学年高中化学主题3矿山资源硫酸与无机材料制造课题2陶瓷的烧制教案鲁科版选修2.docx
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学年高中化学主题3矿山资源硫酸与无机材料制造课题2陶瓷的烧制教案鲁科版选修2
课题2陶瓷的烧制
●课标要求
举例说明无机非金属材料和其他新材料的特点，了解有关的生产原理。
●课标解读
1.认识常见无机非金属材料的种类。
2．明确传统的无机非金属材料的生产原料、成分、性能。
3．明确新型无机非金属材料的种类及特性。
4．了解无机非金属材料的生产原理。
●教学地位
本课时知识是无机非金属材料的重要内容，《课程标准》明确要求能举例说明无机非金属材料的特点及有关生产原理，新型无机非金属材料、传统无机非金属材料的特点均是高考的高频考点。
●新课导入建议
大家看了这些图片以后，想到了什么？
●教学流程设计
课前预习安排：
看教材P51－57，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。
⇒步骤1：
导入新课，
本课时教学地位分析。
⇒步骤2：
建议对[思考交流]进行提问，反馈学生预习效果。
⇒步骤3：
师生互动完成探究1，可利用[问题导思]作为探究主线。
⇓
步骤7：
通过[例2]和教材P55－57讲解研析，对“探究2，普通陶瓷和新型陶瓷”中注意的问题进行总结。
⇐步骤6：
师生互动完成“探究2”。
⇐步骤5：
指导学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]1、3、5题。
⇐步骤4：
通过[例1]和教材P51－55“用黄土制作陶器”的讲解研析，对“探究1，传统无机非金属材料的比较”中注意的问题进行总结。
⇓
步骤8：
指导学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的2、4题。
⇒步骤9：
引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。
并安排课下作业完成[课后知能检测]。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.通过了解陶器、瓷器及新型陶瓷材料的原料等内容，知道陶瓷材料的主要化学成分，陶与瓷以及新型陶瓷材料在成分上的区别。
2．通过陶瓷的制作工艺等内容，了解陶瓷制作工艺的主要步骤，陶与瓷在制作工艺上的主要区别及釉的成分与作用等。
1.陶和瓷的区别。
（重点）
2．明确陶瓷的成分，生产原料。
（重点）
3．陶瓷的制作工艺。
（难点）
4．普通陶瓷和新型陶瓷的性质。
（重难点）
用黄土制作陶器
1.制作陶器的原料：
黏土，其中黄土是最常见的黏土。
2．黏土的主要成分：
铝硅酸盐（xAl2O3·ySiO2·zH2O）。
3．烧制陶器的步骤：
制泥→成型→干燥→烧成。
4．烧成中的工艺条件：
温度和气氛（包括氧化气氛和还原气氛）。
5．红陶：
在氧化气氛中，铁的氧化物以Fe2O3的形态存在的陶器。
灰陶：
在还原气氛中，铁的氧化物以FeO的形态存在的陶器。
1．盖房子使用的红砖和青砖是在什么气氛中烧成的？
【提示】 红砖——氧化气氛，青砖——还原气氛。
瓷器的烧制
1.原料：
高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O），又称瓷土。
2．烧制温度：
比烧制陶器的温度高。
3．其他硅酸盐材料
（1）普通硅酸盐水泥
①生产原料：
熟料、石膏及其他添加材料。
②生产步骤：
生料准备、熟料煅烧、水泥制成。
③特性：
水硬性，即水化变硬。
（2）玻璃
①生产原料：
石英、纯碱（Na2CO3）、长石。
②特点：
透明、没有固定的熔点。
2．陶器和瓷器的成分和性能相同吗？
【提示】 不相同。
生产瓷器原料的SiO2、Al2O3含量比制陶器原料高；瓷器更密实、不透水。
从普通陶瓷到新型陶瓷的飞跃
1.新型陶瓷材料又叫精细陶瓷或高性能陶瓷。
2．常见的新型陶瓷材料有：
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：
声、光、电、热、磁等多方面特性。
3．陶瓷材料有什么缺点？
【提示】 脆性强、易破裂。
传统无机非金属材料的比较
【问题导思】
①传统无机非金属材料主要指什么材料？
【提示】 传统无机非金属材料指硅酸盐材料。
②常见的硅酸盐材料产品有哪些？
【提示】 玻璃、水泥、陶瓷等。
③硅酸盐产品具有哪些优良的性能？
【提示】 见要点1。
1．硅酸盐材料的组成和性能
（1）沙石、黏土、石英、石棉、高岭石等许多矿物是硅酸盐或硅的氧化物，传统硅酸盐产品以黏土、石英、钾长石和钠长石等为原料。
（2）原料中一般都含有[SiO4]4－，硅氧结构的特殊性决定了硅酸盐材料具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。
2．几种主要的硅酸盐产品
硅酸盐
产品
水泥
玻璃
陶瓷
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
原料
石灰石、黏土
辅助原料
纯碱、长石、石英
黏土
反应
原理
复杂的物理、
化学变化
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑
复杂的物理、
化学变化
主要
成分
