第三节　玻璃、陶瓷和水泥教案和课堂实录

高中化学新人教版选修1《化学与生活》

第三章 第三节《玻璃、陶瓷和水泥》教案

教学目标：

知识与技能：知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途。

过程与方法：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认识。

情感、态度与价值观：使学生认识到化学在现代社会、现代科技中的重要作用。

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：展示实物、图片、谈话、讲述、讨论探究

课时划分：两课时

教学过程：

第一课时

[投影]人工吹制玻璃器皿

[学与问] 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]一、玻璃

［自学］请大家阅读课本P59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］

高温

纯

碱

Na2CO3+CO2 NaNa2SiO3

2SiO3+CO2↑

==== 高温

石灰石

高温

CaCO3+SiO2 CaSiOCaSiO3

3+CO2↑

==== 石

英

SiO2

[板书]1、生产玻璃原料： 主要反应： 成分：

[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。 ［提问］为什么制取氟化氢气体或盛放氢氟酸时不能用玻璃容器？

［回答］因为玻璃中含有二氧化硅，而氢氟酸可以和二氧化硅发生化学反应。

［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。

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。

[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、二氧化锡等)，会使玻璃呈现不同的颜色。

［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。

［投影展示］

用 途

窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光

化学仪器；高压水银灯、石英玻璃

紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等

透光性能好，有折光和色散性

眼镜片；照相机、显微镜、光学玻璃

望远镜用凹凸透镜等光学仪器

耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、太空飞行员的衣服、玻璃玻璃纤维

隔热、吸声、防虫蛀

钢等

耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗运动器材；微波通讯器钢化玻璃

震裂

材；汽车、火车窗玻璃等

［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

几种玻璃的特性和用途

种

类

特 性

普通玻璃

在较高温度下易软化

[讲述]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。

[阅读]资料卡片—变色玻璃(变色眼镜) 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

[板书]3、钢化玻璃：普通玻璃在电炉里加热软化后急速冷却而成的。

特种玻璃：石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等。

有色玻璃：在制造玻璃的过程当中，加入了金属氧化物

变色玻璃：卤化银见光分解，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，

[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]二、陶瓷

[提问]我国素有“瓷都”之称的地方在哪里？“陶都”之称的地方在哪里？

[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、传统上陶瓷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）

[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

[展示]一外观美丽的陶瓷制品

[讲解]彩釉的初步知识：

[投影]陶瓷种类及用途：

[板书]3、彩釉：

陶瓷种类及用途：

[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、水泥

[投影] [阅读]课本63页有关水泥内容，并填写下表。

[板书] 1、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

[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。

建筑用粘合剂——水泥沙浆的成分是水泥、沙子和水的混合物。混凝土是由水泥、沙子和碎石混合而成。目前，我国已成为世界上生产和使用水泥制品最多的国家。

[常识介绍]水泥的标号及钢筋混凝土。

[板书]2、水泥的标号及钢筋混凝土。

[课堂练习] 1.下列物质中属于纯净物的是

A.Na2CO3·10H2O

B.水泥

C.纯净的盐酸

D.普通玻璃

2.下列叙述正确的是

A.酸均不能与酸性氧化物反应 B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸

C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同

D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同

3.与普通玻璃相比具有相同组成的是

A.钢化玻璃

B.光学仪器玻璃

C.石英玻璃 D.有色玻璃

4.下列物质有固定熔点的是

A.水泥

B.玻璃

C.Na2O·SiO2

D.水玻璃

5.熔融烧碱应选用的器皿是

A.石英坩埚

B.生铁坩埚

C.普通玻璃坩埚

D.陶瓷坩埚

参考答案：

1、A

2、BD

3、C 4、C

5、B [作业]P65 1、2 [板书计划] 一、玻璃

1、生产玻璃原料： 主要反应： 成分：

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。

3、钢化玻璃：普通玻璃在电炉里加热软化后急速冷却而成的。

特种玻璃：石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等。

有色玻璃：在制造玻璃的过程当中，加入了金属氧化物

变色玻璃：卤化银见光分解，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，

二、陶瓷

1、传统上陶瓷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。

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

3、彩釉：

陶瓷种类及用途：

三、水泥

1、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、水泥的标号及钢筋混凝土。

第二课时

[复习]玻璃、陶瓷、水泥生产原料及主要化学成分。

[过渡]近年来为适应科技发展而研制出许多新型陶瓷材料，它的化学组成已远远超出硅酸盐范围，在信息科学、航天航空、生物工程、超导研究等领域得到广泛的应用。

[板书]四、玻璃和陶瓷的发展

今天，我们主要了解其中的两种高温结构陶瓷和光导纤维。

[板书]1、光导纤维

[展示]光缆、光导纤维仪、光导纤维装饰品、玩具等。

上述物品及演示中，可以观察到：光导纤维可以传输光、图像、音乐等。当然，它的最大用途是，远距离信息传输，构建信息高速公路。还可以用于医学的肠镜、胃镜、心脏等内窥镜。

[播放]光导纤维的视频。

[学生概括]光导纤维的主要性能和用途：传导光的能力很强，应用于通信。

[教师小结]对比光纤光缆和普通电缆。光纤光缆信息量大，每根光缆上理论上可同时通过10亿路电话。而普通电缆8管同轴电缆每条通话1800路；光纤光缆原料来源广（石英玻璃），节约有色金属。而普通光缆资源较少；光纤光缆质量小，每km27g，不怕腐蚀，铺设方便。而普通光缆每km1.6t；光纤光缆成本低，每km 10 000元左右。而普通光缆每km 200 000元左右；光纤光缆性能好，抗电磁干扰保密性强

，能防窃听，不发生电辐射……

[板书]2、高温结构陶瓷

［讲述］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?请大家阅读课本P65有关内容回答。

［回答］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。

（1）氧化铝陶瓷

[展示]高压钠灯。外罩是玻璃，里面的灯管是氧化铝陶瓷，是一种高温结构材料。高压钠灯内温度高达1400℃，同时钠蒸气具有很强的腐蚀性。

[展示]坩埚、高温炉管。

[讲解]性能：熔点高、硬度大、透明、耐高温；用途：坩埚、高温炉管、

刚玉球磨机、高压钠灯管管

（2）氮化硅陶瓷

[展示] 氮化硅陶瓷制品

说明：氮化硅陶瓷也是一种高温结构陶瓷，我国等少数先进国家，已经用它制造出来陶瓷柴油机。

其优点：超硬物质，具有润滑性，耐磨性抗腐蚀性强，高温也能抗氧化。当然，还有其他高温结构材料，如碳化硼陶瓷等等。

[讲述]新型陶瓷制成的防护片能承受航天飞机发射时因摩擦产生的1600℃以上高温，防止航天飞机铝合金外壳受热熔化，保护航天员的安全。

[投影]

［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! [作业]P65 3、4 [板书设计] 四、玻璃和陶瓷的发展

1、光导纤维

2、高温结构陶瓷（1）氧化铝陶瓷（2）氮化硅陶瓷