【精品】高中化学（大纲版）第一册 第七章碳族元素无机非金属材料 第三节无机非金属材料(第二课时)

1 第二课时第二课时 引言 上节课 我们学习了几种硅酸盐材料 最初 无机非金属材料主要是硅酸盐 材料 所以 硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料 这一节课来认识几种新型无机非 金属材料 板书 二 新型无机非金属材料 问 为什么要叫新型无机非金属材料呢 生 为了与传统无机非金属材料相区别 问 传统无机非金属材料有什么特点 生 传统无机非金属材料具有抗腐蚀 耐高温的优点 但也有质脆 经不起热冲击 的弱点 师 传统无机非金属材料与现在所用的许多金属材料相比 有许多独特的优势 这 使得很多行业的科学家都对它情有独钟 然而 它的弱点的存在 又使它的应用范围受到 了一定的限制 为此 科学家们进行深入的研究和探索 并进行了反复的实验 随之而来 的便是多种多样具有特殊性能的新型无机非金属材料的问世 那么 新型无机非金属与传 统的无机非金属材料相比有哪些特性呢 请同学们阅读教材 P152相关内容 总结回答 学生阅读 板书 新型无机非金属材料的特性 学生阅读后总结 教师板书 1 能承受高温 强度高 2 具有电学特性 3 具有光学特性 4 具有生物功能 过渡 随着人类社会和科学技术的发展 新型无机非金属材料的应用将越来越广泛 品种也越来越丰富 下面 我们简单介绍其中的两种 高温结构陶瓷和光导纤维 板书 1 高温结构陶瓷 师 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 P153有关内容回答 生 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 师 很好 下面我们就以实例来进行说明 板书 1 透明陶瓷 师 看了这个标题 大家也许会觉得奇怪 因为我们平常见的都是不透明的陶瓷呀 如缸 碗 碟等 这透明的陶瓷 真的有吗 展示高压钠灯 看 这是高压钠灯 其灯管就是由透明的氧化铝陶瓷做的 板书 氧化铝陶瓷 师 高压钠灯是发光效率很高的一种电光源 光色金白 在它的灯光下看物清晰 不刺眼 平均寿命长达 1 万小时 2 万小时 比高压汞灯寿命长 2 倍 高过白炽灯的寿命 10 倍 是目前寿命最长的灯 早在 30 年代初 人们就已经知道利用钠蒸气放电可获得一种高效率的光源 但一直到 1960 年 高压钠灯才呱呱坠地 后经不断发展改进 才得以实际应用 2 问 为什么从知道钠蒸气放电到高压钠灯的使用经过了二十几个年头呢 请大家看下 面资料 结合课文 分析思考并回答 投影展示 钠蒸气放电会产生超过 1000 的高温 钠蒸气有强烈的腐蚀作用 生 甲 普通玻璃灯管承受不了钠蒸气放电产生的高温 此时普通玻璃要软化 乙 钠属于碱金属元素 性质很活泼 腐蚀性强 因此很难找到合适的灯管材料 丙 氧化铝材料陶瓷能承受高温 又耐腐蚀 那么 是不是氧化铝陶瓷发明得晚 或 者说科学家们正是为了解决这个问题才开始研究氧化铝陶瓷的呢 师 大家的推理很合逻辑 而且确实是以上原因 透明氧化铝陶瓷的熔点高达 2050 能在 1600 的环境里不受钠蒸气腐蚀 它是 1957 年诞生的 它可以通过 95 的 光线 师 氧化铝陶瓷除了用作高压钠灯的灯管外 还有许多其他用途 请大家阅读有关 内容 并填写下表 投影展示 氧化铝陶瓷 特点用途 熔点高坩埚 高温炉管 硬度大刚玉球磨机 透明 耐高温高压钠灯灯管 以上问题可由学生口答 师 透明氧化铝陶瓷所用原料及工艺要比其他氧化铝陶瓷高 有关氧化铝更多的知 识 大家课后可参考课本资料内容 过渡 假如一辆普通的汽车在沙漠里行驶 在汽车零件不坏的情况下 最怕遇到的 问题是什么 生 是缺水 问 汽车行驶时 为什么经常要加水 生 是为了散热 因为汽车的发动机多是由金属制作 它们在高温时容易损坏 必 须用水来冷却 师 很正确 这样当汽车行驶在沙漠里时 若无足够的水 就很容易使发动机损坏 而抛锚 那么 有没有更好的办法来解决这个问题呢 此时 陶瓷发动机可以帮我们解决 后顾之忧 板书 2 陶瓷发动机 师 可用于制造发动机的陶瓷有氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷 我们主要介绍一下氮化 硅陶瓷 板书 氮化硅陶瓷 师 既然陶瓷发动机能克服传统发动机的缺点 请大家预测氮化硅的性质 生 应该是耐高温 抗氧化 耐腐蚀 师 预言是否正确呢 请大家阅读课本 P153验证并总结氮化硅陶瓷的特点和用途 生 氮化硅陶瓷硬度大 本身具有润滑性 耐磨损 抗腐蚀 抗氧化 能抵抗冷热 冲击 可用来制造轴承 汽轮机叶片 永久性模具 机械密封环等机械构件 还可以用来 制柴油机 师 总结得很好 那么用氮化硅陶瓷制作的发动机 与传统发动机相比 有什么优 越性呢 请大家看以下资料 投影展示 陶瓷发动机的优点 3 a 陶瓷的耐热性好 可以提高发动机的工作温度 从而使发动机效率大大提高 可比 