第三章探索生活中材料

第三章 探索生活中材料第一节 合 金教学目标：1.使学生初步了解合金。2认识金属与合金在性能上的主要差异。3知道生活中常见合金的组成，了解新型合金的用途。了解易拉罐的主要成分。教学重点：认识金属与合金在性能上的主要差异。教学方法：调查或实验、查阅资料。课时划分：一课时教学过程：思考与交流1、什么是合金？你日常生活中的金属制品那些是合金？2、为什么我们使用的金属材料主要是合金？而不是纯金属？3、查阅资料，填写制造下列汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这些材料的原因。汽车配件金属或合金使用原因电线芯汽车外壳灯丝发动机排气管过渡我们日常生活中所用金属基本上都是合金，原因是合金与纯金属相比具有优越的性能，下面我们认识合金。板书 第三章 探索生活中材料第一节 合金一、认识合金自学合金第一自然段。板书合金：就是两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。特点：合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的或机械的等方面的性能，一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。 思考为什么合金具有良好的机械性能？投影讲解根据图3-1讲解合金比纯金属硬度大更坚硬的原因。学与问根据图解释合金熔点为什么一般比各成分熔点低？提示：原子之间吸引力减弱。板书二、使用合金1、铁合金投影讲解 生铁的含碳量在24.3，还含有硅、锰及少量硫、磷等杂质，机械性能硬而脆，易断裂，可铸不可锻；钢中的含碳量一般在0.032之间，其它杂质含量也比生铁少，基本上不含硫和磷。机械性能比生铁优良，硬而韧，有弹性，延展性好，可铸可锻，易加工。练习1.生铁的含碳量在_之间，还含有等杂质，主要的机械性能_。钢的含碳量在_之间，与生铁比较其它杂质含量_，主要的机械性能_。讲述钢可以分为碳素钢和合金钢两大类，根据含碳量的不同。工业上一般把含碳量低于0.3（质量分数）的叫做低碳钢；含碳量在0.30.6（质量分数）之间的叫做中碳钢；含碳量在0.6（质量分数）以上的叫做高碳钢。合金钢是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀，以及其它许多优良性能。投影不锈钢制品：讲述 随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，不锈钢的装饰品、餐具、炊具已经进入许多家庭。不锈钢制品外观光洁、美观，不易污染、不生锈，因此受到人们的青睐。 不锈钢中除铁以外，还含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬的含量一般在13以上，镍的含量也在10%左右。例如，有一种不锈钢的成分除铁以外，其他元素含量如下： Cr（铬）17.0%19.0%；Ni（镍）8.0%11.0%； C（碳）0.14%；Si（硅）0.80%；Mn（锰）2.00%； P（磷）0.035%；S（硫）0.03%。练习2.在下列物质名称后的括号内填上符合该物质的组成成分和用途的序号。(1)低碳钢( )(2)高碳钢( )(3)不锈钢( )(4)铸造生铁( )A.含碳24.3 B.含碳低于0.3C.含碳高于0.6 D.含镍、铬a.铸造铸件 b.机器零件c.化工设备的耐酸塔 d.刀具3.钢铁的生锈与什么有关？铁锈的主要成分是什么？若铁锈的主要成分以Fe2O3表示，写出用盐酸除去铁锈有关反应的化学方程式。学与问某些情况下（如海水中），不锈钢仍会生锈，为什么？（提示：仍含杂质，形成原电池）自学资料卡片钢中合金元素作用。（阅读拓展资料：特种纲）投影几种铝合金用途：板书2、铝合金、铜合金讲述 铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的强度和硬度较小，不适合制造机械零件等。制成铝合金可改善性能。例如，铝硅合金（含Si质量分数为13.5）的熔点为564，比纯铝或硅的熔点低，而且它在凝固时收缩率又很小。因而，这种合金适合铸造。又如，硬铝（含Cu 4、Mg 0.5、Mn 0.5、Si 0.7）（均为质量分数）的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小。铝合金的种类很多，它们在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广。实践活动通过调查或设计实验，确定易拉罐的成分投影铜合金：讲述 Cu与Zu的合金称黄铜，其中Cu占60%90%、Zn占40%10%，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是CuSn合金。