2019-2020年高中化學 主題3 礦山資源 、硫酸與無機材料制造 課題2 陶瓷的燒制教案 魯科版選修2.doc

2019-2020年高中化學 主題3 礦山資源 、硫酸與無機材料制造 課題2 陶瓷的燒制教案 魯科版選修2課標要求舉例說明無機非金屬材料和其他新材料的特點，了解有關的生產(chǎn)原理。課標解讀1.認識常見無機非金屬材料的種類。2明確傳統(tǒng)的無機非金屬材料的生產(chǎn)原料、成分、性能。3明確新型無機非金屬材料的種類及特性。4了解無機非金屬材料的生產(chǎn)原理。教學地位本課時知識是無機非金屬材料的重要內(nèi)容，課程標準明確要求能舉例說明無機非金屬材料的特點及有關生產(chǎn)原理，新型無機非金屬材料、傳統(tǒng)無機非金屬材料的特點均是高考的高頻考點。新課導入建議大家看了這些圖片以后，想到了什么？教學流程設計課前預習安排：看教材P5157，填寫課前自主導學，并完成思考交流。步驟1：導入新課，本課時教學地位分析。步驟2：建議對思考交流進行提問，反饋學生預習效果。步驟3：師生互動完成探究1，可利用問題導思作為探究主線。步驟7：通過例2和教材P5557講解研析，對“探究2，普通陶瓷和新型陶瓷”中注意的問題進行總結(jié)。步驟6：師生互動完成“探究2”。步驟5：指導學生自主完成變式訓練1和當堂雙基達標1、3、5題。步驟4：通過例1和教材P5155“用黃土制作陶器”的講解研析，對“探究1，傳統(tǒng)無機非金屬材料的比較”中注意的問題進行總結(jié)。步驟8：指導學生自主完成變式訓練2和當堂雙基達標中的2、4題。步驟9：引導學生自主總結(jié)本課時知識框架，然后對照課堂小結(jié)。并安排課下作業(yè)完成課后知能檢測。課標解讀重點難點1.通過了解陶器、瓷器及新型陶瓷材料的原料等內(nèi)容，知道陶瓷材料的主要化學成分，陶與瓷以及新型陶瓷材料在成分上的區(qū)別。2通過陶瓷的制作工藝等內(nèi)容，了解陶瓷制作工藝的主要步驟，陶與瓷在制作工藝上的主要區(qū)別及釉的成分與作用等。1.陶和瓷的區(qū)別。(重點)2明確陶瓷的成分，生產(chǎn)原料。(重點)3陶瓷的制作工藝。(難點)4普通陶瓷和新型陶瓷的性質(zhì)。(重難點)用黃土制作陶器1.制作陶器的原料：黏土，其中黃土是最常見的黏土。2黏土的主要成分：鋁硅酸鹽(xAl2O3ySiO2zH2O)。3燒制陶器的步驟：制泥成型干燥燒成。4燒成中的工藝條件：溫度和氣氛(包括氧化氣氛和還原氣氛)。5紅陶：在氧化氣氛中，鐵的氧化物以Fe2O3的形態(tài)存在的陶器?；姨眨涸谶€原氣氛中，鐵的氧化物以FeO的形態(tài)存在的陶器。1蓋房子使用的紅磚和青磚是在什么氣氛中燒成的？【提示】紅磚氧化氣氛，青磚還原氣氛。瓷器的燒制1.原料：高嶺土(Al2O32SiO22H2O)，又稱瓷土。2燒制溫度：比燒制陶器的溫度高。3其他硅酸鹽材料(1)普通硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料：熟料、石膏及其他添加材料。生產(chǎn)步驟：生料準備、熟料煅燒、水泥制成。特性：水硬性，即水化變硬。(2)玻璃生產(chǎn)原料：石英、純堿(Na2CO3)、長石。特點：透明、沒有固定的熔點。2陶器和瓷器的成分和性能相同嗎？【提示】不相同。生產(chǎn)瓷器原料的SiO2、Al2O3含量比制陶器原料高；瓷器更密實、不透水。從普通陶瓷到新型陶瓷的飛躍1.新型陶瓷材料又叫精細陶瓷或高性能陶瓷。2常見的新型陶瓷材料有：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷。3新型陶瓷材料的特性：聲、光、電、熱、磁等多方面特性。3陶瓷材料有什么缺點？【提示】脆性強、易破裂。傳統(tǒng)無機非金屬材料的比較【問題導思】傳統(tǒng)無機非金屬材料主要指什么材料？【提示】傳統(tǒng)無機非金屬材料指硅酸鹽材料。常見的硅酸鹽材料產(chǎn)品有哪些？【提示】玻璃、水泥、陶瓷等。硅酸鹽產(chǎn)品具有哪些優(yōu)良的性能？【提示】見要點1。1硅酸鹽材料的組成和性能(1)沙石、黏土、石英、石棉、高嶺石等許多礦物是硅酸鹽或硅的氧化物，傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品以黏土、石英、鉀長石和鈉長石等為原料。