《玻璃、陶瓷和水泥》导学案

《玻璃、陶瓷和水泥》导学案一、学习目标（一）知识与技能目标1.深入理解水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其广泛用途，能够准确列举并描述。2.熟悉通过调整玻璃化学成分制造不同性能和用途玻璃的原理与方法。3.掌握水泥砂浆和混凝土的组成成分，理解它们在建筑中的功能。4.了解光导纤维的制作原料、特性及其在通信和其他领域的多种用途。5.清楚特殊功能陶瓷的种类及其独特性能。（二）过程与方法目标1.通过分析不同玻璃制品的特点，培养观察、比较和归纳总结的能力。2.以陶瓷的发展历程为例，学会从历史角度探究材料科学的演变过程。3.在探究水泥硬化过程中，锻炼逻辑思维能力。（三）情感态度与价值观目标1.体会化学在生活材料生产中的关键作用，激发对化学学科的热爱。2.认识到化学与现代社会、科技发展的紧密联系，增强社会责任感。二、学习重难点（一）学习重点1.水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分与生产原料。2.玻璃化学组成调整对性能和用途的影响。3.水泥砂浆和混凝土的组成与用途。（二）学习难点1.玻璃化学成分与性能关系的微观理解。2.特殊功能陶瓷的工作原理。三、学习过程（一）知识导入（联系实际与科技前沿）1.生活实例引入在现代建筑中，我们常常看到各种各样的材料。比如高楼大厦的外立面有的是玻璃幕墙，美观又现代；家里装修会用到瓷砖（陶瓷的一种），坚固且美观；而建筑的主体结构离不开水泥。同学们可以思考一下，为什么这些材料会被广泛应用呢？这与它们的化学成分和性能有什么关系呢？2.科技前沿关联当前，在航天领域，陶瓷材料有着特殊的应用。例如，一些陶瓷材料具有耐高温、低密度等特性，被用于制造航天飞行器的隔热罩等部件。这也说明了不同的生活材料在不同的高科技领域也有着不可替代的作用。（二）知识讲解1.玻璃（1）普通玻璃的成分与形成普通玻璃是由石英砂（SiO₂）、纯碱（Na₂CO₃）和石灰石（CaCO₃）熔化在一起得到的物质。其主要成分是硅酸钙（CaSiO₃）、硅酸钠（Na₂SiO₃）和二氧化硅（SiO₂）。这种物质不是晶体，而是称作玻璃态物质。玻璃没有固定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化。（2）玻璃性能与成分调整在生产过程中加入不同物质来调整玻璃的化学成分，就可以制成不同性能和用途的玻璃。例如，提高SiO₂的含量或者加入B₂O₃能提高玻璃的化学稳定性并且降低它的热膨胀系数，从而使玻璃更加耐高温和抗化学腐蚀，这样的玻璃可用于制造高级的化学反应容器。加入PbO后制得的光学玻璃折光率高，可用于制造眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等。加入某些金属氧化物可制成彩色玻璃，如加入氧化钴（Co₂O₃）玻璃呈蓝色，加入氧化亚铜（Cu₂O）玻璃呈红色。我们看到的普通玻璃一般呈绿色，是因为原料中混有二价铁的缘故。（3）特殊玻璃钢化玻璃对玻璃进行各种工艺处理也能扩展其用途。比如钢化玻璃，把普通玻璃放入钢化炉内加热，接近软化温度时，快速取出，用冷风急吹，就能制得。它的机械强度比普通玻璃大46倍，抗震裂、不易破碎，即使破碎也没有尖锐的棱角，不易伤人，常用于制造汽车或火车的车窗等。2.陶瓷（1）陶瓷的原料与制造制造陶瓷的主要原料是黏土（主要成分可表示为Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）。陶器的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要里程碑，是人类第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物理方法和化学反应制造出来的一种有用的人造材料。（2）特殊功能陶瓷随着科学技术的发展，人们研制出了许多有特殊功能的陶瓷，如高温陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷等。高温陶瓷可用于制造高温炉具等，能承受高温环境；压电陶瓷在受到压力时会产生电荷，可用于制造传感器等；生物陶瓷与生物机体有良好的相容性，可用于人造骨骼等；超导陶瓷在特定条件下具有超导特性，在电力传输等方面有着潜在的巨大应用价值。3.水泥（1）水泥的生产原料与过程以石灰石和黏土为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，然后加入适量的石膏，并研成细粉就得到普通的硅酸盐水泥。这种水泥的主要成份是硅酸三钙（3CaO·SiO₂）、硅酸二钙（2CaO·SiO₂）、铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）。（2）水泥砂浆与混凝土由水泥、砂和水的混合物叫水泥砂浆，是建筑用黏合剂，可把砖、石块等黏合起来。由水泥、砂、石子和水的混合物叫做混凝土，它是现代建筑中非常重要的建筑材料，广泛应用于建筑的基础、柱子、梁等结构的建造。4.光导纤维从高纯度的SiO₂熔融体中，拉出直径约为100nm的细丝，就得到光导纤维，其传导光的能力非常强，所以又称光纤，简称光缆。利用光缆通信，能同时传输大量信息。光缆具有通信容量大、抗干扰能力强、保密性好等优点。光缆的质量小而且细，铺设方便，因此是非常好的通信材料。光导纤维除了可以用于通信外，还用于医疗（如内窥镜）、照明、传感器、数据传输和能量传输等许多方面。（三）课堂互动1.小组讨论分成小组讨论以下问题：（1）如果要制造一种既耐高温又能透过特殊光线的玻璃，应该如何调整玻璃的化学成分？（2）在现代建筑中，如何根据不同的需求选择水泥、玻璃和陶瓷材料？（3）对比传统陶瓷和特殊功能陶瓷，分析它们在性能和应用上的主要差异。2.问题解答与交流每个小组选派代表回答问题，然后其他小组可以进行补充或提出不同意见。教师对学生的回答进行点评、总结，并引导学生深入理解知识点。（四）课堂练习1.普通玻璃的主要成分有哪些？它为什么没有固定的熔点？2.简述制造陶瓷的主要原料和基本过程。3.水泥生产过程中的主要原料和主要成份是什么？4.光导纤维有哪些优点？除通信外还有哪些应用？（五）课堂总结1.回顾本节课学习的水泥、玻璃和陶瓷的主要内容，包括化学成分、生产原料、性能和用途等。2.强调化学在生活材料生产中的重要意义，鼓励学生关注生活中的化学现象，进一步探索化学知识