老師:非常好。前兩個試驗大家都得出結論了,但是第三個試驗需要較長的時間才能使棉花幹燥,我這裏有一塊在課前製得的產物。現在我們把它和一團普通的棉花一起在酒精燈上點燃,請大家注意觀察。
【演示點燃火棉和普通棉花】
學生眾:產物在酒精燈火焰上燃燒時發出一團火,瞬間就消失了,基本上沒什麼灰燼。而普通棉花的燃燒沒有這麼劇烈,最281後還留有灰燼。
老師:大家想想,這種物質燃燒得這麼快,而且沒有灰燼,它可以幹什麼用呢?學生眾:製炸藥。
老師:對。纖維素與硝酸在濃硫酸存在的條件下發生了酯化反應,生成了硝酸纖維。其中含氮量比較高的稱為火棉,含氮量比較低的稱為硝棉。我們來總結一下,纖維素的化學性質主要都有哪些?
學生己:主要有三點:①沒有還原性;②水解反應;③酯化反應。請大家自己試著寫出纖維素與硝酸發生酯化反應的化學方程式。
【學生寫方程式】
【板書】
老師:下麵請大家繼續查閱資料,討論,回答下麵的思考題:
【投影顯示思考題】從硝酸纖維的發現史中得到什麼啟示?結合它的發現史談談它對高分子化學的發展有什麼影響?
【學生查閱資料,討論】
學生甲:硝酸纖維是實驗室中的偶然發現,但被有心的科學家加以研究,成為一種製作火棉的方法。德國化學家舒賓在廚房中正在做化學實驗,一不小心把一些盛著濃硫酸和濃硝酸的混合物在廚房裏灑了一地。驚慌之中,他隨手抓起妻子的圍裙,把亂七八糟的東西擦幹淨了。然後,他為了不被妻子發現,又把圍裙拿到火爐上去烘幹。結果圍裙讓火一烘一下子就不見了。教授是一位科學上的有心人,當然不會放過這個發現,他認為偶然背後一定存在著必然,於是,舒賓開始設計一個試驗,模擬“圍裙著火”的現象。他把棉花和濃硫酸、濃硝酸混在一起,讓它們發生化學反應,然後將產物洗淨、晾幹,結果得到了一種淺黃色的,外觀與棉花很相似的物質,舒賓稱它為火棉。
學生乙:另一種發現的方法是人們對自然界存在的現象、事物的理性思考:在天然高分子化合物纖維素經過改性後用於製造人造絲,而人工造絲的想法是受了自然界生物的啟示。人們對蜘蛛、蠶等昆蟲吐絲、結網、作繭的奇妙現象產生了濃厚的興趣,通過研究它們的生理構造,發現它們體內有許多黏稠的液體,通過小口吐出,遇到空氣便會凝結成絲,於是便試圖用人工方法仿製出類似的黏液,然後通過小孔進行抽絲。怎樣得到這種黏液呢?人們把注意力集中在蠶身上。蠶以桑葉為食,吐出蠶絲,從它們的化學成分看,桑葉的主要成分為纖維素,而蠶絲的主要成分為蛋白質,蛋白質與蠶絲相比,組成元素中多了一種氮元素。於是人們想到,能否用含氮的物質與纖維素反應,製得黏液抽絲呢?人們用纖維素與硝酸反應,再將其溶於乙醇、乙醚的混合溶液中,得到珂羅酊。1855年,安地瑪爾把珂羅酊通過毛細針管擠到空氣中,溶劑蒸發後就凝固成光亮、柔韌的絲。
老師:剛才同學們列舉了兩種製得硝酸纖維的不同的方法,硝酸纖維的發現體現了人們認識事物的一般規律由感性認識到理性認識,在理性認識的基礎上進行實踐;有些發現是偶然的,但科學家抓住了偶然因素中的必然,這需要一絲不苟的科學態度和對科學執著的精神;硝酸纖維最早用於製強棉火藥,然後人們發現,把它溶於乙醇和乙醚的混合溶液後,得到的無色、透明的物質可以用於封瓶口,這種作用一直延續到今天。