(2)原料中一般都含有SiO44，硅氧結(jié)構(gòu)的特殊性決定了硅酸鹽材料具有穩(wěn)定性強、硬度高、熔點高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等特點。2幾種主要的硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品水泥玻璃陶瓷主要設備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐原料石灰石、黏土輔助原料純堿、長石、石英黏土反應原理復雜的物理、化學變化Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO2復雜的物理、化學變化主要成分2CaOSiO23CaOSiO23CaOAl2O34CaOAl2O3Fe2O3Na2OCaO6SiO2種類不同標號，標號越大性能越好普通玻璃、特種玻璃土器、陶器、瓷器、炻器等特性水硬性非晶體，無固定熔點，在一定溫度范圍內(nèi)軟化，可制成各種形狀抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣體根據(jù)普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生產(chǎn)過程，總結(jié)出硅酸鹽工業(yè)的一般特點是()原料中一定含硅元素生成物是硅酸鹽反應條件是高溫發(fā)生復雜的物理、化學反應ABC D【解析】硅酸鹽工業(yè)的主要特點是：生產(chǎn)原料一定含有硅元素；生產(chǎn)產(chǎn)品的物質(zhì)類型屬于硅酸鹽；使物質(zhì)發(fā)生變化的條件是高溫；物質(zhì)變化的類型，既有物理變化，又有多種復雜的化學變化?！敬鸢浮緿1下列產(chǎn)品不屬于硅酸鹽材料的是()A水泥 B玻璃C塑料 D陶瓷【解析】塑料屬于有機高分子材料?！敬鸢浮緾普通陶瓷和新型陶瓷【問題導思】陶器與瓷器有哪些區(qū)別？【提示】a原料不同；b.生產(chǎn)溫度不同；c.質(zhì)地不同。碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷屬于哪類材料？【提示】新型陶瓷材料。1陶器和瓷器的主要差別陶器瓷器原料黏土高嶺土等礦物質(zhì)燒制溫度一般為950 約在1 200 以上質(zhì)地疏松，有一定吸水性密實，不透水2.新型陶瓷(1)廣義上的陶瓷是用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機非金屬固體材料和制品的通稱，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的廣義定義來看仍然屬于陶瓷材料。(2)常見的新型陶瓷有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷。(雙選)下列對陶器和瓷器的比較中正確的是()A瓷器燒制時使用的溫度不如陶器燒制時使用的溫度高B陶器使用的黏土中含有的雜質(zhì)比瓷器使用的原料含有的雜質(zhì)少C瓷器與陶器相比，具有坯體細膩、強度較高、結(jié)構(gòu)致密、吸水率低的優(yōu)點D一般說來，瓷器比陶器的制造工序復雜【解析】瓷器與陶器相比，制造時所用的原料含雜質(zhì)少，燒制時使用的溫度更高，具有坯體細膩、強度較高、結(jié)構(gòu)致密、吸水率低的優(yōu)點，制造工序更復雜。【答案】CD2在高新技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，陶瓷材料被稱為“支撐未來高新技術(shù)的尖端材料”，廣泛應用在航空、航天、信息、醫(yī)療、交通運輸?shù)仍S多領域。下列說法中正確的是()A新型陶瓷材料和傳統(tǒng)陶瓷材料都是硅酸鹽材料B新型陶瓷材料又叫精細陶瓷或高性能陶瓷C制造新型陶瓷制品的原料以天然礦物為主D現(xiàn)在已經(jīng)制造出的新型陶瓷材料大都性能優(yōu)異，具有很好的延性和超塑性【解析】新型陶瓷材料的化學組成已經(jīng)遠遠超出了硅酸鹽的范圍，不再是傳統(tǒng)的硅酸鹽材料，故A是錯誤的。制造新型陶瓷制品所用的原料已從天然礦物發(fā)展為人工合成的超細、高純的化工原料，故C錯誤。