3.2 功能各异的无机非金属材料
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文档简介
第二单元 功能各异的无机非金属材料
一、学习目标
1．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。
2．知道陶瓷、玻璃、水泥的主要成分、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。
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。
二、课时建议
生活中的硅酸盐材料 2课时
三教学过程
无机非金属材料种类繁多，功能各异，应用十分广泛，其历史可追溯到远古时代。
从我们的祖先用黏土制作陶器，到现代人通过光导纤维通讯联系，人类利用自然界提供的各种资源，研制了许许多多的无机非金属材料。我们日常生活中使用的陶瓷、玻璃器皿，煤气炉具点火装置使用的压电陶瓷，电器设备中的半导体材料，电视显像管中的荧光粉，磁带和磁性陶瓷使用的磁性材料，医疗中使用的人造牙齿等，都属于无机非金属材料。
1、 生活中的硅酸盐材料
人类文明发展史
传统材料：石器——燧石取火
硅酸盐——水泥、玻璃、陶瓷
新型材料，信息材料：二氧化硅——光导纤维
单晶硅——集成电路
你知道吗？
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
1．从黏土到陶瓷
科学家用五个里程碑和三大技术突破来总结中国陶瓷的整个发展过程：
A. 新石器时代早期陶器的出现；B。新石器时代晚期印纹硬陶和商、周时期原始瓷的烧制成功；C。汉晋时期南方青釉瓷的诞生；D。隋唐时期北方白釉瓷的突破；E。宋代到清代颜色釉瓷、彩绘瓷和雕塑陶瓷的辉煌成就。
拓展视野：
传统的陶瓷工艺
陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成的，制作瓷器的黏土较纯净。普通陶器较为粗糙，有不同程度的渗透性。如果在坯体上涂上彩釉，烧制后可得到表面光滑、不渗水、色彩绚丽的陶瓷器具。
2．形形色色的玻璃
采光、隔热及装饰都需要使用玻璃。色彩斑斓的玻璃器皿和玻璃工艺品美化了人们的生活。
普通玻璃的暗绿色、浅棕色是因为分别含有氧化亚铁和氧化铁等杂质。
主要原料 主要设备 主要成分 玻璃窑中发生的主要反应
纯 碱石灰石石 英 玻璃窑 Na2SiO3CaSiO3 SiO2
资料卡
玻璃的结构特点——玻璃态物质
玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃态物质。
玻璃态物质的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但也不完全是无规则的排列。人们把这种结构特征称为“短程有序、远程无序”，就是说从小范围看它有一定的晶型排列，从整体上看却无晶型的排列规律。
玻璃态物质没有固定的熔点，可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态。在软化状态时，玻璃可吹制或轧成一定形状的制品
你知道吗？
对普通玻璃进行处理可以改善玻璃的性能。钢化玻璃机械强度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不会形成有棱角的碎片；刻花玻璃上雕刻有各种精美的花纹图案；镀膜玻璃可以做镜子、玻璃幕墙等。你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗
变色玻璃
在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色玻璃。当强光照射到玻璃上，溴化银分解为银和溴单质，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色，能挡住大部分光线。
光线变暗，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。
玻璃加工
1． 玻璃加热到一定温度后急剧冷却，就可以得到钢化玻璃。
2． 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(量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
3． 在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃。镀膜玻璃外形美观，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
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。再向试管中滴加1～2滴10％氢氧化钠溶液，随后加入3 mL10％葡萄糖溶液，用温水浴加热几分钟，观察发生的现象。
5。夹层玻璃
夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为0.76mm的中间层。夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛（PVB）。当玻璃受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。
几种玻璃的特性和用途
种类 特性 用途
普通玻璃 高温下易软化 窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯
彩色玻璃 氧化钴（Co2O3) 蓝色氧化亚铜（Cu2O) 红色 二氧化锰（MnO2)紫红色氟化钙（CaF2)乳白色
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、火车的窗玻璃等
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
光学玻璃 透光性能好，有折光性和色散性 眼镜片，照相机、显微镜、望远镜等中的凹凸透镜
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
有机玻璃 高度透明性，机械强度高 ，重量轻 ，易于加工
3．硅酸盐水泥
水泥是最常用的建筑材料
主要原料 主要设备 主要成分 性质 应用
粘土石灰石石膏 水泥回转窑 3CaO·SiO22CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 水硬性 水泥沙浆混凝土钢筋混凝土
水泥的硬化：水泥(cement)的硬化过程可以分为两个阶段。第一阶段是水泥加水后逐步发生水化反应，从具有可塑性与流动性的水泥浆，变成非流动性的水泥颗粒并丧失可塑性。第二阶段是水泥颗粒逐步吸收水，进一步发生水化反应，硬化成机械强度高的固体。
讨论与交流：
炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分 为什么在炼钢厂附近常建有水泥厂 请从资源充分利用的角度谈谈这样布局的好处。
硅酸盐水泥的品种日益扩大，白水泥、快干水泥、彩色水泥等已越来越为人们所熟悉。其中，彩色水泥主要用来配制彩色水泥浆，可用于建筑的饰面刷浆以及室外墙面装饰等，具有特殊的装饰效果。
