高中化學(xué)選修化學(xué)與生活 玻璃陶瓷和水泥第2課時教學(xué)設(shè)計

高中化學(xué)選修化學(xué)與生活

3.3玻璃、陶瓷和水泥第2課時教學(xué)設(shè)計

［復(fù)習(xí)］玻璃、陶瓷、水泥生產(chǎn)原料及主要化學(xué)成分。

［過渡］近年來為適應(yīng)科技發(fā)展而研制出許多新型陶瓷材料，它的化學(xué)組成已

遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出硅酸鹽范圍，在信息科學(xué)、航天航天、生物工程、超導(dǎo)研究等領(lǐng)域得到

廣泛的應(yīng)用。

［板書］四、玻璃和陶瓷的發(fā)展

今天，我們主要了解其中的兩種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維。

［板書光導(dǎo)纖維

［展示］光纜、光導(dǎo)纖維儀、光導(dǎo)纖維裝飾品、玩具等。

上述物品及演示中，可以觀察到：光導(dǎo)纖維可以傳輸光、圖像、音樂等。當(dāng)

然，它的最大用途是，遠(yuǎn)距離信息傳輸，構(gòu)建信息高速公路。還可以用于醫(yī)學(xué)的

腸鏡、胃鏡、心臟等內(nèi)窺鏡。

［播放］光導(dǎo)纖維的視頻。

［學(xué)生概括］光導(dǎo)纖維的主要性能和用途：傳導(dǎo)光的能力很強，應(yīng)用于通信。

［教師小結(jié)］對比光纖光纜和普通電纜。光纖光纜信息量大，每根光纜上理論

上可同時通過10億路電話。而普通電纜8管同軸電纜每條通話1800路；光纖光

纜原料來源廣（石英玻璃），節(jié)約有色金屬。而普通光纜資源較少；光纖光纜質(zhì)

量小，每km27g,不怕腐蝕，鋪設(shè)方便。而普通光纜每kml.6t；光纖光纜成本低，

每km10000元左右。而普通光纜每km200000元左右；光纖光纜性能好，抗

電磁干擾保密性強，能防竊聽，不發(fā)生電輻射……

［板書］2.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

［講述］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P65有關(guān)內(nèi)容回答。

［回答］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。

(1)氧化鋁陶瓷

［展示］高壓鈉燈。外罩是玻璃，里面的燈管是氧化鋁陶瓷，是一種高溫結(jié)構(gòu)

材料。

高壓鈉燈內(nèi)溫度高達(dá)1400℃,同時鈉蒸氣具有很強的腐蝕性。

［展示］土甘竭、高溫爐管。

［講解］性能：熔點高、硬度大、透明、耐高溫；用途：珀煙、高溫爐管、剛

玉球磨機、高壓鈉燈管管

(2)氮化硅陶瓷

［展示］氮化硅陶瓷制品

用3T3缸化什?陶形制品

說明：氮化硅陶瓷也是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，我國等少數(shù)先進國家，已經(jīng)用它

制造出來陶瓷柴油機。其優(yōu)點：超硬物質(zhì)，具有潤滑性，耐磨性抗腐蝕性強，

高溫也能抗氧化。當(dāng)然，還有其他高溫結(jié)構(gòu)材料，如碳化硼陶瓷等等。

［講述］新型陶瓷制成的防護片能承受航天飛機發(fā)射時因摩擦產(chǎn)生的1600℃

以上高溫，防止航天飛機鋁合金外殼受熱熔化，保護航天員的安全。

圖3-34在哥倫比菱號航天飛帆再次發(fā)射以前?上一次發(fā)射時登損的陶瓷防護

片缶瑁更般.如祟牌和方護片收嬉.”會發(fā)生什幺情區(qū)工］

［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(xué)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(xué)習(xí)，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(xiàn)！

［課堂練習(xí)］

1.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷與金屬材料相比，優(yōu)點是

A.耐高溫耐腐蝕，不怕氧化B.密度小，硬度大

C.韌性好，易于切削、鍛打、拉伸D.良好的傳熱導(dǎo)電性

2.下列有關(guān)材料用途的說法不正確的是

A.氧化鋁陶瓷可用做高壓鈉燈的燈管B.氮化硅陶瓷可用做陶瓷發(fā)動機的

材料

C.光導(dǎo)纖維可用做遙測遙控、照明等D.氧化鋁陶瓷可用做半導(dǎo)體材料

3.目前已有多個國家的大汽車公司試制無冷卻式陶瓷發(fā)動汽車.我國在1990

年裝

配了一輛并完成了試車.這種陶瓷柴油發(fā)動機部件的受熱面是由一種耐高溫

且不易傳熱的材料制造的，這種材料是新型無機非金屬材料中的

A.氧化鋁陶瓷B.氮化硅陶瓷C光導(dǎo)纖維D.玻璃鋼

4.氮化硅（Sis'）是一種非氧化物高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料，具有高硬度、高強