目前，人們成功制造出的許多新型陶瓷材料，雖然性能優(yōu)異，但仍然屬于脆性材料，延性不會很好，故D錯誤?！敬鸢浮緽【教師備課資源】碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷碳化硅(SiC)陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷性能特點硬度大，可耐2 000 的高溫，有較高的強度，化學性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕性強。是一種超硬物質(zhì)，本身具有潤滑性，并且耐磨損，除氫氟酸外，不與其他無機酸反應，抗腐蝕能力強，高溫時也能抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1 000 以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。主要用途高溫耐蝕部件、研磨盤、密封環(huán)、研磨介質(zhì)、防彈板、航天器的涂層材料等。軸承、汽輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構(gòu)件、發(fā)動機受熱面等。制造方法將二氧化硅與碳在電爐中加熱至1 900 以上可制得碳化硅。3CSiO2SiC2CO將高純硅與純氮氣加熱至1 300 可制得氮化硅。也可用化學氣相沉積法，在氫氣保護下，使SiCl4與N2反應生成的Si3N4沉積在石墨表面，形成一層致密的Si3N4層。3Si2N2Si3N43SiCl42N26H2=Si3N412HCl1明確2種原料：制陶黃土，制瓷高嶺土。2制陶的4個步驟：制泥成型干燥燒成。3制陶的2種氣氛：氧化氣氛紅陶，還原氣氛灰陶。4水泥的1種特性：水硬性。5玻璃的3種成分：CaSiO3、Na2SiO3、SiO2。1下列生活中的物品不屬于陶器的是()A空心磚B青磚C瓦盆 D砂鍋【解析】現(xiàn)代使用的空心磚一般是用水泥和少量砂石及其他填料制成的，不經(jīng)過燒結(jié)過程，不屬于陶器?！敬鸢浮緼2下列物品中屬于瓷器的是()A水缸 B碗碟 C砂鍋 D磚瓦【解析】水缸通常屬于陶器，它表面有一層釉，但不具有半透明性；碗碟表面有釉，且多數(shù)半透明，坯體細膩，所以應屬于瓷器；砂鍋和磚瓦也都屬于陶器?！敬鸢浮緽3下列說法中，正確的是()A制陶的主要原料是石英砂B制作陶器一般分為制泥、成型、干燥、燒成等步驟C制陶過程中溫度越高越好，這樣制得的陶器牢固D在氧化氣氛中燒制得灰陶，在還原氣氛中得紅陶【解析】制陶的原料是黏土，故A錯誤。制陶過程中溫度不能太高，太高會使陶器變形，故C錯誤。在氧化氣氛中，鐵元素以Fe2O3的形式存在，得紅陶，在還原氣氛中，鐵元素以FeO的形式存在，得灰陶，故D錯誤?！敬鸢浮緽4普通陶瓷材料不具有的性能特點是()A耐高溫 B強度高C韌性高 D耐腐蝕【解析】普通陶瓷材料一般具有耐高溫、強度高、耐腐蝕的性能特點，而高韌性是納米陶瓷材料具有的?！敬鸢浮緾5“秦磚漢瓦”表明我國人民很早就掌握了燒陶技術(shù)，磚瓦是用含鐵元素等雜質(zhì)的黏土隔絕空氣燒制而成的。當燒窯臨近結(jié)束時，冷卻方法不同顏色不同。(1)若用捅開窯頂自然冷卻的辦法，磚成為_色，其原因是由于生成了_(填化學式)。(2)若用淋灑水的辦法來降低溫度，此時由于未反應完的燃料(C)與H2O(g)反應生成了具有還原性的_(填化學式)，氣體與_反應生成_，而呈現(xiàn)_色?！窘馕觥?1)捅開窯頂進入空氣，磚成為紅色。(2)生成的H2、CO為還原氣氛。【答案】(1)紅Fe2O3(2)H2、CO鐵的氧化物FeO、Fe青1與陶瓷、玻璃、水泥同類的物質(zhì)是()A光導纖維B有機玻璃C人造纖維 D磚瓦【解析】陶瓷、玻璃、水泥、磚瓦均屬于硅酸鹽材料；光導纖維的成分為SiO2；人造纖維和有機玻璃均為有機高分子材料?！敬鸢浮緿2材料與化學密切相關，表中對應關系錯誤的是()材料主要化學成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅【解析】剛玉的成分為Al2O3，金剛石為碳單質(zhì)?！敬鸢浮緼3陶瓷已廣泛應用于生活和生產(chǎn)中，下列不屬于陶瓷制品的是()A電器中的絕緣瓷管B實驗室中的坩堝C化學實驗室中的試管 D建筑上燒制的磚瓦【解析】實驗室中的試管為玻璃制品。