课题1　无机非金属材料教案设计（一等奖）

第三节 无机非金属材料

●教学目标

1.使学生对硅酸盐工业及一些产品和新型无机非金属材料有大致印象。

2.使学生认识到化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。用科学的奇妙和威力激发学生学习化学的兴趣。

3.通过介绍我国材料科学发展的成就，对学生进行爱国主义教育。

4.通过社会及科学技术的发展对新型材料的要求，培养学生的社会责任感。

●教学重点

水泥、玻璃、陶瓷工业的发展及其在现代国民经济中的主要地位

新型无机非金属材料的特点、用途和发展

●教学难点

激发学生的求知欲

培养学生热爱科学的情感

●课时安排

2课时

●教学方法

实物展示、启发诱导、引导归纳、自学、讲述、实验

●教学用具

录像机、投影仪

普通玻璃片、红色玻璃片、蓝色玻璃片各一块，普通玻璃管、被碰损的搪瓷碗或杯，稀盐酸、酒精喷灯、火柴、图片、高压钠灯、光导纤维玩具。

●教学过程

第一课时

［引言］请同学们看以下一些住宅图，并注意它们各自的构成材料。

［图片展示］图片1：原始人居住的洞穴

图片2：用茅草搭起来的房屋

图片3：用树枝、泥巴盖起来的房子

图片4：用石头砌起来的石屋，用木棍、木板搭起来的房子

图片5：用砖、水泥等盖的住宅

图片6：高楼大厦

图片7：现代居室（包括电视机、音响、电脑等）

［问］大家看了这些图片以后，想到了什么? ［生］甲：人类社会是越来越进步的。

乙：所用材料越来越高级。

丙：人类智慧的力量是无穷的。

丁：人类可以在自然条件材料的基础上进行再加工。

戊：人类加工自然资料的技术越来越高，以至于根本看不出它们的本来面目。

……

［师］大家回答得很好。以上图片说明这样一个事实，即在人类社会发展的过程中，大自然馈赠予人类的材料（如泥土、木材、石头等），已远远不能满足人类社会发展的需求。为了人类自身发展的需要，人们总是在大自然的馈赠之外，用自己的聪明才智和勤劳的双手，不断地研制、创造着各种各样的新材料，以满足人类物质文明和科学技术不断发展的需要。

人类使用和制造材料有着悠久的历史，从制造出第一种材料——陶开始，发展到

今天，材料的品种越来越多，各种材料组成了一个庞大的材料家族。

在材料家族中，有一类非常重要的材料叫无机非金属材料。

［板书］第三节 无机非金属材料

［引言］请大家看录像机展示的这些物品。

［录像机展示］水泥、住宅玻璃、汽车、火车的车窗玻璃、挡风玻璃、各种颜色的玻璃、光学仪器玻璃、器皿玻璃、缸、罐、茶具、瓷质餐具、卫生设施、艺术饰品。

［师］录像机刚刚展示的这些物品可谓琳琅满目。大家是否能想到，这些形态不一，用途各异的物品却源自于同一类物质——含硅物质。它们都是以含硅物质为原料经加热制成的，这一制造工业叫做硅酸盐工业。硅酸盐工业的产品即为硅酸盐材料。本节课我们就来简单了解几种硅酸盐材料。

［板书］一、硅酸盐材料

［师］首先，我们来了解一下水泥的有关知识。

［板书］1.水泥

［师］水泥是一种非常重要的建筑材料。请大家阅读课本有关内容，并填写下表。

［投影展示］水泥

主要原料

主要设备

反应条件

普通水泥的主要成分

主要性质

［学生阅读完课本后，可由学生回答，教师填写上表］

答案： 粘土石灰石（石膏）适量

水泥回转窑

高温

硅酸三钙：3CaO•SiO2硅酸二钙：2CaO•SiO2铝酸三钙：3CaO•Al2O3

水硬性

［师］由上表可以看出，水泥最主要的性质是水硬性。即跟水混合搅拌并静置后，很容易凝固变硬，由于水泥具有这一优良特性，被用作建筑材料。又由于它在水中也能硬化，因此是水下工程必不可少的材料。

［问］建筑用粘合剂——水泥沙浆的成分是什么？

［生］是水泥、沙子和水的混合物。

［问］混凝土又是由什么做成的呢？

［生］是由水泥、沙子和碎石混合而成。

［师］目前，我国已成为世界上生产和使用水泥制品最多的国家。大家知道吗？解放前我国的水泥曾被称为“洋灰”，就是现在，也仍然还能听到这种叫法。

叫“洋灰”的原因是什么呢？

同学们能否从下面的图表得到启示呢？

［投影展示］

1949~1998年我国水泥年产量示意图

［学生看图后回答］因为解放前我国的水泥产量小，所使用的水泥主要靠外国进口。

［师］很正确。希望同学们现在能好好学习，将来在各个领域有很好的作为，以使这个“洋”字在我国越来越少，最后消失。

［过渡］水泥的知识我们就了解这些。下面我们就来学习在我们工作和生活中随处可见的物质——玻璃。

［板书］2.玻璃

［师］请大家阅读课本P150有关玻璃的内容，并填写下表。

［投影展示］玻璃

主要用料

反应条件

玻璃窑中发生的主要反应

成分

［学生阅读完课本后，由学生回答，教师填写上表］

纯碱

石灰石

石英

高温

Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑

Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 ［师］上表所反映的是制造普通玻璃时所用的原料、主要反应及普通玻璃的主要成分。