在建筑工程中，水泥和沙、碎石、水按一定比例混合，以钢筋作结构，硬化后形成结构坚固的钢筋混凝土
玻璃
聚乙烯醇丁醛
玻璃
一、学习目标
1．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。
2．知道陶瓷、玻璃、水泥的主要成分、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。
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。
二、课时建议
生活中的硅酸盐材料 2课时
三教学过程
无机非金属材料种类繁多，功能各异，应用十分广泛，其历史可追溯到远古时代。
从我们的祖先用黏土制作陶器，到现代人通过光导纤维通讯联系，人类利用自然界提供的各种资源，研制了许许多多的无机非金属材料。我们日常生活中使用的陶瓷、玻璃器皿，煤气炉具点火装置使用的压电陶瓷，电器设备中的半导体材料，电视显像管中的荧光粉，磁带和磁性陶瓷使用的磁性材料，医疗中使用的人造牙齿等，都属于无机非金属材料。
1、 生活中的硅酸盐材料
人类文明发展史
传统材料：石器——燧石取火
硅酸盐——水泥、玻璃、陶瓷
新型材料，信息材料：二氧化硅——光导纤维
单晶硅——集成电路
你知道吗？
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
1．从黏土到陶瓷
科学家用五个里程碑和三大技术突破来总结中国陶瓷的整个发展过程：
A. 新石器时代早期陶器的出现；B。新石器时代晚期印纹硬陶和商、周时期原始瓷的烧制成功；C。汉晋时期南方青釉瓷的诞生；D。隋唐时期北方白釉瓷的突破；E。宋代到清代颜色釉瓷、彩绘瓷和雕塑陶瓷的辉煌成就。
拓展视野：
传统的陶瓷工艺
陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成的，制作瓷器的黏土较纯净。普通陶器较为粗糙，有不同程度的渗透性。如果在坯体上涂上彩釉，烧制后可得到表面光滑、不渗水、色彩绚丽的陶瓷器具。
2．形形色色的玻璃
采光、隔热及装饰都需要使用玻璃。色彩斑斓的玻璃器皿和玻璃工艺品美化了人们的生活。
普通玻璃的暗绿色、浅棕色是因为分别含有氧化亚铁和氧化铁等杂质。
主要原料 主要设备 主要成分 玻璃窑中发生的主要反应
纯 碱石灰石石 英 玻璃窑 Na2SiO3CaSiO3 SiO2
资料卡
玻璃的结构特点——玻璃态物质
玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃态物质。
玻璃态物质的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但也不完全是无规则的排列。人们把这种结构特征称为“短程有序、远程无序”，就是说从小范围看它有一定的晶型排列，从整体上看却无晶型的排列规律。
玻璃态物质没有固定的熔点，可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态。在软化状态时，玻璃可吹制或轧成一定形状的制品
你知道吗？
对普通玻璃进行处理可以改善玻璃的性能。钢化玻璃机械强度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不会形成有棱角的碎片；刻花玻璃上雕刻有各种精美的花纹图案；镀膜玻璃可以做镜子、玻璃幕墙等。你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗
变色玻璃
在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色玻璃。当强光照射到玻璃上，溴化银分解为银和溴单质，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色，能挡住大部分光线。
光线变暗，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。
玻璃加工
1． 玻璃加热到一定温度后急剧冷却，就可以得到钢化玻璃。
2． 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(量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
3． 在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃。镀膜玻璃外形美观，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
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。再向试管中滴加1～2滴10％氢氧化钠溶液，随后加入3 mL10％葡萄糖溶液，用温水浴加热几分钟，观察发生的现象。
5。夹层玻璃
夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为0.76mm的中间层。夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛（PVB）。当玻璃受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。
几种玻璃的特性和用途
种类 特性 用途
普通玻璃 高温下易软化 窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯
彩色玻璃 氧化钴（Co2O3) 蓝色氧化亚铜（Cu2O) 红色 二氧化锰（MnO2)紫红色氟化钙（CaF2)乳白色
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、火车的窗玻璃等
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
光学玻璃 透光性能好，有折光性和色散性 眼镜片，照相机、显微镜、望远镜等中的凹凸透镜
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
有机玻璃 高度透明性，机械强度高 ，重量轻 ，易于加工
3．硅酸盐水泥
水泥是最常用的建筑材料
主要原料 主要设备 主要成分 性质 应用
粘土石灰石石膏 水泥回转窑 3CaO·SiO22CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 水硬性 水泥沙浆混凝土钢筋混凝土
水泥的硬化：水泥(cement)的硬化过程可以分为两个阶段。第一阶段是水泥加水后逐步发生水化反应，从具有可塑性与流动性的水泥浆，变成非流动性的水泥颗粒并丧失可塑性。第二阶段是水泥颗粒逐步吸收水，进一步发生水化反应，硬化成机械强度高的固体。
讨论与交流：
炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分 为什么在炼钢厂附近常建有水泥厂 请从资源充分利用的角度谈谈这样布局的好处。
硅酸盐水泥的品种日益扩大，白水泥、快干水泥、彩色水泥等已越来越为人们所熟悉。其中，彩色水泥主要用来配制彩色水泥浆，可用于建筑的饰面刷浆以及室外墙面装饰等，具有特殊的装饰效果。
在建筑工程中，水泥和沙、碎石、水按一定比例混合，以钢筋作结构，硬化后形成结构坚固的钢筋混凝土
玻璃
聚乙烯醇丁醛
玻璃