度、耐高溫和耐腐蝕等特性，其超強的拉彎強度達(dá)到8X104-10X104N?cm-2,

而且在1200℃高溫下也不會下降，用氮化硅陶瓷制成的內(nèi)燃機不需冷卻裝置，

可節(jié)約燃料30%左右，熱功轉(zhuǎn)換效率提高到40%?50%.粉末狀的Sis'可以

由SiCL的蒸氣和氨氣的混合物反應(yīng)制取.粉末狀的Sis'對空氣和水都不穩(wěn)定.但

是，將粉末狀的SisN,和適量的MgO在230X1.01X105Pa和185℃的密閉容器中

熱處理，可以制得表面結(jié)構(gòu)十分致密而且對空氣和水都十分穩(wěn)定的高溫結(jié)構(gòu)材

料。

（1）寫出由SiCL和N4反應(yīng)制備SisN,的化學(xué)方程式：

（2）分別寫出SisN與40、0?反應(yīng)的化學(xué)方程式：

（3）為什么表面結(jié)構(gòu)致密的SisM不再受乩0、的侵蝕?

參考答案:

1.A、B2.D3.B

4.（1）3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl（2）Si3N4+6H20=3Si02+4NH3t

Si3N4+3O2=3SiO2+2N2

（3）固體Sis'表面與空氣中的O2反應(yīng)，生成穩(wěn)定的Si。?，從而形成了致密

的Si。?保護層，防止內(nèi)部的Sis'繼續(xù)與空氣和水接觸而被侵蝕.

［作業(yè)］

［板書設(shè)計］四、玻璃和陶瓷的發(fā)展

1.光導(dǎo)纖維

2.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷（1）氧化鋁陶瓷（2）氮化硅陶瓷

知識拓展（一）：

陶器用泥土等無機物質(zhì)做原料，采取手工或其他方法做成所需要的形狀，

經(jīng)過800℃至900℃溫度焙燒硬化而成的物品。一般為日用盛器、炊器、建筑構(gòu)

件及藝術(shù)陳設(shè)品。器體不透明，有小孔，有吸水性。中國歷史上的陶器種類很多,

相繼出現(xiàn)了紅陶、灰陶、黑陶、白陶、彩陶、彩繪陶和釉陶等品種。中國制作陶

器的歷史十分悠久，根據(jù)考古調(diào)查，有一萬多年的歷史。從舊石器時代結(jié)束、新

石器時代開始的時期，就發(fā)明了制陶術(shù)，所以陶器發(fā)明是新石器時代的一個重要

志。

瓷器以瓷土即高嶺土為原料，經(jīng)拉坯成型、施釉、入窯焙燒制成的器物。

瓷器經(jīng)1300℃以上高溫?zé)?，胎體燒結(jié)后呈白色或灰白色，致密堅硬，扣之能

發(fā)出清脆的鏗鏘之聲。表面的一層玻璃質(zhì)透明釉與胎體結(jié)合緊密，釉層不易剝落,

幾乎不吸水。瓷器根據(jù)釉色可以分為青瓷、黑瓷、白瓷、彩瓷四大類。瓷器源于

中國，早在3000多年前的商代即生產(chǎn)出原始青瓷，公元2世紀(jì)的東漢時期燒制

出比較成熟的青瓷。燒造瓷器的窯口遍布南北方各地，經(jīng)過南北朝、隋唐的發(fā)展,

到宋代已是窯口林立，產(chǎn)品各具特色，出現(xiàn)了汝、官、哥、定、鈞五大名窯。南

宋至元代開始，中國瓷業(yè)中心逐漸集中到江西景德鎮(zhèn)，青花、釉里紅等釉下彩的

發(fā)明開創(chuàng)了一個新局面，明清釉上彩瓷又大大改變了瓷器的審美傾向，使之走向

精美華麗，使瓷器燒造工藝達(dá)到歷史上的頂峰。

青瓷釉面基本色調(diào)呈青綠色的瓷器。3000年前的商代中期開始出現(xiàn)的原始

青瓷，為我國最早的青瓷。東漢時期青瓷進入成熟階段。六朝時期，青瓷工藝水

平迅速提高，隋唐時期青瓷生產(chǎn)更加繁榮，越窯、甌窯、岳州窯、長沙窯等生產(chǎn)