目前作为其制造材料的镍基耐热合金的发动机效率提高 30 左右 b 工作温度高 可使燃料充分燃烧 排出废气中的污染成分大大减少 这不仅降低了 能源消耗 而且减少了环境污染 c 陶瓷的热传导性比金属低 这使发动机的热量不易散发 可节省能源 d 陶瓷具有较高的高温强度和热稳定性 这可延长发动机的使用寿命 师 用陶瓷制造燃气轮机 不但有利于提高工作温度 降低燃料的消耗 而且陶瓷 原料供应丰富 不存在资源紧缺问题 用陶瓷代替镍基 钴基等耐热合金 成本可降低到 原来的 1 30 我国在 七五 期间 1986 1990 年 有数十个单位在国家科委的组织下 协同攻 关 研制成一系列陶瓷发动机的关键零部件 并装配成发动机 不仅顺利通过了台架试验 而且在大型公共汽车上完成了上海与北京间的往返装车路试 使我国成为世界上少数几个 有能力进行陶瓷发动机装车路试的国家之一 这种由陶瓷部件装配的发动机 燃油效率高 无需水冷却系统 特别适用于沙漠地区等恶劣环境 该机已进入西北沙漠地区进行性能考 核 我国科学家还将研制工作温度更高的陶瓷燃气轮机 他们正在为攻克陶瓷发动机难关 而不懈地努力着 另外 氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷因为硬度高 其硬度仅仅次于金刚石 而可作刀具适 合于切削难加工的金属材料 且耐热性和化学稳定性均大大高于金刚石 新型结构陶瓷除上述所介绍的之外 还有很多品种 如碳化硼陶瓷 氧化锆陶瓷 钠 米陶瓷等等 它们广泛应用在工农业生产 原子能工业 宇航事业等方面 过渡 下面 我们来介绍另一类新型无机非金属材料 光导纤维 板书 2 光导纤维 师 光导纤维 简称 光纤 就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度 极高的玻璃细丝 如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起 就得到我们常说的光缆 演示 光导纤维玩具传递光的现象 师 光导纤维是用石英玻璃制造的 制作时需要较高的技术 它传导光的能力非常 强 如 1000 米长的单模光纤 重量只有 27 克 传送波长为 1 55 微米的激光时 每传播 1000 米 光能的损耗不到 0 2 分贝 若利用光缆通讯 能同时传输大量信息 板书 1 光导纤维在通讯技术中的应用 那么 光纤通信较之普通电缆通信有哪些优点呢 请大家阅读课本 P153有关内容 进行回答 生 光纤通信的优点有 a 信息容量大 一条光缆通路可同时容纳 10 亿人通话 也可同时传送多套电视节目 b 光纤的抗干扰性能好 不发生电辐射 通讯质量高 能防窃听 c 光缆质量小而且细 不怕腐蚀 铺设方便 师 除上述优点外 光纤通信还有损耗低 适合远距离信息传输等优势 其实 目前的光纤通信还不是真正的光通信 那么 什么是真正的光通信呢 请大家看 下列资料 投影展示 真正的光通信时代 目前的光纤通信 是把声音或图象通过电话机或电视摄像机变成电信号 再通过光调 制机对激光光源进行调制 把电信号变成光信号 由光导纤维传送到接收端 接收端的激 光接收机通过光电转换器 把光信号还原成电信号 进入电话机或电视机 重现发送的声 音或图象 未来的光纤通信 可以不用电信号 而是将声音或图象直接转换成光信号用光 纤进行传输 电只是作为能源加以使用 到那时电话 电报 电视等电通信方式将变成 4 光话 光报 光视 等光通信方式 人类将进入一个无限美好的真正的光通信时代 过渡 光导纤维不但是通信技术中的重要材料 还是医生的得力助手 板书 2 光导纤维在医学上的应用 师 目前在医学领域 普遍使用着一种连接着许多光纤的胃镜 光纤胃镜的光源是 在体外由光纤传进去的 它不产生热辐射 能减轻病人的痛苦 在光导纤维的一头装着精 致小巧的微型镜头 可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上 光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光输入人体的病 变部位 用激光来切除病变部位 这种 手术 不用切开皮肤和切割肌肉组织 而且切割 部位准确 手术效果好 除此以外 光导纤维还可用于信息处理 传能传像 遥测遥控 照明等许多方面 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 布置作业 结合本节课的内容 写一篇有关 化学与社会 的小论文 板书设计 第三节 无机非金属材料 第二课时 二 新型无机非金属材料 新型无机非金属材料的特性 1 能承受高温 强度高 2 具有电学特性 3 具有光学特性 4 具有生物功能 1 高温结构陶瓷 1 透明陶瓷 氧化铝陶瓷 2 陶瓷发动机 氮化硅陶瓷 2 光导纤维 1 光导纤维在通讯技术中的应用 2 光导纤维在医学上的应用 教学说明 本节课是介绍新型无机非金属材料的 由于其是现代科学技术 虽然发展迅速 但学 生对这方面的知识却了解不多 因此 要使