第三节　玻璃、陶瓷和水泥特级教师教学实录

第三节 玻璃、陶瓷和水泥

【教学目标】

1、了解玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料和用途，以及光导纤维和高温结构陶瓷等新型材料。

2、以玻璃和陶瓷、水泥为例认识物质的组成和反应条件对性能和用途的影响

【教学重点、难点】

玻璃、陶瓷和水泥的主要成分和生产原理

【教学过程】

[引入]从古到今，我们人类的居住环境发生了重大的变化

[图片展示] [过渡]看着这些可喜的变化我们应该学习和了解现代生活中广泛使用的材料：玻璃、陶瓷、水泥。

[板书] 第三节 玻璃、陶瓷和水泥

[阅读]自学要求：

1、制造普通玻璃的主要原料是什么？普通玻璃的主要成分是什么？生产普通玻璃的简单流程是怎样的？

2、了解不同性能的玻璃

3、制造陶瓷器的主要原料是什么？了解陶瓷器的制造过程极其性能

4、制造水泥的主要原料是什么？普通水泥的主要成分是

什么？生产普通水泥的简单流程是怎样的？

5、了解“水泥的水硬性”、“水泥砂浆”、“混凝土”及“钢筋混凝土”

6、了解“光纤”与“光缆”及“光纤”的用途；了解“高温结构陶瓷”的性能与用途

[讲解]硅酸盐工业指以含硅物质为原料经加热制成硅酸盐材料的制造工业，传统的硅酸盐工业包含：玻璃、陶瓷和水泥

[自学效果检查] [板书]一、玻璃

1.主要生产原料：纯碱、石灰石、石英

2.设备：玻璃窑

3. 反应原理

4. 普通玻璃的成分

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形的

玻璃态物质（或者Na2O · CaO · 6SiO2）

5. 玻璃的性质

物性：表面光滑、致密、硬而脆，没有固定熔点

化性：性质稳定，但易被氢氟酸和强碱腐蚀

[思考]1.玻璃为什么会被人工吹制成各种形状？

普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物质，主要成分是SiO2。玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化，在软化状态时，可被吹制成任何形状的制品。

2. 制玻璃主要化学反应是否违反了复分解反应规律？

复分解反应规律仅适用于溶液，不能套用于高温条件下的反应。

[介绍]常见的玻璃

[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?----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?-----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)。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。

[讨论]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? 玻璃的透光性能好，但易碎，并且易伤人；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；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。

[讲解]实验室里的胶头滴管玻璃受热、变软，可拉细。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：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。

]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。

光纤玻璃：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”，比头发丝还细的一对光到纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达20—50Km，保密性能好。

阅读】P60资料卡片――变色玻璃

[过渡]上面我们学了玻璃。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。

[板书]二、陶瓷

[投影展示] 主要原料

生产过程

①混合②成型

粘土

③干燥④烧结

⑤冷却

高温

反应条件

种类

土器、陶器

炻器、瓷器

性能

抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型

[提问]我国最为著名的陶器产地在什么地方?有什么之称?---江苏宜兴。有陶都之称。

[讲解]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。

[提问]我国素有“瓷都”之称的地方在哪里?-----江西景德镇。

[讲解]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。

［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。已经出现了高温结构陶瓷

［讲解］结构材料，是指利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料。以往用的最多的结构材料是金属。但现在，它却逐渐让位于高温结构陶瓷，为什么会这样呢? ---因为高温结构陶瓷具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料非常合适，而金属材料易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。

［讲解］透明陶瓷

看了这个标题，大家也许会觉得奇怪，因为我们平常见的都是不透明的陶瓷呀!如缸、碗、碟等。这透明的陶瓷，真的有吗?----高压钠灯，其灯管就是由透明的氧化铝陶瓷做的。

［讲解］氧化铝陶瓷

高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时～2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，高过白炽灯的寿命10倍，是目前寿命最长的灯。

早在30年代初，人们就已经知道利用钠蒸气放电可获得一种高效率的光源，但一直到1960年，高压钠灯才呱呱坠地，后经不断发展改进，才得以实际应用。

［思考］为什么从知道钠蒸气放电到高压钠灯的使用经过了二十几个年头呢?

［讲解］1.钠蒸气放电会产生超过1000℃的高温

2.钠蒸气有强烈的腐蚀作用

透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环境里不受钠蒸气腐蚀，它是1957年诞生的，它可以通过95%的光线。氧化铝陶瓷除了用作高压钠灯的灯管外，还有许多其他用途， 熔点高--- 坩埚、高温炉管 硬度大--- 刚玉球磨机 透明、耐高温----高压钠灯灯管

［过渡］假如一辆普通的汽车在沙漠里行驶，在汽车零件不坏的情况下，最怕遇到的问题是什么?--缺水汽车行驶时，为什么经常要加水?----是为了散热，因为汽车的发动机多是由金属制作，它们在高温时容易损坏，必须用水来冷却。

［讲解］很正确。这样当汽车行驶在沙漠里时，若无足够的水，就很容易使发动机损坏而抛锚，那么，有没有更好的办法来解决这个问题呢?此时，陶瓷发动机可以帮我们解决后顾之忧。

［板书］2.陶瓷发动机

［讲解］可用于制造发动机的陶瓷有氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷。我们主要介绍一下氮化硅陶瓷。

［板书］氮化硅陶瓷

［讨论］既然陶瓷发动机能克服传统发动机的缺点，请大家预测氮化硅的性质。---应该是耐高温、抗氧化、耐腐蚀。

［总结］氮化硅陶瓷硬度大，本身具有润滑性，耐磨损，抗腐蚀，抗氧化，能抵抗冷热冲击，可用来制造轴承、汽轮机叶片、永久性模具、机械密封环等机械构件，还可以用来制柴油机。

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。

[过渡]最后，我们来了解一下水泥的有关知识

[讲解]水泥是一种非常重要的建筑材料

[投影展示]水泥

主要原料

主要设备

反应条件

粘土

石灰石

石膏（适量）

[讲解]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。

建筑用粘合剂──水泥沙浆：水泥、沙子和水的混合物。

混凝土：水泥、沙子和碎石混合而成。

［小结］以上我们所讲述的，只不过是新型无机非金属材料中的点滴，在此领域中，还有许许多多的已知和未知等待我们去了解和发掘。目前，科学家们对材料的研究已由宏观进入微观。人类智慧的力量是伟大的，希望你们现在能好好学习，并在将来能有机会在材料研究的天空里大显身手，为人类最终摆脱对天然材料的依赖而作出贡献! [练习]见课件

[作业]

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

普通水泥的主要成分

主要性质