高中化學(xué)（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第三節(jié)無機非金屬材料(第二課時)

1、第二課時引言上節(jié)課，我們學(xué)習(xí)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(rèn)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(xué)家都對它情有獨鐘，然而，它的弱點的存在，又使它的應(yīng)用范圍受到了一定的限制。為此，科學(xué)家們進行深入的研究和探索，并進行了反復(fù)的實驗，隨之而來的便是

2、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(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和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型無機非金屬材料的應(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

3、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(biāo)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，

4、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(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(xué)家們正是為了解決這個問題才開始研究氧化鋁陶

5、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(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，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，

6、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(dāng)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(yù)測氮化硅的性質(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

7、、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(dǎo)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?xì)廨啓C，不但有利于提高工作

8、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130。我國在“七五”期間（19861990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(xué)家還將研制工作溫度更高的陶瓷燃?xì)廨啓C，他們正在為攻克陶瓷發(fā)動機難關(guān)而不

9、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(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，制作時需要較高的技術(shù)，它傳導(dǎo)光

10、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(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(xì)，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

11、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(dǎo)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(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

12、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)上的另一個重要應(yīng)用是通過微細(xì)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(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(xué)

13、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!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”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(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)動機氮化硅陶瓷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)用教學(xué)說明本節(jié)課是介紹新型無機非金屬材料的，由于其是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，雖然發(fā)展迅速，但學(xué)生對這方面的知識卻了解不多。因此，要使學(xué)生真正感