【答案】C4下列物質(zhì)沒有固定熔點的是()ANaCl B干冰C玻璃 D金剛石【解析】NaCl、干冰、金剛石均為純凈物，有固定熔點；玻璃為混合物，沒有固定熔點?！敬鸢浮緾5過量的泥沙、純堿、生石灰熔化后生成()水泥玻璃陶瓷混凝土一種硅酸鹽材料A BC D【解析】水泥的主要成分是2CaOSiO2、3CaOSiO2、3CaOAl2O3和鐵鋁酸鈣，其生產(chǎn)原料為黏土、石灰石?；炷潦撬?、碎石和沙子的混合物。陶瓷屬于硅酸鹽產(chǎn)品，其主要原料是黏土。泥沙的主要成分是SiO2，與純堿、生石灰在高溫下發(fā)生如下反應：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，SiO2CaOCaSiO3，而Na2SiO3、CaSiO3與SiO2的熔合物即是玻璃，玻璃是一種硅酸鹽產(chǎn)品，故答案為B?！敬鸢浮緽6石灰石在自然界中存量豐富，它是許多工業(yè)的主要原料之一。但制取下列物質(zhì)不需要石灰石的是()A玻璃 B陶瓷C水泥 D漂粉精【解析】制玻璃的主要原料是純堿、石灰石和石英；制陶瓷的主要原料是黏土；制水泥的主要原料是石灰石和黏土；制漂粉精是用石灰乳和氯氣，制石灰乳要以石灰石為原料；不需要石灰石的是陶瓷?！敬鸢浮緽7(雙選)新型無機材料碳化鈦(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅(Si3N4)等稱為非氧化物陶瓷，合成這些物質(zhì)需在高溫條件下進行，在合成工藝中必須注意()A通入充足的氧氣B避免與氧氣接觸C可在氮氣氣氛中合成D通入少量氧氣【解析】在高溫條件下，TiC、B4C3、Si3N4等非氧化物陶瓷與氧氣反應而被腐蝕，而氮氣的化學性質(zhì)穩(wěn)定，不與非氧化物陶瓷反應，起到保護陶瓷不被氧化的作用。【答案】BC8下列關于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是()硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導纖維陶瓷是人類應用很早的硅酸鹽材料A BC D【解析】水晶飾物是SiO2，不是硅酸鹽制品。光導纖維的成分是SiO2，不是硅單質(zhì)?！敬鸢浮緾9下列對材料的特性及用途的敘述不正確的是()A氧化鋁陶瓷具有兩性，因此可用來制造人造牙齒B氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用于制造柴油機部件C光導纖維傳導光的能力很強，是非常好的通訊材料D人造剛玉硬度大，可用于制造剛玉球磨機【解析】本題以新型無機非金屬材料為題材著重考查了性質(zhì)決定用途這一原則，并與生產(chǎn)和生活相聯(lián)系。要求我們能夠認識生產(chǎn)、生活中化學的重要作用。氧化鋁陶瓷用來制造人造牙齒的原因是它具有很高的硬度及具有良好的生物相容性而不是由于其具有兩性；氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，所以用于制造柴油機部件時不需要冷卻，損失的能量??；光導纖維傳導光的能力很強，在通訊時用于傳導光信號；人造剛玉(氧化鋁)硬度大，所以可用做球磨機材料?！敬鸢浮緼10精細陶瓷(又稱為特種陶瓷)在現(xiàn)代科技中的應用前景很廣。以SiO2加少量PdCl2研磨成極細的顆粒，經(jīng)高溫燒結(jié)制成多孔燒結(jié)體，具有半導體的性質(zhì)。它具有相當大的比表面積，將它和電子組件及儀表組成“電子鼻”，被稱為“人工神鼻”。冰箱泄露的氟利昂濃度只有十萬分之一也能“嗅”出。關于“電子鼻”的下列敘述中不正確的是()A“電子鼻”大大突破了人的嗅覺B“電子鼻”吸附氣體的能力極強C“電子鼻”可廣泛應用于易燃、易爆、有毒氣體的自動檢測和報警D“電子鼻”易溶于水【解析】“電子鼻”能夠“嗅”到人嗅不到的物質(zhì)，所以它大大突破了人的嗅覺極限；它的原理是其表面積極大，容易吸附氣體，這樣才能檢測氣體；由于它能夠吸附氣體，所以它應能夠檢測到易燃、易爆及有毒的氣體。從“電子鼻”所用的原料來看，燒結(jié)后的陶瓷應屬于硅酸鹽材料，所以應難溶于水?！敬鸢浮緿11礦泉水一般是由巖石風化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。