白铜是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。投影阅读资料卡片：K金是指黄金和其它金属混合在一起的合金，K金的量度单位，是将纯金分为24份。根据在首饰中的黄金含量就分成不同的K金，所以24K是指纯金，18K含黄金量就是18/24=75.0%。思考与交流阅读新型合金板书3、新型合金练习4、储氢合金是怎样储氢的？常用那些合金材料做储氢金属材料？使用时氢气怎样放出？5、.氢化钠（NaH）是一种离子化合物，NaH与H2O反应放出H2，下列叙述中正确的是A、NaH在水中呈酸性B、NaH中的氢离子可被还原成H2C、NaH与H2O反应时，NaH是氧化剂 D、NaH与H2O反应时，H2既是氧化产物又是还原产物投影阅读资料卡片泡末金属练习6、什么是泡末金属？泡末金属有那些性质及主要用途。小结略作业P53 1、2、3、4、5、6板书设计 第三章 探索生活中材料第一节 合 金一、认识合金合金：就是两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。特点：合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的或机械的等方面的性能，一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。二、使用合金1、铁合金2、铝合金、铜合金3、新型合金特 种 合 金（1）耐蚀合金金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。纯金属中耐蚀性高的通常具备下述三个条件之一：热力学稳定性高的金属。易于钝化的金属。表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。因此，工业上根据上述原理，采用合金化方法获得一系列耐蚀合金，一般有相应的三种方法：提高金属或合金的热力学稳定性，即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素，使形成固溶体以及提高合金的电极电势，增强其耐蚀性。例如在Cu中加Au，在Ni中加入Cu、Cr等，即属此类。不过这种大量加入贵金属的办法，在工业结构材料中的应用是有限的。加入易钝化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基体金属的耐蚀性。在钢中加入适量的Cr，即可制得铬系不锈钢。实验证明，在不锈钢中，含Cr量一般应大于13%时才能起抗蚀作用，Cr含量越高，其耐蚀性越好。这类不锈钢在氧化介质中有很好的抗蚀性，但在非氧化性介质如稀硫酸和盐酸中，耐蚀性较差。这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，同时对氧化膜还有溶解作用。加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素，是制取耐蚀合金又一途径。例如，钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的化合物羟基氧化物FeOx(OH)23-2x，它能起保护作用。钢中加入Cu与P或P与Cr均可促进这种保护膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气腐蚀的低合金钢。 (2)耐热合金一般的金属材料都只能在500 600 下长期工作。能在高于700 的高温下工作的金属通称耐热合金。“耐热”是指其在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性。提高钢铁高温强度的方法很多，从结构、性质的化学观点看，大致有两种主要方法：一是增加钢中原子间在高温下的结合力。研究指出，金属中结合力，即金属键强度大小，主要与原子中未成对的电子数有关。从周期表中看，B元素金属键在同一周期内最强。因此，在钢中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。二是加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素，以使钢基体强化。由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物，它们在金属键的基础上，又增加了共价键的成分，因此硬度极大，熔点很高。例如，加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物，从而增加了钢铁的高温强度。