第三节　玻璃、陶瓷和水泥教学设计一等奖

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功能各异的非金属材料

教学目标：

1、知道陶瓷、玻璃、水泥的主要化学成分、生产原料和生产过程，使学生对化学与生产生活实际的联系有进一步的认识。

2、了解生活中无机非金属材料的应用与人类文明发展的密切关系。

3、了解光导纤维和新型陶瓷材料的特点及用途，使学生充分认识到科学技术在现代社会中的重要性。

教学重点、难点: 水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料

教学用具：高压钠灯、光导玩具、光导演示器、光缆实物、投影片、电影剪辑

教学方法：展示实、图片、谈话、讲述、讨论探究

课时安排：3课时

教学过程：

第一课时

生活中的硅酸盐材料

【导入新课】人类建筑的变迁：阴冷潮湿的洞穴→破败不堪的茅草屋→简陋粗糙的石屋→水泥、钢筋建的砖瓦房。其中的陶瓷、水泥、普通玻璃是材料家族中一大类材料---无机非金属材料，由于陶瓷、水泥、普通玻璃的主要成分是硅酸盐，因此称此无机非金属材料为硅酸盐材料。

【投影】P92图3-13硅酸盐材料的应用

【过渡】P92有一个栏目“你知道吗”为我们设置了三个问题：

1、普通玻璃和水泥是用什么原料，采用什么方法制造的？

2、日常生活中使用的哪些器具是由硅酸盐材料制成的？

3、你能列举硅酸盐材料在现代高科技领域的应用吗？

以上问题是我们这节课学习的线索，需要我们带着这些问题展开思考。

【投影】陶瓷图片：

【讲述】我国早在8000年前便发明了制陶技术，是世界上最先烧造和使用陶器的国家之一。陶瓷的发明是人类科技发展史上一个重要里程碑，是人类第一次学会用黏土等天然物为主要原料经过复杂的物理化学变化制造出的一种重要的人造材料。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。

【板书】一、从黏土到陶瓷

【提问】我国素有“瓷都”之称的地方在哪里？有“陶都”之称的地方又在哪里？

【回答】江西景德镇。浙江宜兴。

【讲述】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。

【板书】1、传统上陶器、瓷器是指所有以粘土为主要原料（Al2O3·2SiO2·2H2O）与其它天然矿物原料经过粉碎、成型、煅烧等过程制成的各种制品。广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。

【投影】手工制造陶瓷的过程（根据图讲解）

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【板书】2、手工制陶瓷过程：

1．混合

2．成型

3．干燥

4．烧结

5．冷却

6．陶瓷器

【阅读】P93“拓展视野”---传统的陶瓷工艺

【讲解】彩釉的初步知识：

【投影】陶瓷种类：分为土器、陶器、瓷器、炻器。

【过渡】下面我们来学习生活中随处可见的材料---玻璃

【投影】人工吹制玻璃器皿

【提问】玻璃中含有什么物质？玻璃器皿为何能通过人工吹制方法制得？

【板书】二、形形色色的玻璃

【阅读】请同学们阅读课本P93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

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纯

碱

石灰石

石英砂

Na2CO3+SiO2

高温

Na2SiO3+CO2↑

==== CaCO3+SiO2

====

高温

CaSiO3+CO2↑

Na2SiO3

CaSiO3

SiO2

[学生阅读完课本后，由学生回答，教师填写上表］

高温

【板书】1、生产玻璃原料：石英砂、碳酸钠、碳酸钙

普通玻璃的主要成分：

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

【讲述】在原料中SiO2用量较大，普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔化在一起得到的物质，主要成分是SiO2。反应中产生大量的CO2气体。熔化的玻璃料比较粘稠，如果CO2不能顺利排出，玻璃表面会出现少量的气泡。因此，生产过程中要不断搅拌玻璃，以排出CO2气体。

【演示实验】取一根玻璃管，置于燃着的酒精喷灯上，把玻璃管拉成两支尖嘴管。

【观察】大家看到了什么？

[回答]玻璃受热、变软，可拉细。

[讲述]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。

【思考】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。

【讨论】（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。……

【讲解】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。

【阅读】P94“资料卡”“玻璃的结构特点---玻璃态物质”

玻璃态物质的结构特点是：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。

【板书】2、玻璃态物质：短程有序、远程无序，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。

【展示一小块普通玻璃】

【提问】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？

【回答】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】

【提问】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？

【回答】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)。

【总结】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、http://www.xiexingcun.com/ http://www.eywedu.net/