［问题探究］据强酸制弱酸的规律，上述玻璃窑中发生的反应，能否证明硅酸的酸性比碳酸强呢？

［生甲］能

［生乙］不能。强酸制弱酸的规律仅适用于溶液中进行的反应，而且，从碳和硅在周期表中的位置推断，应该是碳酸酸性强于硅酸。

［师］生乙回答的很准确。二氧化硅能与碳酸钙和碳酸钠反应生成二氧化碳，是由于该反应的反应物均为固体，在高温下发生反应时，生成的二氧化碳气体脱离反应体系使反应得以进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强，酸性强弱的本质是酸电离出氢离子的难易程度。我们已学的复分解反应的规律，仅是适用于溶液里的反应，不能套用高温条件下物质之间的反应。

［问题探究］有关氢氟酸的反应可否在玻璃容器中进行？

［生］不能。玻璃中含有SiO2，SiO2 能与氢氟酸反应（4HF+SiO2====SiF4↑+2H2O），而使玻璃被腐蚀。

［展示一小块普通玻璃］

［问］大家看，这是一块普通玻璃，当我们把若干块普通玻璃叠加，或从侧面看这块玻璃时，它都是绿色的。为什么？

［生］因为原料中混有二价铁的缘故。

［展示一块红色玻璃，一块蓝色玻璃］

［问］它们和我刚才取的那块普通玻璃的颜色不一样，是什么造成了它们的这种差别呢？

［生］是因为在制造玻璃的过程当中，加入了金属氧化物。在红色玻璃中加的是氧化亚铜（Cu2O），在蓝色玻璃中加的是氧化钴（Co2O3）。

［师］很好。也就是说在制造玻璃的过程中，当我们加入某些金属氧化物时（如二氧化锰、二氧化锡等），会使玻璃呈现不同的颜色。

［问］请大家根据生活经验，说一下普通玻璃的优点和缺点是什么？

［生甲］玻璃的透光性能好，但易碎，并且易伤人。

［生乙］玻璃的透明度高，比如可以让我们看见试管里或烧瓶里的反应，还可以看见商店橱窗里的东西。

［生丙］用玻璃制成的物品美观，但就是不结实，如窗户上的玻璃，很容易被打破。

［生丁］玻璃不耐热，开水都能把它炸裂。

……

［师］大家说得都很好。也正是为了让玻璃“弃恶扬善”，玻璃专家们进行了深入的研究，并不断地制成有各种各样性能的特种玻璃。如石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等。

［投影展示］

几种玻璃的特性和用途

种类

特性

用途

普通玻璃

在较高温度下易软化

窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

石英玻璃

膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光

化学仪器；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等

光学玻璃

透光性能好，有折光和色散性

眼镜片；照相机、显微镜、望远镜用凹凸透镜等光学仪器

玻璃纤维

耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀

太空飞行员的衣服、玻璃钢等

钢化玻璃

耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂

运动器材；微波通讯器材；汽车、火车窗玻璃等

［师］（手取一根玻璃管）大家看，这是由普通玻璃做成的一根玻璃管，现在，我把它放在酒精喷灯上灼烧，请大家看发生的现象。

［演示实验］取一根玻璃管，置于燃着的酒精喷灯上，烧软后把玻璃管拉成两支尖嘴管。

［问］大家看到了什么？

［生］玻璃受热、变软，可拉细。

［师］实验室里的胶头滴管就是这样制出来的。这说明普通玻璃在高温时易软化、变形。但如果我们在玻璃容器中进行的是高温下的化学反应，普通的玻璃仪器显然是不能满足要求的，这时我们可以用能承受较高温度的石英玻璃容器。石英玻璃的主要成分是二氧化硅，它的膨胀系数小，不怕温度的骤然变化，而且具有很高的化学稳定性，所以是一种制作高温容器的良好材料。

［讲述］钢化玻璃是将普通玻璃在电炉里加热软化后急速冷却而成的。其成分与普通玻璃一样，但经这样处理后，玻璃的内应力消失，机械强度增大，不易破碎。一旦破碎，碎块也没有尖锐的棱角，不易伤人，是一种安全玻璃。