利用合金方法，除铁基耐热合金外，还可制得镍基、钼基、铌基和钨基耐热合金，它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合金是最优的超耐热金属材料，组织中基体是NiCrCo的固溶体和Ni3Al金属化合物，经处理后，其使用温度可达1 000 1 100 。(3)钛合金钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50%150%地伸长加工成型，其最大伸长可达到2 000%。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30%。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称。钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。(4)磁性合金金属中组成永磁材料的主要元素是Fe、Co、Ni和某些稀土元素。目前使用的永磁合金有稀土钴系、铁铬钴系和锰铝碳系合金。磁性合金在电力、电子、计算机、自动控制和电光学等新兴技术领域中，有着日益广泛的应用。（5）形状记忆合金形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜锌、金镉、镍铝等约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。第二节 金属的腐蚀与防护教学目标：1能描述金属腐蚀的化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。 2进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响；3参与试验探究观察铁生锈的过程，体会动手试验自己获得铁的性质的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣；教学重点：电化腐蚀的原因教学难点：析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式教学方法：实验探究、师生共议、归纳总结。课时划分：两课时教学过程：一 课 时投影常见的金属腐蚀现象：导课金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。板书 第二节 金属的腐蚀与防护一、金属腐蚀阅读回答什么是金属腐蚀？板书金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。讲述 金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。板书1、 化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。讲述温度对化学腐蚀的影响：科学探究不同条件下铁钉的锈蚀注意：光亮铁钉浸没在菜油之中；光亮铁钉半浸半露在菜油中；光亮铁钉完全浸没在食盐水中；光亮铁钉完全浸没在酸性溶液中或碱性溶液中。学生分别观察并写出报告以培养学生的观察与描述能力。教师不但要给学生出题目，还要发挥点拨作用，提出注意点：观察的一周中不要振荡试管，否则会破坏生锈的界面；把各人设置的具体条件和的状况详尽记录在案，以利分析和归纳，写出高质量的家庭探究报告。实验方案记录结论总结铁钉生锈的条件：铁钉含杂质、与电解质溶液接触。思考绝大多数钢铁生锈是否是化学腐蚀？为什么？板书2、电化学腐蚀讲解由于金属和液态介质(常为水溶液)构成微小的原电池而发生金属腐蚀的过程.电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式.例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的.板书 电化学腐蚀 ：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。共同分析形成原电池的原因。板书投影钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀：讲解 吸氧腐蚀与析氢腐蚀：发生条件、正负极反应、总反应。板书分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe 2e = Fe2+2Fe 4e = 2 Fe2+正极反应2H+ + 2e = H22H2O + O2 + 4e = 4OH-总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O次要主要归纳与交流化学腐蚀与电化腐蚀的对比。