高中化學(xué)《無機(jī)非金屬材料》教案2（新人教版選修2）

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111 示范教案一(7.3無機(jī)非金屬材料 第2課時(shí)) ［引言］上節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了幾種硅酸鹽材料。最初，無機(jī)非金屬材料主要是硅酸鹽材料，所以，硅酸鹽材料也稱為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料。這一節(jié)課來認(rèn)識(shí)幾種新型無機(jī)非金屬材料。 ［板書］二、新型無機(jī)非金屬材料 ［問］為什么要叫新型無機(jī)非金屬材料呢？ ［生］為了與傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料相區(qū)別。 ［問］傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料有什么特點(diǎn)？ ［生］傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料具有抗腐蝕、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊的弱點(diǎn)。 ［師］傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料與現(xiàn)在所用的許多金屬材料相比，有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這使得很多行業(yè)的科學(xué)家都對(duì)它情有獨(dú)鐘，然而，它的弱點(diǎn)的存在，又使它的應(yīng)用范圍受到了一定的限制。為此，科學(xué)家們進(jìn)行深入的研究和探索，并進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，隨之而來的便是多種多樣具有特殊性能的新型無機(jī)非金屬材料的問世，那么，新型無機(jī)非金屬與傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料相比有哪些特性呢? 請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材P152相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)回答。 ［學(xué)生閱讀］ ［板書］新型無機(jī)非金屬材料的特性 ［學(xué)生閱讀后總結(jié)］ ［教師板書］（1）能承受高溫，強(qiáng)度高 （2）具有電學(xué)特性 （3）具有光學(xué)特性 （4）具有生物功能 ［過渡］隨著人類社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用將越來越廣泛，品種也越來越豐富。下面，我們簡(jiǎn)單介紹其中的兩種——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維。 ［板書］1.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 ［師］結(jié)構(gòu)材料，是指利用其強(qiáng)度、硬度、韌性等機(jī)械性能制成的各種材料。以往用的最多的結(jié)構(gòu)材料是金屬。但現(xiàn)在，它卻逐漸讓位于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，為什么會(huì)這樣呢?請(qǐng)大家閱讀課本P153有關(guān)內(nèi)容回答。 ［生］因?yàn)楦邷亟Y(jié)構(gòu)陶瓷具有能經(jīng)受高溫、不怕氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)，作為高溫結(jié)構(gòu)材料非常合適，而金屬材料易受腐蝕，在高溫時(shí)不耐氧化，不適合在高溫時(shí)使用。 ［師］很好，下面我們就以實(shí)例來進(jìn)行說明。 ［板書］（1）透明陶瓷 ［師］看了這個(gè)標(biāo)題，大家也許會(huì)覺得奇怪，因?yàn)槲覀兤匠Ｒ姷亩际遣煌该鞯奶沾裳?如缸、碗、碟等。這透明的陶瓷，真的有嗎? ［展示高壓鈉燈］看。這是高壓鈉燈，其燈管就是由透明的氧化鋁陶瓷做的。 ［板書］氧化鋁陶瓷 ［師］高壓鈉燈是發(fā)光效率很高的一種電光源，光色金白，在它的燈光下看物清晰，不刺眼。平均壽命長(zhǎng)達(dá)1萬小時(shí)～2萬小時(shí)，比高壓汞燈壽命長(zhǎng)2倍，高過白熾燈的壽命10倍，是目前壽命最長(zhǎng)的燈。 早在30年代初，人們就已經(jīng)知道利用鈉蒸氣放電可獲得一種高效率的光源，但一直到1960年，高壓鈉燈才呱呱墜地，后經(jīng)不斷發(fā)展改進(jìn)，才得以實(shí)際應(yīng)用。 ［問］為什么從知道鈉蒸氣放電到高壓鈉燈的使用經(jīng)過了二十幾個(gè)年頭呢?請(qǐng)大家看下面資料，結(jié)合課文，分析思考并回答。 ［投影展示］鈉蒸氣放電會(huì)產(chǎn)生超過1000℃的高溫；鈉蒸氣有強(qiáng)烈的腐蝕作用。 ［生］甲：普通玻璃燈管承受不了鈉蒸氣放電產(chǎn)生的高溫，此時(shí)普通玻璃要軟化。 乙：鈉屬于堿金屬元素，性質(zhì)很活潑，腐蝕性強(qiáng)，因此很難找到合適的燈管材料。 丙：氧化鋁材料陶瓷能承受高溫，又耐腐蝕，那么，是不是氧化鋁陶瓷發(fā)明得晚，或者說科學(xué)家們正是為了解決這個(gè)問題才開始研究氧化鋁陶瓷的呢? …… ［師］大家的推理很合邏輯，而且確實(shí)是以上原因，透明氧化鋁陶瓷的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，能在1600℃的環(huán)境里不受鈉蒸氣腐蝕，它是1957年誕生的，它可以通過95%的光線。 ［師］氧化鋁陶瓷除了用作高壓鈉燈的燈管外，還有許多其他用途，請(qǐng)大家閱讀有關(guān)內(nèi)容，并填寫下表。 ［投影展示］氧化鋁陶瓷 特點(diǎn) 用途 熔點(diǎn)高 坩堝、高溫爐管 硬度大 剛玉球磨機(jī) 透明、耐高溫 高壓鈉燈燈管 ［以上問題可由學(xué)生口答］ ［師］透明氧化鋁陶瓷所用原料及工藝要比其他氧化鋁陶瓷高，有關(guān)氧化鋁更多的知識(shí)，大家課后可參考課本資料內(nèi)容。 ［過渡］假如一輛普通的汽車在沙漠里行駛，在汽車零件不壞的情況下，最怕遇到的問題是什么? ［生］是缺水。 ［問］汽車行駛時(shí)，為什么經(jīng)常要加水? ［生］是為了散熱，因?yàn)槠嚨陌l(fā)動(dòng)機(jī)多是由金屬制作，它們?cè)诟邷貢r(shí)容易損壞，必須用水來冷卻。 ［師］很正確。這樣當(dāng)汽車行駛在沙漠里時(shí)，若無足夠的水，就很容易使發(fā)動(dòng)機(jī)損壞而拋錨，那么，有沒有更好的辦法來解決這個(gè)問題呢?此時(shí)，陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)可以幫我們解決后顧之憂。 ［板書］（2）陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī) ［師］可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷有氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷。我們主要介紹一下氮化硅陶瓷。 ［板書］氮化硅陶瓷 ［師］既然陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)能克服傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，請(qǐng)大家預(yù)測(cè)氮化硅的性質(zhì)。 ［生］應(yīng)該是耐高溫、抗氧化、耐腐蝕。 ［師］預(yù)言是否正確呢?請(qǐng)大家閱讀課本P153驗(yàn)證并總結(jié)氮化硅陶瓷的特點(diǎn)和用途。 ［生］氮化硅陶瓷硬度大，本身具有潤(rùn)滑性，耐磨損，抗腐蝕，抗氧化，能抵抗冷熱沖擊，可用來制造軸承、汽輪機(jī)葉片、永久性模具、機(jī)械密封環(huán)等機(jī)械構(gòu)件，還可以用來制柴油機(jī)。 ［師］總結(jié)得很好。那么用氮化硅陶瓷制作的發(fā)動(dòng)機(jī)，與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，有什么優(yōu)越性呢? 請(qǐng)大家看以下資料： ［投影展示］陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) a.陶瓷的耐熱性好，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)效率大大提高，可比目前作為其制造材料的鎳基耐熱合金的發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高30%左右。 b.工作溫度高，可使燃料充分燃燒，排出廢氣中的污染成分大大減少。這不僅降低了能源消耗，而且減少了環(huán)境污染。 c.陶瓷的熱傳導(dǎo)性比金屬低，這使發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量不易散發(fā)，可節(jié)省能源。 d.陶瓷具有較高的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，這可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。 ［師］用陶瓷制造燃?xì)廨啓C(jī)，不但有利于提高工作溫度、降低燃料的消耗，而且陶瓷原料供應(yīng)豐富，不存在資源緊缺問題。用陶瓷代替鎳基、鈷基等耐熱合金，成本可降低到原來的1／30。 我國(guó)在“七五”期間（1986～1990年），有數(shù)十個(gè)單位在國(guó)家科委的組織下，協(xié)同攻關(guān)，研制成一系列陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件，并裝配成發(fā)動(dòng)機(jī)。不僅順利通過了臺(tái)架試驗(yàn)，而且在大型公共汽車上完成了上海與北京間的往返裝車路試，使我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)有能力進(jìn)行陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)裝車路試的國(guó)家之一。這種由陶瓷部件裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)，燃油效率高，無需水冷卻系統(tǒng)，特別適用于沙漠地區(qū)等惡劣環(huán)境。該機(jī)已進(jìn)入西北沙漠地區(qū)進(jìn)行性能考核。我國(guó)科學(xué)家還將研制工作溫度更高的陶瓷燃?xì)廨啓C(jī)，他們正在為攻克陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)難關(guān)而不懈地努力著。 另外，氧化鋁陶瓷和氮化硅陶瓷因?yàn)橛捕雀撸ㄆ溆捕葍H僅次于金剛石）而可作刀具適合于切削難加工的金屬材料，且耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性均大大高于金剛石。 新型結(jié)構(gòu)陶瓷除上述所介紹的之外，還有很多品種，如碳化硼陶瓷、氧化鋯陶瓷、鈉米陶瓷等等，它們廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、原子能工業(yè)、宇航事業(yè)等方面。 ［過渡］下面，我們來介紹另一類新型無機(jī)非金屬材料——光導(dǎo)纖維。 ［板書］2.光導(dǎo)纖維 ［師］光導(dǎo)纖維，簡(jiǎn)稱“光纖”，就是一種能利用光的全反射作用來傳導(dǎo)光線的透明度極高的玻璃細(xì)絲。如果將許多根經(jīng)過技術(shù)處理的光纖繞在一起，就得到我們常說的光纜。 ［演示］光導(dǎo)纖維玩具傳遞光的現(xiàn)象。 ［師］光導(dǎo)纖維是用石英玻璃制造的，制作時(shí)需要較高的技術(shù)，它傳導(dǎo)光的能力非常強(qiáng)。如1000米長(zhǎng)的單模光纖，重量只有27克，傳送波長(zhǎng)為1.55微米的激光時(shí)，每傳播1000米，光能的損耗不到0.2分貝。若利用光纜通訊，能同時(shí)傳輸大量信息。 ［板書］（1）光導(dǎo)纖維在通訊技術(shù)中的應(yīng)用 那么，光纖通信較之普通電纜通信有哪些優(yōu)點(diǎn)呢?請(qǐng)大家閱讀課本P153有關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行回答。 ［生］光纖通信的優(yōu)點(diǎn)有： a.信息容量大，一條光纜通路可同時(shí)容納10億人通話，也可同時(shí)傳送多套電視節(jié)目。 b.光纖的抗干擾性能好，不發(fā)生電輻射，通訊質(zhì)量高，能防竊聽。 c.光纜質(zhì)量小而且細(xì)，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便。 ［師］除上述優(yōu)點(diǎn)外，光纖通信還有損耗低，適合遠(yuǎn)距離信息傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)。 其實(shí)，目前的光纖通信還不是真正的光通信，那么，什么是真正的光通信呢?請(qǐng)大家看下列資料。 ［投影展示］真正的光通信時(shí)代 目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機(jī)或電視攝像機(jī)變成電信號(hào)，再通過光調(diào)制機(jī)對(duì)激光光源進(jìn)行調(diào)制，把電信號(hào)變成光信號(hào)，由光導(dǎo)纖維傳送到接收端，接收端的激光接收機(jī)通過光電轉(zhuǎn)換器，把光信號(hào)還原成電信號(hào)，進(jìn)入電話機(jī)或電視機(jī)，重現(xiàn)發(fā)送的聲音或圖象。未來的光纖通信，可以不用電信號(hào)，而是將聲音或圖象直接轉(zhuǎn)換成光信號(hào)用光纖進(jìn)行傳輸，電只是作為能源加以使用。到那時(shí)電話、電報(bào)、電視等電通信方式將變成“光話”“光報(bào)”“光視”等光通信方式，人類將進(jìn)入一個(gè)無限美好的真正的光通信時(shí)代 ［過渡］光導(dǎo)纖維不但是通信技術(shù)中的重要材料，還是醫(yī)生的得力助手。 ［板書］（2）光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 ［師］目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，普遍使用著一種連接著許多光纖的胃鏡，光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進(jìn)去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛苦。在光導(dǎo)纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭，可將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上。 光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的另一個(gè)重要應(yīng)用是通過微細(xì)的光纖將高強(qiáng)度的激光輸入人體的病變部位，用激光來切除病變部位。這種“手術(shù)”不用切開皮膚和切割肌肉組織，而且切割部位準(zhǔn)確，手術(shù)效果好。 除此以外，光導(dǎo)纖維還可用于信息處理、傳能傳像、遙測(cè)遙控、照明等許多方面。 ［小結(jié)］以上我們所講述的，只不過是新型無機(jī)非金屬材料中的點(diǎn)滴，在此領(lǐng)域中，還有許許多多的已知和未知等待我們?nèi)チ私夂桶l(fā)掘。目前，科學(xué)家們對(duì)材料的研究已由宏觀進(jìn)入微觀。人類智慧的力量是偉大的，希望你們現(xiàn)在能好好學(xué)習(xí)，并在將來能有機(jī)會(huì)在材料研究的天空里大顯身手，為人類最終擺脫對(duì)天然材料的依賴而作出貢獻(xiàn)! ［布置作業(yè)］結(jié)合本節(jié)課的內(nèi)容，寫一篇有關(guān)“化學(xué)與社會(huì)”的小論文。 ●板書設(shè)計(jì) 第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料（第二課時(shí)） 二、新型無機(jī)非金屬材料 新型無機(jī)非金屬材料的特性 （1）能承受高溫，強(qiáng)度高 （2）具有電學(xué)特性 （3）具有光學(xué)特性 （4）具有生物功能 1.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 （1）透明陶瓷 氧化鋁陶瓷 （2）陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī) 氮化硅陶瓷 2.光導(dǎo)纖維 （1）光導(dǎo)纖維在通訊技術(shù)中的應(yīng)用 （2）光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 111