風化作用是指礦物與水和二氧化碳同時作用的過程，如正長石(KAlSi3O8)風化生成高嶺土Al2Si2O5(OH)4的反應為：2KAlSi3O82H2CO39H2O=2K2HCO4H4SiO4Al2Si2O5(OH)4這個反應能夠發(fā)生的原因是_?！窘馕觥吭谶@個反應中，H2CO3與硅酸鹽發(fā)生反應后生成可溶的碳酸氫鹽和難溶的硅酸，發(fā)生的反應可認為是強酸制弱酸的反應，因為H2CO3的酸性比硅酸的酸性強?！敬鸢浮刻妓岬乃嵝员裙杷岬乃嵝詮?2陶瓷的發(fā)明是人類早期科學技術(shù)發(fā)展史上的一個重要的里程碑，現(xiàn)在，陶瓷已廣泛應用于生活和生產(chǎn)中。(1)陶瓷不具有的性質(zhì)是_。A可導電B耐酸堿C抗氧化 D耐高溫(2)實驗室中最常用的坩堝是_，熔融燒堿樣品做實驗時一般選用_坩堝。(3)在搪瓷和陶瓷器具表面的釉質(zhì)中含有極微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金屬鹽類，為防止中毒、不能長期盛放下列物質(zhì)的是_。A食用植物油 B醬油C食醋 D酒【解析】(1)陶瓷的主要特性有：抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等特點。(2)實驗室中最常用的坩堝是瓷坩堝，加熱時，NaOH能與瓷坩堝反應，所以熔融燒堿時，一般用鐵坩堝。(3)食醋的主要成分是醋酸，能溶解鉛、鎘等金屬造成重金屬離子中毒?！敬鸢浮?1)A(2)瓷坩堝鐵(3)C13已知某一硅酸鹽可表示為Mga(Si4O10)(OH)b(其中a、b為正整數(shù))，試回答：(1)a與b應滿足的關系是(寫表達式)_。(2)a能否等于2？_(填“能”、“ 不能”或“無法確定”)。(3)a3的硅酸鹽的表達式(以氧化物的形式表示)_?！窘馕觥?1)根據(jù)化合價規(guī)則，可列式為：2a44210b簡化為2ab4。(2)令a2，則b0，故不能。(3)當a3時，b2，Mga(Si4O10)(OH)b為Mg3(Si4O10)(OH)2，改寫為氧化物的形式為3MgO4SiO2H2O?！敬鸢浮?1)2ab4(2)不能(3)3MgO4SiO2H2O14氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它硬度大、熔點高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1 300 反應獲得。(1)根據(jù)性質(zhì)，推測氮化硅陶瓷的用途是_。(填序號)A制汽輪機B制有色玻璃C制永久性模具 D制造柴油機(2)寫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖_，根據(jù)元素周期律知識，請寫出氮化硅的化學式_。(3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應。試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學方程式_。(4)現(xiàn)用四氯化硅與氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發(fā)生反應，可得較高純度的氮化硅，反應的化學方程式為_?！窘馕觥康枋且环N高溫陶瓷材料，具有硬度大，熔點高、化學性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良性質(zhì)，可用于制造軸承、汽輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構(gòu)件，N元素位于元素周期表第二周期第A族，Si元素則在第三周期第A族，非金屬性應是N元素比Si元素強，其化學式可寫為Si3N4，氮化硅可被氫氟酸腐蝕，由Si3N4和HF的性質(zhì)分析，可推知該反應不可能是氧化還原反應，其產(chǎn)物只能是SiF4和NH3。SiCl4、N2、H2加強熱時反應產(chǎn)物之一是Si3N4，可知N2作為氧化劑參與反應，那么還原劑只能是H2，H2的氧化產(chǎn)物只能是HCl。【答案】(1)ACD(2)7 Si3N4(3)Si3N412HF=3SiF44NH3(4)3SiCl42N26H2Si3N412HCl