塑造成型，冷卻后變成固體，加熱后又可以熔化，這個過程可以重復多次，這種受熱特性和蠟相似。熱固性塑料在制造過程中受熱時能變軟，可以塑制成一定的形狀，但加式成型后就不會受熱熔化，這種受熱特性和雞蛋相似。 2、當用聚乙烯制成的塑料袋提重物時，塑料袋會變形，為什么？找一塊塑料薄膜，從兩個不同的方向開始撕，所用的力相同嗎？為什么？ 聚乙烯塑料屬于熱塑性塑料，具有長鏈狀的線形結構，長鏈之間是以分子間作用力結合在一起的。當提重物(或被拉扯)時，鏈與鏈之間的分子間作用力減弱，長鏈能夠移動。因此，塑料袋會變形。 塑料薄膜也屬于熱塑性塑料，從兩個不同的方向開始撕，所用的力是不同的。因為從一個方向撕時，破壞的可能是塑料內鏈和鏈之間的弱的分子間作用力，所用的力大小一些；從另一個方向撕時，破壞的可能是塑料中長鏈內原子之間的強的共價鍵，所用的力大一些。 3、現(xiàn)在許多汽車的保險杠是用塑料制造的，取代以前的鋼制的保險杠。這種改變對下列人士來說，可能有什么好處？ 現(xiàn)在許多汽車的保險杠是用聚酯塑料或聚丙烯塑料制造的，用來取代以前的鋼制的保險杠。塑料保險杠具有較高的強度和剛性，以及良好的裝飾性。從安全性來看，汽車發(fā)生碰撞事故時能起到緩沖作用，保護前后氣體；從外觀來看，可以很自然地與車體結合在一起，具有良好的裝飾性(鋼制保險杠與車身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件，不太美觀)。另外，用塑料制造保險杠還可以減輕車的重量，同時降低成本。 (1) 汽車制造商：車的外形變得美觀，能夠提高銷量；易于加工，降低成本；意外撞擊時減震作用增強，車的安全性能提高等。 (2) 車主：車的重量減輕，油耗降低；汽車價格便宜；車的安全性能提高。 (3) 意外被保險杠接到的行人：具有緩沖作用，減輕傷害等。 5、為什么橡膠硫化以后，其性能改變很大？ 橡膠硫化以后，由線型結構變成體型結構，從而具有較高的強度、韌性、良好的彈性和化學穩(wěn)定性等，也更具有實用價值。 教學回顧：