板书3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比（1）本质：金属原子失电子而被氧化M ne = Mn+ (2) （3） 相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。小结略课堂练习1把a、b、c、d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b相连时a为负极；c、d相连时电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡；b、d相连时b上有大量气泡产生；则四种金属的活动性顺序由强到弱为： .(acdb)2烧过菜的铁锅未及时洗去含有NaCl的残液，过一段时间便出现红棕色的铁锈斑点，已知该锈斑为Fe(OH)3失水的产物。表示Fe(OH)3生成的电极反应式、离子方程式和化学方程式分别为；（1）负极 ， 正极 ；（2） ；（3） 。（Fe-2e=Fe2+ ,2H2O+O2+4e=4OH-,） (Fe2+2OH-=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) 3.有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内血液种含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。它的两极电极反应式分别为： 。（正极：Zn-2e=Zn2+ ,负极：2H2O+O2+4e=4OH-,）作业P58 1、2、3板书设计第二节 金属的腐蚀与防护一、金属腐蚀金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。1、 化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。2、电化学腐蚀不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。 分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe 2e = Fe2+2Fe 4e = 2 Fe2+正极反应2H+ + 2e = H22H2O + O2 + 4e = 4OH总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O次要主要3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比（1）本质：金属原子失电子而被氧化M ne = Mn+ （3）（3） 相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。二 课 时 过渡金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。每年由于钢铁生锈会使我国损失大约100150亿元。在英国，每90秒钟就有1吨钢被锈蚀掉。因此防止金属腐蚀有很重要的意义。板书二、金属的防护思考与交流讨论自行车不同构件的防锈措施：复习电化学腐蚀的实质，写出两极反应方程式（析氢和吸氧）。思考影响金属腐蚀的因素有那些？（阅读P56 最后一自然段）练习1、影响金属腐蚀的因素有和两个，就金属本身来说金属越，金属越易被腐蚀，金属中含杂质越，金属越易被腐蚀；介质对金属腐蚀影响也很大，如果金属在、和，金属越易被腐蚀。思考海水中的金属为何容易被腐蚀？（提示：电解质溶液）讨论要想减少或避免电化学腐蚀，我们应该采取什么措施？对金属做必要的精炼，以减少其中能导电的不活泼杂质。对机器、仪表及时保养，减少金属与腐蚀性气体、电解质溶液、潮湿气体的接触。根据用途不同采取不同的方法使金属与造成发生的介质隔离，如涂油脂、喷漆、镀层、表面钝化等。选用适宜的金属或非金属制成耐腐蚀的合金，如炼制不锈钢、耐酸钢等。采用电化学防护方法，如在钢铁的船体上焊接上较活泼的金属锌。投影常见金属防腐蚀方法： 板书1、物理方法讲述以上投影中方法都是物理方法。刚才同学们回答时已提到电化学防护方法。投影两种电化学防护方法讲述金属腐蚀本质就是金属失电子而被氧化的过程。金属越活泼，金属越易被腐蚀。因此在金属铁上连接一块比它更活泼的金属，发生原电池反应时，失电子的为活泼的金属，而铁被保护。探究活动1 决策采用哪种防锈方法1镀铝后涂漆 2镀锌后涂漆 3镀镉后涂漆 4镀铬 5镀锡 6喷砂清理后涂漆 7一般清理后涂漆 8在锈上涂漆上图对不同防锈方法的效果进行了比较，同时也粗略给出了这些方法的成本。问题 采用哪种方法来保护铁不生锈，仔细考虑成本与效果。