2CaO·SiO2
3CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
4CaO·Al2O3·
Fe2O3
Na2O·CaO·6SiO2
种类
不同标号，标号越大性能越好
普通玻璃、特种玻璃
土器、陶器、
瓷器、炻器
等
特性
水硬性
非晶体，无固定熔点，在一定温度范围内软化，可制成各种形状
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体
根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过程，总结出硅酸盐工业的一般特点是（ ）
①原料中一定含硅元素 ②生成物是硅酸盐 ③反应条件是高温 ④发生复杂的物理、化学反应
A．①② B．①②③
C．①③④D．①②③④
【解析】 硅酸盐工业的主要特点是：
生产原料一定含有硅元素；生产产品的物质类型属于硅酸盐；使物质发生变化的条件是高温；物质变化的类型，既有物理变化，又有多种复杂的化学变化。
【答案】 D
1．下列产品不属于硅酸盐材料的是（ ）
A．水泥B．玻璃
C．塑料D．陶瓷
【解析】 塑料属于有机高分子材料。
【答案】 C
普通陶瓷和新型陶瓷
【问题导思】
①陶器与瓷器有哪些区别？
【提示】 a．原料不同；b.生产温度不同；c.质地不同。
②碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷属于哪类材料？
【提示】 新型陶瓷材料。
1．陶器和瓷器的主要差别
陶器
瓷器
原料
黏土
高岭土等矿物质
烧制
温度
一般为950℃
约在1200℃以上
质地
疏松，有一定吸水性
密实，不透水
2.新型陶瓷
（1）广义上的陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的广义定义来看仍然属于陶瓷材料。
（2）常见的新型陶瓷有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷。
（双选）下列对陶器和瓷器的比较中正确的是
（ ）
A．瓷器烧制时使用的温度不如陶器烧制时使用的温度高
B．陶器使用的黏土中含有的杂质比瓷器使用的原料含有的杂质少
C．瓷器与陶器相比，具有坯体细腻、强度较高、结构致密、吸水率低的优点
D．一般说来，瓷器比陶器的制造工序复杂
【解析】 瓷器与陶器相比，制造时所用的原料含杂质少，烧制时使用的温度更高，具有坯体细腻、强度较高、结构致密、吸水率低的优点，制造工序更复杂。
【答案】 CD
2．在高新技术蓬勃发展的今天，陶瓷材料被称为“支撑未来高新技术的尖端材料”，广泛应用在航空、航天、信息、医疗、交通运输等许多领域。
下列说法中正确的是
（ ）
A．新型陶瓷材料和传统陶瓷材料都是硅酸盐材料
B．新型陶瓷材料又叫精细陶瓷或高性能陶瓷
C．制造新型陶瓷制品的原料以天然矿物为主
D．现在已经制造出的新型陶瓷材料大都性能优异，具有很好的延性和超塑性
【解析】 新型陶瓷材料的化学组成已经远远超出了硅酸盐的范围，不再是传统的硅酸盐材料，故A是错误的。
制造新型陶瓷制品所用的原料已从天然矿物发展为人工合成的超细、高纯的化工原料，故C错误。
目前，人们成功制造出的许多新型陶瓷材料，虽然性能优异，但仍然属于脆性材料，延性不会很好，故D错误。
【答案】 B
【教师备课资源】
碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷
碳化硅（SiC）陶瓷
氮化硅（Si3N4）陶瓷
性能特点
硬度大，可耐2000℃的高温，有较高的强度，化学性质稳定，耐腐蚀性强。
是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
主要用途
高温耐蚀部件、研磨盘、密封环、研磨介质、防弹板、航天器的涂层材料等。
轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件、发动机受热面等。
制造方法
将二氧化硅与碳在电炉中加热至1900℃以上可制得碳化硅。
3C＋SiO2
SiC＋2CO↑
将高纯硅与纯氮气加热至1300℃可制得氮化硅。
也可用化学气相沉积法，在氢气保护下，使SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的Si3N4层。
3Si＋2N2
Si3N43SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl
1．明确2种原料：
制陶——黄土，制瓷——高岭土。
2．制陶的4个步骤：
制泥→成型→干燥→烧成。
3．制陶的2种气氛：
氧化气氛——红陶，还原气氛——
灰陶。
4．水泥的1种特性：
水硬性。
5．玻璃的3种成分：
CaSiO3、Na2SiO3、SiO2。
1．下列生活中的物品不属于陶器的是（ ）
A．空心砖 B．青砖
C．瓦盆D．砂锅
【解析】 现代使用的空心砖一般是用水泥和少量砂石及其他填料制成的，不经过烧结过程，不属于陶器。
【答案】 A
2．下列物品中属于瓷器的是（ ）
A．水缸B．碗碟
C．砂锅D．砖瓦
【解析】 水缸通常属于陶器，它表面有一层釉，但不具有半透明性；碗碟表面有釉，且多数半透明，坯体细腻，所以应属于瓷器；砂锅和砖瓦也都属于陶器。
【答案】 B
3．下列说法中，正确的是（ ）
A．制陶的主要原料是石英砂