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二氧化锡等），会使玻璃呈现不同的颜色。

【过渡】玻璃的品种繁多，除了普通玻璃外，还有特种玻璃。它们的特性和用途与普通玻璃有什么不同呢？

【投影】

几种玻璃的特性和用途

种

类

普通玻璃

石英玻璃

特

性

在较高温度下易软化

用

途

窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

化学仪器；高压水银灯、紫外膨胀系数小，耐酸碱，强度大，灯等的灯壳；光导纤维、压电滤光

晶体等

有机玻璃

飞机上用作座舱盖、风挡和弦高度透明、机械强度高、质轻、（聚甲基丙窗、人工角膜、电视和雷达的易加工

烯酸甲酯）

屏幕、仪器和设备的防护罩

质轻、隔音耐腐蚀、不怕烧、不玻璃纤维

导电、不吸水、隔热、吸声、防（玻璃钢）

虫蛀

钢化玻璃

太空飞行员的衣服、阀门、泵、风机、代替钢管制造输油管、输油车等

耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、运动器材；微波通讯器材；汽抗震裂

车、火车窗玻璃等

【阅读】“检索咨询”---特种玻璃的成分

【阅读】P95有关变色玻璃的段落。

【讲解】变色玻璃在制造过程中，预先掺进了对光敏感的物质，如氯化银、溴化银（统称卤化银）等，还有少量氧化铜催化剂。在变色眼镜的玻璃里，有和感光胶片的曝光成像十分相似的变化过程。卤化银见光分解，变成许许多多黑色的银微粒，均匀地分布在玻璃里，玻璃镜片因此显得暗淡，阻挡光线通行，这就是黑眼镜。当回到稍暗一点的地方，在氧化铜催化剂的促进下，银和卤素重新化合，生成卤化银，玻璃镜片又变得透明起来。

【提问】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？

【回答】玻璃的透光性能好，但易碎，并且易伤人。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。玻璃不耐热，开水都能把它炸裂……

【讲述】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。

【阅读】P95“你知道吗？”栏目，思考：钢化玻璃、刻花玻璃、镀膜玻璃是经过怎样的工序加工制得的？

【板书】3、特种玻璃的加工

【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。

【投影】

列车车厢玻璃是用钢化玻璃制成的

【讲述】刻花玻璃---氢氟酸（HF）对玻璃具有腐蚀作用，可用于在玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪器上标注刻度及文字。

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SiO2

+

4HF==SiF4↑

+

2H2O

镀膜玻璃---在玻璃表面镀金属膜可以制得。镀膜玻璃外观美观，还可以阻挡红外线及紫外线的穿透。在玻璃上镀银、真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法。

【活动与探究】制作一个镀银小试管

实验步骤：1、在一个洁净的小试管中加入2mL2％AgNO3溶液，慢慢滴加2％氨水，边滴加边振荡试管，直到产生的沉淀恰好溶解为止。

2、再向试管中滴加2滴10％氢氧化钠溶液，随后加入3mL10％葡萄糖溶液，用温水浴加热几分钟。

实验现象：试管内壁形成光亮的银镜

有关反应：

Ag+

+

NH3·H2O===AgOH

+

NH4+

AgOH

+

2NH3·H2O===[Ag(NH3)2] +

+

OH—

+

2H2O

水浴加热

2[Ag(NH3)2] +

+

CH2OH(CHOH)4CHO

+

2OH—

CH2OH(CHOH)4COO— + NH4+

+ 2Ag↓+3 NH3↑+H2O

【阅读】P96“资料卡”----夹层玻璃

夹层玻璃是在两片或两片以上玻璃之间夹透明粘接材料，经高温高压粘结而成复合玻璃产品，是一种具有很高抗冲击性和一定隔热隔声性能的安全玻璃产品。建筑用夹层玻璃又分为普通夹层玻璃和钢化夹层玻璃，主要采用PVB胶片作为中间层干法热压工艺生产。夹层玻璃由于玻璃被PVB粘合很紧，而PVB富有弹性及缓冲冲击的能力，所以夹层玻璃被击碎时碎片仍会与PVB胶片粘在一起，不会因碎玻璃掉落造成人体伤害或财产损失

【过渡】水泥是一种非常重要的建筑材料，下面我们学习水泥的有关知识。

【板书】三、硅酸盐水泥

【投影】

【阅读】P96-97有关硅酸盐水泥内容，（包括“检索咨询”栏目---水泥的硬化）并填写下表。

主要原料

粘土、石灰石

（石膏）适量

主要设备

水泥回转窑

反应条件

高温

普通水泥的主要成分

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

主要性质

水硬性

【板书】1、硅酸盐水泥主要原料：粘土、石灰石、石膏（适量）

主要成分：硅酸三钙：3CaO·SiO2 硅酸二钙：2CaO·SiO2铝酸三钙：3CaO·Al2O3 主要性质：水硬性

2、硅酸盐水泥生产过程：

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【小资料】硅酸盐水泥一般生产过程通常概括为“二磨一烧”，可分为三个步骤：

（1）生料制备。即将石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后按一定比例配合、磨细并调配为成份合适、量质均匀的生料。

（2）熟料煅烧。即将生料放在水泥窑内煅烧至部分熔融以得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。

（3）水泥粉磨及出厂。即将熟料加入适量石膏、混合材或添加剂共同磨细为水泥，并包装出厂。

生产工艺流程图：

石灰石、黏土

粉碎，调和

高温煅烧

磨碎

水泥

石膏

【讲述】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。

【阅读】P98“生活向导”栏目---水泥不宜久存

【提问】水泥不宜久存的原因是什么？

【阅读】P97“交流与讨论”栏目---水泥厂厂址为何布局在炼钢厂附近？

3、硅酸盐水泥的应用

水泥砂浆（建筑用粘合剂）——是水泥、沙子和水的混合物。

混凝土-------是由水泥、沙子和碎石混合而成的混合物。

目前，我国已成为世界上生产和使用水泥制品最多的国家。水泥的强度和安全性是水泥质量的重要指标。我国以三个强度等级表示水泥的性能，等级越高性能越好。

【本课小结】略

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