（1）房子上的铸铁檐槽（2）海边码头上的钢轨（3）铁的徽章（4）放电熨斗的支架（5）钢刀片（6）铁钥匙（7）儿童游戏场中秋千的钢架1至7中，要求针对所给出的不同情况，去决定应分别采用哪种防锈方法。这项工作最好在小组中进行。有一些做决定时应考虑的因素：物品需要保存多长时间?很明显，如果物品只需保存很短的时间，就没有必要去考虑给它一个长久的保护。 物品将用在哪里?如果物品主要用于室外，它就需要较好地进行保护。 物品是干什么用的?物品用途不同，保护方法也不同。例如，物品要接受高温，就不能用油漆进行保护。 物品外观重要吗?某些保护方法也是为了装饰外观用的。例如，镀铬。探究活动2决策怎样保护通向学校的小桥假设你为地方政府的架桥部门工作，你要在一条河上修一座供人行走的小桥，有了这座桥，孩子们就可以从住宅区通过小河到学校上学了。这座桥要用铁建造，你要决定采用什么样的保护方法来防止它生锈这座桥需要保存16年，因为16年后学校就要搬到另一个新的地方。有四种防锈措施供选择：选择1 不防锈，不采取防锈措施的桥，10年后必须进行更换，否则会由于锈蚀而发生危险。选择2 在对桥进行一般性清理后，涂上油漆这种保护措施需要每3年重新进行一次。选择3 用喷砂清理法对桥清理后，涂上油漆。这种保护措施需要每6年重新进行一次。选择4 将桥喷砂清理后，镀上锌再涂上漆。这种保护措施能使桥保存18年。下面给出了以上四种选择的成本。表： 四种选择的成本问题 （1）计算每个选择从桥建造开始，16年所花的费用（包括建造费和维修保护费）（ 2）采用哪个选择？讨论 1只有钢铁才能生锈，很多其他的金属，如铝和铜，几乎完全不发生锈蚀可是为什么我们用钢铁比用其他金属多呢?2假如有人发明了一种又便宜、又简单的方法，使锈永远不可能发生显然这一发明会带来很大的益处，你认为它也可能带来坏处吗?3汽车排气系统受锈的影响很严重。一辆车，由普通钢制造的排气系统价值960元，由于生锈的原因，它使用大约2年就需要更换。对同一辆车，如果买一个由不锈钢制造的排气系统，受锈的影响就会减少，并且可以使用6年，不锈钢排气系统价值1900元。 从长远考虑，是普通钢排气系统便宜，还是不锈钢排气系统便宜?解释你的回答。4在英国才有不到10的汽车拥有者购买不锈钢排气系统。请你评论一下这个事实。小结略课堂练习1解释下列现象并写出有关原电池的电极反应：（1）马口铁（镀Sn铁皮）做的罐头，打开后为什么极易生锈？（2）自来水管（镀Zn铁管）和白铁皮做的提桶，为什么不易生锈？（3）轮船船壳的水线以下部分，为什么要装上一定数量Zn块？2桥梁上钢结构接头处须用铆钉连结，以下三种铆钉，选用何种为好？（1）铝铆钉 （2）铜铆钉 （3）钢铆钉3下列各烧杯中盛有海水，依次插入：（1）Fe片；（2）Cu、Fe导线相连；（3）Sn、Fe导线相连；（4）Zn、Fe导线相连；（5）Al、Fe导线相连；铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是：。参考答案：1、略2、（3）3、（2）（3）（1）（4）（5）作业P58 5、6板书设计二、金属的防护1、物理方法2、电化学法 怎样防止自行车棚锈蚀？学校（或社区、乡村）内的自行车防雨棚采用了钢架结构，但使用不久就会生锈。为了使它有比较长的使用寿命，需要采取防锈措施。请同学们思考：怎样应用有关金属锈蚀的知识来防止自行车棚的钢架锈蚀呢？我的假设车棚钢架锈蚀的主要原因是：-、-、-、-我的方案针对这些原因采取下列措施，可以防止车棚钢架锈蚀：1.-2.-3.-探究过程建议1.查阅有关钢铁锈蚀原因和防护方法的资料，在此基础上初步考虑可以采取的防锈措施，整理成参考材料并与同学进行交流和讨论。2.考察同类车棚的防锈方法及其效果，向有经验的人征求意见，在此基础上写成考察报告。3.设计几种方案，根据某些指标比较这些方案的优缺点，然后确定一个比较好的方案。主要步骤和方法方案1方案2方案3防锈材料成本估算施工人力成本估算有效防锈期估计综合评价优劣排序几点说明1.本课题是一项实践性很强的探究活动，要求学生单独或以小组形式进行实地考察，结合成本核算和效果分析获得可行的方案。2.如果没有适当的自行车棚，可选择类似的需要做防锈处理的农具棚、候车棚、露天铁架或者家用铁器等替代，并写出有关的研究报告。第三节 玻璃、陶瓷和水泥教学目标：1知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途。2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。