高中化學《無機非金屬材料》教案2（新人教版選修2）

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111 示范教案一(7.3無機非金屬材料 第2課時) ［引言］上節(jié)課，我們學習了幾種硅酸鹽材料。最初，無機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)無機非金屬材料。這一節(jié)課來認識幾種新型無機非金屬材料。 ［板書］二、新型無機非金屬材料 ［問］為什么要叫新型無機非金屬材料呢？ ［生］為了與傳統(tǒng)無機非金屬材料相區(qū)別。 ［問］傳統(tǒng)無機非金屬材料有什么特點？ ［生］傳統(tǒng)無機非金屬材料具有抗腐蝕、耐高溫的優(yōu)點，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊的弱點。 ［師］傳統(tǒng)無機非金屬材料與現(xiàn)在所用的許多金屬材料相比，有許多獨特的優(yōu)勢，這使得很多行業(yè)的科學家都對它情有獨鐘，然而，它的弱點的存在，又使它的應用范圍受到了一定的限制。為此，科學家們進行深入的研究和探索，并進行了反復的實驗，隨之而來的便是多種多樣具有特殊性能的新型無機非金屬材料的問世，那么，新型無機非金屬與傳統(tǒng)的無機非金屬材料相比有哪些特性呢? 請同學們閱讀教材P152相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)回答。 ［學生閱讀］ ［板書］新型無機非金屬材料的特性 ［學生閱讀后總結(jié)］ ［教師板書］（1）能承受高溫，強度高 （2）具有電學特性 （3）具有光學特性 （4）具有生物功能 ［過渡］隨著人類社會和科學技術(shù)的發(fā)展，新型無機非金屬材料的應用將越來越廣泛，品種也越來越豐富。下面，我們簡單介紹其中的兩種——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導纖維。 ［板書］1.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 ［師］結(jié)構(gòu)材料，是指利用其強度、硬度、韌性等機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，為什么會這樣呢?請大家閱讀課本P153有關(guān)內(nèi)容回答。 ［生］因為高溫結(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，作為高溫結(jié)構(gòu)材料非常合適，而金屬材料易受腐蝕，在高溫時不耐氧化，不適合在高溫時使用。 ［師］很好，下面我們就以實例來進行說明。 ［板書］（1）透明陶瓷 ［師］看了這個標題，大家也許會覺得奇怪，因為我們平常見的都是不透明的陶瓷呀!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。平均壽命長達1萬小時～2萬小時，比高壓汞燈壽命長2倍，高過白熾燈的壽命10倍，是目前壽命最長的燈。 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，才得以實際應用。 ［問］為什么從知道鈉蒸氣放電到高壓鈉燈的使用經(jīng)過了二十幾個年頭呢?請大家看下面資料，結(jié)合課文，分析思考并回答。 ［投影展示］鈉蒸氣放電會產(chǎn)生超過1000℃的高溫；鈉蒸氣有強烈的腐蝕作用。 ［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，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，或者說科學家們正是為了解決這個問題才開始研究氧化鋁陶瓷的呢? …… ［師］大家的推理很合邏輯，而且確實是以上原因，透明氧化鋁陶瓷的熔點高達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 用途 熔點高 坩堝、高溫爐管 硬度大 剛玉球磨機 透明、耐高溫 高壓鈉燈燈管 ［以上問題可由學生口答］ ［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，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，為什么經(jīng)常要加水? ［生］是為了散熱，因為汽車的發(fā)動機多是由金屬制作，它們在高溫時容易損壞，必須用水來冷卻。 ［師］很正確。這樣當汽車行駛在沙漠里時，若無足夠的水，就很容易使發(fā)動機損壞而拋錨，那么，有沒有更好的辦法來解決這個問題呢?此時，陶瓷發(fā)動機可以幫我們解決后顧之憂。 ［板書］（2）陶瓷發(fā)動機 ［師］可用于制造發(fā)動機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)動機能克服傳統(tǒng)發(fā)動機的缺點，請大家預測氮化硅的性質(zhì)。 ［生］應該是耐高溫、抗氧化、耐腐蝕。 ［師］預言是否正確呢?請大家閱讀課本P153驗證并總結(jié)氮化硅陶瓷的特點和用途。 ［生］氮化硅陶瓷硬度大，本身具有潤滑性，耐磨損，抗腐蝕，抗氧化，能抵抗冷熱沖擊，可用來制造軸承、汽輪機葉片、永久性模具、機械密封環(huán)等機械構(gòu)件，還可以用來制柴油機。 ［師］總結(jié)得很好。那么用氮化硅陶瓷制作的發(fā)動機，與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，有什么優(yōu)越性呢? 請大家看以下資料： ［投影展示］陶瓷發(fā)動機的優(yōu)點 a.