玻璃纤维是由熔融玻璃拉成或吹成的纤维，是玻璃钢中的增强材料。玻璃钢，是一种复合材料，质轻而坚硬，机械强度可与钢材相比，因此得名。

光学玻璃又称铅玻璃，它与普通玻璃成分不相同，主要由硅酸钾、硅酸铅和石英组成。生产中对原料纯度要求高、不能含有氧化铁等杂质，熔制过程要严格控制工艺，并采取搅拌等措施，排净气泡，保证料液高度均匀，只有这样，才能使制成的玻璃质地均匀，有很好的折光性等光学性能。

有关这几种玻璃的特性和用途，请大家参看上面投影。

［问］看起来晶莹透明的玻璃是不是晶体呢？请大家思考后回答，说出判断的依据。

［生甲］是。晶体都能反光，玻璃也能反光，所以是。

［生乙］是。因为玻璃是一个规则的形体，看起来也是亮晶晶的。

［生丙］不是。晶体都有规则的几何形状，玻璃没有。

［生丁］不是。晶体都有固定的熔点，而玻璃没有。

……

［师］好。看来大家都很爱动脑思考。事实上，玻璃不是晶体。因为晶体的外表特征是有一定的、整齐的、有规则的几何外形（当然，构成晶体的那个最小的单元是我们肉眼看不见的），它有固定的熔点。而玻璃是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态，我们把它叫做玻璃态。

它的结构特点是：它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排列，而是“短程有序、远程无序”。即从小范围来看，它有一定的晶型排列；从整体来看，却像无定形的物质那样是无晶形的排列规律。所以玻璃态物质没有一定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。

［过渡］上面我们学了水泥和玻璃。下面我们再来了解一下由粘土（主要成分是硅酸盐）做原料制成的产品——陶瓷。

［2板书］3.陶瓷

［师］请同学们阅读教材上“陶瓷”这一部分内容，并了解以下知识。

［投影展示］陶瓷

主要原料

生产过程

反应条件

种类

性能

［上表可由学生阅读课本后回答，教师填写］

粘土

①混合 ②成型 ③干燥 ④烧结 ⑤冷却

高温

土器、陶器炻器、瓷器

抗氧化、抗酸碱腐蚀耐高温、绝缘、易成型

［问］我国最为著名的陶器产地在什么地方？有什么之称？

［生］江苏宜兴。有陶都之称。

［师］陶器的产生是人类发展史上的一块里程碑，是人类最早不用大自然的现成材料而制成的器具，制陶技术可以说是最古老的材料技术，是人类材料技术的发端。因此，恩格斯把陶器的出现作为新石器时代开始的标志。

我国是世界上最早生产陶器的国家。有黑陶、白陶、彩陶等多个品种。陕西临潼出土的秦始皇兵马俑，被人们称作“世界奇观”，它们就是在烧成的陶胎上进行彩绘而制成的，称为彩绘陶，其工艺水平令世人叹为观止。

制瓷器的要求比制陶器高，它需要纯净的粘土作原料，烧制温度也相对高一些。因此，瓷器比陶器瓷体白净，质地致密。

瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”这同一种字母拼音表示。

［问］我国素有“瓷都”之称的地方在哪里？

［生］江西景德镇。

［师］对。景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬。”可见有多么的精致了。

［问］对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？

［生甲］表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。

［生乙］容易碰破而损坏！

［问］怎样弥补？

［生］烧制前在坯体表面涂上一层釉，使成品光滑，不渗水。

［师举起一个搪瓷杯，上有破损］

［师］大家看，这个杯的外壳就是陶瓷，里面是铁，它的陶瓷表面破损后，露出了其庐山真面目——铁（呈褐色）。下面，我往这个杯里加酸，大家看有什么现象。

［演示］在搪瓷杯里加稀盐酸，并使酸接触破损处。

［请坐在前面的同学说一下观察到的现象］

［生］酸遇搪瓷，无现象；当酸接触破损处时有气泡产生。

［问］大家知道这气泡是什么吗？怎么产生的？

［生］气泡是氢气。是酸与铁发生了反应而生成的。

［问］这说明陶瓷有什么性质？起什么作用？

［生］说明陶瓷耐腐蚀，不和酸反应，但比较脆，易被碰损。在此起保护和装饰作用。

［师］回答得很好。关于陶瓷，科学家们一直在探索着扬长避短的制作技术，并已取得了很大的进展和突破。下节课我们将介绍这方面的知识。

思考：在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程式为___________________。

解析：这是一道运用所学知识解释实际问题的题目，经常尝试既有利于掌握化学理论知识，还利于培养自己的实践能力。玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。厨房中CO2、H2O（g）浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O（g）的持续作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光泽，严重的会形成白色斑点。

答案：Na2SiO3+CO2+H2O====Na2CO3+H2SiO3 ［小结］本节课我们以水泥、玻璃、陶瓷为例，简单介绍了硅酸盐材料，它们均是以含硅物质为原料，经过一系列复杂的物理、化学变化而得到的产品。

［布置作业］课本习题：2、3