3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、图片、谈话、讲述、讨论探究课时划分：两课时教学过程：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，教师填写上表纯 碱石灰石石 英高温=高温=高温Na2CO3+CO2 Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2Na2SiO3CaSiO3SiO2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（Al2O32SiO22H2O）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 干燥 烧结 冷却 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：3CaOSiO2硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：3CaOAl2O3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。1.下列物质中属于纯净物的是A.Na2CO310H2O 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.Na2OSiO2 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（Al2O32SiO22H2O）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 干燥 烧结 冷却 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：3CaOSiO2硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：3CaOAl2O3主要性质：水硬性2、水泥的标号及钢筋混凝土。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、航天航天、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!课堂练习、高温结构陶瓷与金属材料相比，优点是耐高温耐腐蚀，不怕氧化 密度小，硬度大 韧性好，易于切削、锻打、拉伸 良好的传热导电性 、下列有关材料用途的说法不正确的是氧化铝陶瓷可用做高压钠灯的灯管 氮化硅陶瓷可用做陶瓷发动机的材料 光导纤维可用做遥测遥控、照明等 氧化铝陶瓷可用做半导体材料 、目前已有多个国家的大汽车公司试制无冷却式陶瓷发动汽车我国在年装配了一辆并完成了试车这种陶瓷柴油发动机部件的受热面是由一种耐高温且不易传热的材料制造的，这种材料是新型无机非金属材料中的氧化铝陶瓷 氮化硅陶瓷 光导纤维 玻璃钢 、氮化硅（3）是一种非氧化物高温陶瓷结构材料，具有高硬度、高强度、耐高温和耐腐蚀等特性，其超强的拉弯强度达到，而且在0高温下也不会下降，用氮化硅陶瓷制成的内燃机不需冷却装置，可节约燃料左右，热功转换效率提高到 粉末状的3可以由的蒸气和氨气的混合物反应制取粉末状的3对空气和水都不稳定但是，将粉末状的3和适量的在和0的密闭容器中热处理，可以制得表面结构十分致密而且对空气和水都十分稳定的高温结构材料 （）写出由和反应制备的化学方程式： （）分别写出3与、反应的化学方程式：、 （）为什么表面结构致密的3不再受、的侵蚀？参考答案：1、 2、 3、 4、（） （） （）固体表面与空气中的反应，生成稳定的，从而形成了致密的保护层，防止内部的继续与空气和水接触而被侵蚀作业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）氮化硅陶瓷陶器 用泥土等无机物质做原料，采取手工或其他方法做成所需要的形状，经过800至900 温度焙烧硬化而成的物品。一般为日用盛器、炊器、建筑构件及艺术陈设品。器体不透明，有小孔，有吸水性。中国历史上的陶器种类很多，相继出现了红陶、灰陶、黑陶、白陶、彩陶、彩绘陶和釉陶等品种。中国制作陶器的历史十分悠久，根据考古调查，有一万多年的历史。从旧石器时代结束、新石器时代开始的时期，就发明了制陶术，所以陶器发明是新石器时代的一个重要标志。瓷器 以瓷土即高岭土为原料，经拉坯成型、施釉、入窑焙烧制成的器物。瓷器经1300 以上高温烧成，胎体烧结后呈白色或灰白色，致密坚硬，扣之能发出清脆的铿锵之声。表面的一层玻璃质透明釉与胎体结合紧密，釉层不易剥落，几乎不吸水。瓷器根据釉色可以分为青瓷、黑瓷、白瓷、彩瓷四大类。瓷器源于中国，早在3000多年前的商代即生产出原始青瓷，公元2世纪的东汉时期烧制出比较成熟的青瓷。烧造瓷器的窑口遍布南北方各地，经过南北朝、隋唐的发展，到宋代已是窑口林立，产品各具特色，出现了汝、官、哥、定、钧五大名窑。