第三单元　含硅矿物与信息材料课堂实录【2】

含硅矿物与信息材料

教学目标

1.使学生对硅酸盐矿物及硅酸盐产品有大致印象。

2.使学生通过本节课的学习对硅及二氧化硅性质有进一步的了解。

3.激发学生学习化学的兴趣，使学生对化学与生产、生活实际的联系有进一步的认识。

教学重点

使学生真正地认识到硅酸盐工业与人类生产、生活密切相关。

教学难点：水泥、玻璃、陶瓷的生产原理

教学过程

硅酸盐矿物 见课本80页图3-19 硅酸盐产品

一、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

粘土

硅酸三钙：3CaO·SiO2

石灰石

水泥

高

硅酸二钙：2CaO·SiO2

水硬性

(石膏) 回转窑

温

铝酸三钙：3CaO·Al2O3

适量

[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？

二、玻璃

[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

高温

纯 碱

Na2SiO3

Na2CO3+CO2===Na2SiO3+CO2↑

石灰石

高温

CaSiO3

CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑

石 英

SiO2 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

化学仪器；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；石英玻璃

膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光

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

1

透镜等光学仪器

耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、

太空飞行员的衣服、玻璃钢等

隔热、吸声、防虫蛀

耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、

运动器材；微波通讯器材；汽车、火车窗钢化玻璃

抗震裂

玻璃等

[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。

三、陶瓷

[师]请大家阅读书上“陶瓷”这一部分内容，并了解以下知识。

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] ①混合 ②成型

土器、陶器

抗氧化、抗酸碱腐蚀

粘

土

③干燥 ④烧结

高

温

炻器、瓷器

耐高温、绝缘、易成型

⑤冷却

[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，“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。

思考：1.为什么有关氢氟酸的反应不能在玻璃容器中进行？

答案：因为玻璃中含有SiO2，它能与氢氟酸反应(4HF+SiO2===SiF4+2H2O)，而使玻璃被腐蚀。(有关氢氟酸的反应应在陶瓷或铅制器皿中进行) 玻璃纤维

新型无机非金属材料

［板书］新型无机非金属材料的特性。

1.能承受高温，强度高

2.具有电学特性

3.具有光学特性

4.具有生物功能

［过渡］随着人类社会和科学技术的发展，新型无机非金属材料的应用将越来越广泛，品种也越来越丰富。下面，我们简单介绍其中的两种——高温结构陶瓷和光导纤维。

2

［板书］一、高温结构陶瓷

［板书］氧化铝陶瓷

［板书］2.陶瓷发动机

［展示］陶瓷发动机的优点

1.陶瓷的耐热性好，可以提高发动机的工作温度，从而使发动机效率大大提高，可比目前作为其制造材料的镍基耐热合金的发动机效率提高30%左右。

2.工作温度高，可使燃料充分燃烧，排出废气中的污染成分大大减少。这不仅降低了能源消耗，而且减少了环境污染。

3.陶瓷的热传导性比金属低，这使发动机的热量不易散发，可节省能源。

4.陶瓷具有较高的高温强度和热稳定性，这可延长发动机的使用寿命。

新型结构陶瓷除上述所介绍的之外，还有很多品种，如碳化硼陶瓷、氧化锆陶瓷、钠米陶瓷等等，它们广泛应用在工农业生产、原子能工业、宇航事业等方面。

［板书］光导纤维

［师］光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。

［师］光导纤维是用石英玻璃制造的，制作时需要较高的技术，它传导光的能力非常强。如1000米长的单模光纤，重量只有27克，传送波长为1.55微米的激光时，每传播1000米，光能的损耗不到0.2分贝。若利用光缆通讯，能同时传输大量信息。

［生］光纤通信的优点有：

1.信息容量大，一条光缆通路可同时容纳10亿人通话，也可同时传送多套电视节目。

2.光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。

3.光缆质量小而且细，不怕腐蚀，铺设方便。

［师］除上述优点外，光纤通信还有损耗低，适合远距离信息传输等优势。

［展示］真正的光通信时代。

［过渡］光导纤维不但是通信技术中的重要材料，还是医生的得力助手。

［板书］2.光导纤维在医学上的应用

除此以外，光导纤维还可用于信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。

二、硅

讲述：硅在地壳中分布很广，含量居第二位，仅次于氧。

单质（自然界无游离态）：晶体、无定形

1、硅元素 二氧化硅、硅酸盐：构成矿物及岩石

2、晶体硅的物理性质灰黑色、金属光泽、硬而脆，结构与金刚石相似，有较高的熔沸点及硬度；导电性介于导体与半导体之间，与锗相似，是良好的半导体材料。

3、硅的化学性质

与碳元素比较，化学性质相似。安排【讨论】①

常温下，可与氟气、氢氟酸、强碱反应，不与氧气、氯气、硫酸、硝酸反应

②

加热条件下，在氧气中燃烧：Si＋O2=SiO2＋Q硅的用途集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池；硅合金：4%合金——变压器铁芯 15%合金——耐酸设备5、硅的制备工业上用二氧化硅为原料提取：SiO2＋2C ==Si＋2CO↑

三、二氧化硅

1、存在与物理性质：广泛存在于自然界中，也叫硅石，艰硬难熔的固体，代表物为石英晶体——水晶

3

2、化学性质：酸性氧化物，不与水、除氢氟酸以外的酸反应

SiO2 ＋

CaO = CaSiO3

SiO2 ＋

2NaOH =Na2SiO3+ H2O（提示：硅酸钠溶液为粘稠状液体，常用着矿物胶）

讨论：①实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么不用玻璃塞？②实验室盛放氢氟酸的试剂瓶为什么不用玻璃瓶？（因为玻璃中含有SiO2，碱液与SiO2反应生成粘稠的硅酸钠，把玻璃塞与瓶口粘住，不能打开。）

3、用途：．

①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品

②SiO2是制光导纤维的重要原料

③较纯的石英用于制造石英玻璃

④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料

1．通性：

(1)与H2O 不反应，但仍是硅酸酸酐 (2)与碱 2NaOH+SiO2 Na2SiO3+H2O

(3)与盐

SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 NaSiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3(说明碳酸酸性比硅酸酸性要强)

(4)与碱性氧化物反应：

SiO2+CaO 高温

CaSiO3

CO2 + CaO = CaCO3

2.氧化-还原性：SiO2+2C 高温

Si+2CO↑

C+CO2

4高温

3.特性：与酸

常温溶于HF

SiO2+4HF=SiF4+2H2O，所以，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，应用塑料瓶。

4