出了猶如千峰翠色般的青瓷。宋代青瓷達(dá)到巔峰，汝、官、哥、定、鈞五大名窯

中的汝、官、哥三大窯都生產(chǎn)青瓷。民間的龍泉窯、哥窯、臨汝窯、耀州窯等南

北方窯廠都生產(chǎn)精美的］青瓷。青瓷的美在于它的釉色，唐代越窯燒制出湖水綠

般的優(yōu)雅釉色，晚唐五代又燒制成功青瓷極品秘色瓷，使釉色更為清幽雅致。南

宋官窯和龍泉窯發(fā)明的石灰堿釉新工藝，讓青瓷釉色呈現(xiàn)出粉青、梅子青等如假

玉器的色澤，將青瓷之美發(fā)揮到了極至。青瓷上還采用劃、亥I」、捏塑、拍印等工

藝技法裝飾胎體，在浙江地區(qū)和湖南長沙窯還相繼發(fā)明了高溫釉上彩和高溫釉下

彩美化瓷器。常見的紋樣有弦紋、水波紋、斜方格紋、網(wǎng)紋、聯(lián)珠紋、卷枝蔓草、

蓮瓣紋等。元明清景德鎮(zhèn)成為中國瓷器生產(chǎn)的中心，白釉、紅釉、藍(lán)釉、藍(lán)釉描

金等瓷器高度發(fā)展,彩瓷逐漸受到青睞,青瓷在社會生活中漸漸失去了主導(dǎo)地位。

知識拓展（二）：

汝窯宋代五大名窯之一，在河南汝州，即今天的寶豐縣。北宋后期，汝窯

成為為宮廷燒制御用瓷器的專用窯場，制品為青瓷，傳世器物有盤、碟、洗、瓶、

樽、碗、盞托、水仙盆等。汝窯瓷器在歷史上一直是倍受重視的珍品。從傳世品

看，胎體較薄，胎質(zhì)細(xì)膩。器物成型和修坯工藝一絲不茍，燒制也十分考究，器

物底部的支燒痕跡小得如同芝麻粒，底部施滿釉。它的釉色為天青釉，色彩青幽

含蓄，釉質(zhì)厚如凝脂，釉面開細(xì)碎的冰裂紋。汝窯燒造御用瓷的時間大約只有

20年，作品極少，目前傳世的汝窯器物不足百件，分別珍藏在北京故宮博物院、

臺北故宮博物院、上海博物館以及英國、美國、日本、香港等地。

宋汝窯天青釉三足樽

官窯官窯有廣義和狹義兩個概念。廣義的官窯泛指歷代由朝廷督辦、專門

燒制御用瓷的瓷窯；狹義的官窯則是宋代五大名窯之一。文獻(xiàn)記載，北宋后期在

東京汴梁，即今河南開封設(shè)置過官窯。但至今未找到窯址。南宋官窯在浙江杭州，

其中的一座郊壇下官窯已經(jīng)過科學(xué)發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了窯爐、窯具及瓷器碎片。出土的

器物主要有青瓷盤、碗、碟、洗、爐及仿商周秦漢古銅及玉器的造型。官窯瓷器

胎土呈黑灰或黑褐色，胎體較薄，施釉較厚。釉色是官窯瓷器技術(shù)和藝術(shù)上的最

高追求，它創(chuàng)造出青釉的高檔品種粉青、月白、米黃等釉色，這些釉色色澤幽雅,

透明感降低，釉層厚而勻凈。由于胎體中含鐵量較高，大部分器物的口、足沿等

釉層較薄的部位泛出鐵紅色，古代文獻(xiàn)稱為“紫口鐵足”。南宋官窯瓷器還有一

個特征，就是釉面上分布著長短、深淺不一的裂紋，叫作“開片”。它原本是一

種釉面缺陷。瓷胎比瓷釉的膨脹系數(shù)大，瓷器燒成冷卻的時候，收縮幅度大的胎

體就會把玻璃質(zhì)的釉層拉碎，釉面出現(xiàn)開片。而藝術(shù)素養(yǎng)高的宋代工匠們巧妙地

利用了這種缺陷，人為地把它變成一種釉面裝飾，讓自然延伸、交錯的冰裂紋與

溫潤的青釉搭配和諧，相得益彰，給單色的器物平添了天然的美感。

南宋官窯粉青釉弦紋瓶

哥窯宋代五大名窯之一，在浙江龍泉。燒制的青瓷有各式碗、盤、瓶、爐

等，造型幽雅有古韻，典型器物有琮式瓶、貫耳瓶、鬲式爐、蓮瓣碗等。有的器

物有刻劃、堆塑等裝飾，哥窯瓷采用多次施釉的工藝，使青釉濃厚青翠，色彩幽

深，創(chuàng)出了粉青、梅子青等絕頂釉色，把青瓷的美，推到了一個新的境界。哥窯

青瓷釉上有細(xì)碎的開片，稱作“百圾碎”，更小的叫“魚子紋”，把原本是缺陷

的開片變成瓷器表面自然天成的裝飾，說明工匠們已經(jīng)掌握了開片的規(guī)律，可以

人為地加以控制和利用，這只有在制瓷工藝達(dá)到高峰的宋代才能做到。

南宋哥窯雙耳三足爐

定窯宋代五大名窯之一，是當(dāng)時最有名的白瓷窯口。定窯白瓷胎體潔白，

質(zhì)地堅實。釉是象牙白色。不論碗、盤還是瓶、罐，常常裝飾著劃花、刻花或者

印花，紋飾題材有蓮瓣、龍鳳、牡丹