南宋至元代开始，中国瓷业中心逐渐集中到江西景德镇，青花、釉里红等釉下彩的发明开创了一个新局面，明清釉上彩瓷又大大改变了瓷器的审美倾向，使之走向精美华丽，使瓷器烧造工艺达到历史上的顶峰。 青瓷 釉面基本色调呈青绿色的瓷器。3000年前的商代中期开始出现的原始青瓷，为我国最早的青瓷。东汉时期青瓷进入成熟阶段。六朝时期，青瓷工艺水平迅速提高，隋唐时期青瓷生产更加繁荣，越窑、瓯窑、岳州窑、长沙窑等生产出了犹如千峰翠色般的青瓷。宋代青瓷达到巅峰，汝、官、哥、定、钧五大名窑中的汝、官、哥三大窑都生产青瓷。民间的龙泉窑、哥窑、临汝窑、耀州窑等南北方窑厂都生产精美的青瓷。青瓷的美在于它的釉色，唐代越窑烧制出湖水绿般的优雅釉色，晚唐五代又烧制成功青瓷极品秘色瓷，使釉色更为清幽雅致。南宋官窑和龙泉窑发明的石灰碱釉新工艺，让青瓷釉色呈现出粉青、梅子青等如假玉器的色泽，将青瓷之美发挥到了极至。青瓷上还采用划、刻、捏塑、拍印等工艺技法装饰胎体，在浙江地区和湖南长沙窑还相继发明了高温釉上彩和高温釉下彩美化瓷器。常见的纹样有弦纹、水波纹、斜方格纹、网纹、联珠纹、卷枝蔓草、莲瓣纹等。元明清景德镇成为中国瓷器生产的中心，白釉、红釉、蓝釉、蓝釉描金等瓷器高度发展，彩瓷逐渐受到青睐，青瓷在社会生活中渐渐失去了主导地位。：汝窑 宋代五大名窑之一，在河南汝州，即今天的宝丰县。北宋后期，汝窑成为为宫廷烧制御用瓷器的专用窑场，制品为青瓷，传世器物有盘、碟、洗、瓶、樽、碗、盏托、水仙盆等。汝窑瓷器在历史上一直是倍受重视的珍品。从传世品看，胎体较薄，胎质细腻。器物成型和修坯工艺一丝不苟，烧制也十分考究，器物底部的支烧痕迹小得如同芝麻粒，底部施满釉。它的釉色为天青釉，色彩青幽含蓄，釉质厚如凝脂，釉面开细碎的冰裂纹。汝窑烧造御用瓷的时间大约只有20年，作品极少，目前传世的汝窑器物不足百件，分别珍藏在北京故宫博物院、台北故宫博物院、上海博物馆以及英国、美国、日本、香港等地。宋 汝窑天青釉三足樽官窑 官窑有广义和狭义两个概念。广义的官窑泛指历代由朝廷督办、专门烧制御用瓷的瓷窑；狭义的官窑则是宋代五大名窑之一。文献记载，北宋后期在东京汴梁，即今河南开封设置过官窑。但至今未找到窑址。南宋官窑在浙江杭州，其中的一座郊坛下官窑已经过科学发掘，发现了窑炉、窑具及瓷器碎片。出土的器物主要有青瓷盘、碗、碟、洗、炉及仿商周秦汉古铜及玉器的造型。官窑瓷器胎土呈黑灰或黑褐色，胎体较薄，施釉较厚。釉色是官窑瓷器技术和艺术上的最高追求，它创造出青釉的高档品种粉青、月白、米黄等釉色，这些釉色色泽幽雅，透明感降低，釉层厚而匀净。由于胎体中含铁量较高，大部分器物的口、足沿等釉层较薄的部位泛出铁红色，古代文献称为“紫口铁足”。南宋官窑瓷器还有一个特征，就是釉面上分布着长短、深浅不一的裂纹，叫作“开片”。它原本是一种釉面缺陷。瓷胎比瓷釉的膨胀系数大，瓷器烧成冷却的时候，收缩幅度大的胎体就会把玻璃质的釉层拉碎，釉面出现开片。而艺术素养高的宋代工匠们巧妙地利用了这种缺陷，人为地把它变成一种釉面装饰，让自然延伸、交错的冰裂纹与温润的青釉搭配和谐，相得益彰，给单色的器物平添了天然的美感。南宋 官窑粉青釉弦纹瓶哥窑 宋代五大名窑之一，在浙江龙泉。烧制的青瓷有各式碗、盘、瓶、炉等，造型幽雅有古韵，典型器物有琮式瓶、贯耳瓶、鬲式炉、莲瓣碗等。有的器物有刻划、堆塑等装饰，哥窑瓷采用多次施釉的工艺，使青釉浓厚青翠，色彩幽深，创出了粉青、梅子青等绝顶釉色，把青瓷的美，推到了一个新的境界。哥窑青瓷釉上有细碎的开片，称作“百圾碎”，更小的叫“鱼子纹”，把原本是缺陷的开片变成瓷器表面自然天成的装饰，说明工匠们已经掌握了开片的规律，可以人为地加以控制和利用，这只有在制瓷工艺达到高峰的宋代才能做到。 南宋 哥窑双耳三足炉定窑 宋代五大名窑之一，是当时最有名的白瓷窑口。定窑白瓷胎体洁白，质地坚实。釉是象牙白色。不论碗、盘还是瓶、罐，常常装饰着划花、刻花或者印花，纹饰题材有莲瓣、龙凤、牡丹、莲池游鸭、婴戏、鸳鸯等。定窑还发明了一种烧制碗类器物的先进的装烧技术，叫做“覆烧”，把过去一个匣钵里正着装一件碗坯，变成多件器物扣叠在一起，形成一个筒形的组合式匣钵，这样就大大增加了装烧量，提高了生产效率。但是，覆烧的瓷器口沿不能上釉，于是工匠们又在这些芒口的碗、盘口上镶包了金、银或铜口，成为一种特殊装饰。定窑除了大宗的白釉瓷器，还烧制少量的酱釉或绿釉器，酱釉器又称“紫定”，是传世稀少的珍品。 宋 定窑白釉印花云龙纹盘钧窑 宋代五大名窑之一，因所在地河南禹县古称“钧州”而得名。钧窑器物有碗、盘、洗、花盆等。钧窑的特点在于它的釉色。它虽然属于青釉，但是釉层不透明；由于釉料中含有铜，釉色呈现天蓝、月白等多种变化，还出现玫瑰紫、海棠红等不规则的彩色斑块，装饰在花瓣形的花盆、笔洗、香炉等器物上，别有一番自然天成的韵味。北宋时期，钧窑有一部分窑场专烧御用瓷，被称为“官钧”。这部分产品设计高雅优美，制作时不惜工本，质量精益求精，成为历代收藏的珍品。钧窑还