後來人們又發現把硝酸纖維和樟腦一起溶到乙醇、乙醚的混合液中之後,就得到賽瑤絡,在19世紀末和20世紀初,賽璐珞有廣泛的用途,如製造梳子、牙刷、衣領、薄膜玩具、汽車風擋、鋼琴鍵及照相膠卷等消費品,但是由於它容易燃燒,所以在很多方麵它已經被其他材料所代替。目前我們隻用它來做兵乓球。在賽璐珞的基礎上,人們繼續改進它的性質,最終製得了醋酸纖維,也稱賽職絡,在很多方麵可以取代賽璐珞。硝酸纖維的出現開辟了合成纖維和合成塑料兩大工業的先河,雖然現在已被很多新材料所取代,但在高分子化學的發展上起到了拋磚引玉的作用,應充分肯定它,這就是科學的曆史觀。我們都知道中國古代有四大發明並引以為榮,其中有一項就是造紙。究竟我們的祖先是怎樣用破布、麻繩、舊漁網造出了光潔、柔軟的紙呢?現在請大家看錄像。
【學生看錄像】
老師:通過前麵的討論,我們對纖維素的結構和性質已有所了解,下麵還有一個討論題:
【投影顯示思考題】請你結合我國國情,談談對纖維素發展的展望。
【學生查閱資料,討論】老師:請同學們說一說你們的觀點。學生甲:植物通過熱解、酶解和水解可以得到可燃性氣體、液體和其他一些有機化合物。這些可燃性氣體和液體主要是低分子量的碳氧化合物,可直接作為能源或經過分離純化後作為化學工業的基本原材料。
學生乙:有很多化妝品的原料來自於植物中的纖維素。將膠棉溶於乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇和甲苯的混合溶劑中,即配成指甲油。但通常為了增加指甲油的附著力,並使其更柔軟、耐用還要加入一些其他化學物質。
學生兩:把纖維素依次用濃氫氧化鈉、二硫化碳處理,再把生成物溶解於稀氫氧化鈉溶液中即形成黏膠液。如果把點膠液通過狹縫壓人稀酸中,可製成透明的薄膜,俗稱玻璃紙。
學生丁:用醋酸纖維代替硝酸纖維來製造照相底片和電影膠片。
學生戊:纖維素在衣食住行等方麵都可以滿足人們的需求,改善人們的生活條件。像棉纖維可以直接用於製衣,另外木材的水解得到的糠醛,是製造酚醛塑料、尼龍、橡膠的原料。尼龍廣泛用於製造襪子、襯衫、內衣、地毯等;還可用於製造人造毛、人造棉、人造絲等。經過水解,1000千克木材鋸末可發酵生產120千克酒精,酒精的用途幾乎遍及整個化纖工業。食物纖維素也是維護人體健康必需的營養成分之一,被稱為“第七營養素”。纖維素與半纖維素是不能被人體消化的,但豆類、蔬菜和
水果中的纖維素對人體的健康有許多重要的生理功能。強力黏膠人造絲用作飛機和汽車等的橡膠輪胎的骨架,使輪胎能承受巨大壓力。
學生己:隨著石油、煤炭、天然氣等自然資源的日益短缺,可再生的植物資源的開發利用、纖維素化學的進步與發展將直接影響到人類的生活和發展。可以預料,再過2030年,人類將可以從植物資源中得到所需的大部分生活用品,比如說從現在大量使用的衣服、紙張、建築材料到今後的天然材料、塑料、塗料、飼料、包裝材料以及食品等。可以說,纖維素將在人類的衣食住行方麵發揮出更大的作用。
老師:同學們談得非常好,原來纖維素在我們的生活中扮演著這麼重要的角色,那麼針對我們國家的具體國情,即森林覆蓋率還比較低,雖然綠色植物屬於可再生的資源,但是我們本著可持續發展的原則,還是應該很好地加以計劃和使用。
【投影】顯示一幅景色優美的圖片老師:大家看到屏幕上的景色,青山、綠水、藍天,令人心礦神怡,我們也希望自己生活在這樣的環境中,那麼一定不要忘記,人與自然應和諧相處。