陶瓷的耐熱性好，可以提高發(fā)動機的工作溫度，從而使發(fā)動機效率大大提高，可比目前作為其制造材料的鎳基耐熱合金的發(fā)動機效率提高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.陶瓷的熱傳導性比金屬低，這使發(fā)動機的熱量不易散發(fā)，可節(jié)省能源。 d.陶瓷具有較高的高溫強度和熱穩(wěn)定性，這可延長發(fā)動機的使用壽命。 ［師］用陶瓷制造燃氣輪機，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。 我國在“七五”期間（1986～1990年），有數(shù)十個單位在國家科委的組織下，協(xié)同攻關(guān)，研制成一系列陶瓷發(fā)動機的關(guān)鍵零部件，并裝配成發(fā)動機。不僅順利通過了臺架試驗，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，使我國成為世界上少數(shù)幾個有能力進行陶瓷發(fā)動機裝車路試的國家之一。這種由陶瓷部件裝配的發(fā)動機，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。該機已進入西北沙漠地區(qū)進行性能考核。我國科學家還將研制工作溫度更高的陶瓷燃氣輪機，他們正在為攻克陶瓷發(fā)動機難關(guān)而不懈地努力著。 另外，氧化鋁陶瓷和氮化硅陶瓷因為硬度高（其硬度僅僅次于金剛石）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非金屬材料——光導纖維。 ［板書］2.光導纖維 ［師］光導纖維，簡稱“光纖”，就是一種能利用光的全反射作用來傳導光線的透明度極高的玻璃細絲。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］光導纖維玩具傳遞光的現(xiàn)象。 ［師］光導纖維是用石英玻璃制造的，制作時需要較高的技術(shù)，它傳導光的能力非常強。如1000米長的單模光纖，重量只有27克，傳送波長為1.55微米的激光時，每傳播1000米，光能的損耗不到0.2分貝。若利用光纜通訊，能同時傳輸大量信息。 ［板書］（1）光導纖維在通訊技術(shù)中的應用 那么，光纖通信較之普通電纜通信有哪些優(yōu)點呢?請大家閱讀課本P153有關(guān)內(nèi)容，進行回答。 ［生］光纖通信的優(yōu)點有： a.信息容量大，一條光纜通路可同時容納10億人通話，也可同時傳送多套電視節(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，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便。 ［師］除上述優(yōu)點外，光纖通信還有損耗低，適合遠距離信息傳輸?shù)葍?yōu)勢。 其實，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?請大家看下列資料。 ［投影展示］真正的光通信時代 目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機或電視攝像機變成電信號，再通過光調(diào)制機對激光光源進行調(diào)制，把電信號變成光信號，由光導纖維傳送到接收端，接收端的激光接收機通過光電轉(zhuǎn)換器，把光信號還原成電信號，進入電話機或電視機，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，而是將聲音或圖象直接轉(zhuǎn)換成光信號用光纖進行傳輸，電只是作為能源加以使用。到那時電話、電報、電視等電通信方式將變成“光話”“光報”“光視”等光通信方式，人類將進入一個無限美好的真正的光通信時代 ［過渡］光導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）光導纖維在醫(yī)學上的應用 ［師］目前在醫(yī)學領(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去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛苦。在光導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。 光導纖維在醫(yī)學上的另一個重要應用是通過微細的光纖將高強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，而且切割部位準確，手術(shù)效果好。 除此以外，光導纖維還可用于信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明等許多方面。 ［小結(jié)］以上我們所講述的，只不過是新型無機非金屬材料中的點滴，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，科學家們對材料的研究已由宏觀進入微觀。人類智慧的力量是偉大的，希望你們現(xiàn)在能好好學習，并在將來能有機會在材料研究的天空里大顯身手，為人類最終擺脫對天然材料的依賴而作出貢獻! ［布置作業(yè)］結(jié)合本節(jié)課的內(nèi)容，寫一篇有關(guān)“化學與社會”的小論文。 ●板書設(shè)計 第三節(jié) 無機非金屬材料（第二課時） 二、新型無機非金屬材料 新型無機非金屬材料的特性 （1）能承受高溫，強度高 （2）具有電學特性 （3）具有光學特性 （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)動機 氮化硅陶瓷 2.光導纖維 （1）光導纖維在通訊技術(shù)中的應用 （2）光導纖維在醫(yī)學上的應用 111