B．制作陶器一般分为制泥、成型、干燥、烧成等步骤
C．制陶过程中温度越高越好，这样制得的陶器牢固
D．在氧化气氛中烧制得灰陶，在还原气氛中得红陶
【解析】 制陶的原料是黏土，故A错误。
制陶过程中温度不能太高，太高会使陶器变形，故C错误。
在氧化气氛中，铁元素以Fe2O3的形式存在，得红陶，在还原气氛中，铁元素以FeO的形式存在，得灰陶，故D错误。
【答案】 B
4．普通陶瓷材料不具有的性能特点是（ ）
A．耐高温B．强度高
C．韧性高D．耐腐蚀
【解析】 普通陶瓷材料一般具有耐高温、强度高、耐腐蚀的性能特点，而高韧性是纳米陶瓷材料具有的。
【答案】 C
5．“秦砖汉瓦”表明我国人民很早就掌握了烧陶技术，砖瓦是用含铁元素等杂质的黏土隔绝空气烧制而成的。
当烧窑临近结束时，冷却方法不同颜色不同。
（1）若用捅开窑顶自然冷却的办法，砖成为________色，其原因是由于生成了________（填化学式）。
（2）若用淋洒水的办法来降低温度，此时由于未反应完的燃料（C）与H2O（g）反应生成了具有还原性的________（填化学式），气体与______反应生成______，而呈现_____色。
【解析】
（1）捅开窑顶进入空气，砖成为红色。
（2）生成的H2、CO为还原气氛。
【答案】
（1）红 Fe2O3
（2）H2、CO 铁的氧化物 FeO、Fe 青
1．与陶瓷、玻璃、水泥同类的物质是（ ）
A．光导纤维 B．有机玻璃
C．人造纤维D．砖瓦
【解析】 陶瓷、玻璃、水泥、砖瓦均属于硅酸盐材料；光导纤维的成分为SiO2；人造纤维和有机玻璃均为有机高分子材料。
【答案】 D
2．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
【解析】 刚玉的成分为Al2O3，金刚石为碳单质。
【答案】 A
3．陶瓷已广泛应用于生活和生产中，下列不属于陶瓷制品的是（ ）
A．电器中的绝缘瓷管 B．实验室中的坩埚
C．化学实验室中的试管D．建筑上烧制的砖瓦
【解析】 实验室中的试管为玻璃制品。
【答案】 C
4．下列物质没有固定熔点的是（ ）
A．NaClB．干冰
C．玻璃D．金刚石
【解析】 NaCl、干冰、金刚石均为纯净物，有固定熔点；玻璃为混合物，没有固定熔点。
【答案】 C
5．过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成（ ）
①水泥 ②玻璃 ③陶瓷 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐材料
A．①④B．②⑤
C．③D．②
【解析】 水泥的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3和铁铝酸钙，其生产原料为黏土、石灰石。
混凝土是水泥、碎石和沙子的混合物。
陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是黏土。
泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱、生石灰在高温下发生如下反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaO
CaSiO3，而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即是玻璃，玻璃是一种硅酸盐产品，故答案为B。
【答案】 B
6．石灰石在自然界中存量丰富，它是许多工业的主要原料之一。
但制取下列物质不需要石灰石的是（ ）
A．玻璃B．陶瓷
C．水泥D．漂粉精
【解析】 制玻璃的主要原料是纯碱、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气，制石灰乳要以石灰石为原料；不需要石灰石的是陶瓷。
【答案】 B
7．（双选）新型无机材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C3）、氮化硅（Si3N4）等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温条件下进行，在合成工艺中必须注意（ ）
A．通入充足的氧气
B．避免与氧气接触
C．可在氮气气氛中合成
D．通入少量氧气
【解析】 在高温条件下，TiC、B4C3、Si3N4等非氧化物陶瓷与氧气反应而被腐蚀，而氮气的化学性质稳定，不与非氧化物陶瓷反应，起到保护陶瓷不被氧化的作用。
【答案】 BC
8．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①②B．②③
C．①④D．③④
【解析】 水晶饰物是SiO2，不是硅酸盐制品。
光导纤维的成分是SiO2，不是硅单质。
【答案】 C
9．下列对材料的特性及用途的叙述不正确的是（ ）
A．氧化铝陶瓷具有两性，因此可用来制造人造牙齿
B．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机部件
C．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料
D．人造刚玉硬度大，可用于制造刚玉球磨机
【解析】 本题以新型无机非金属材料为题材着重考查了性质决定用途这一原则，并与生产和生活相联系。
要求我们能够认识生产、生活中化学的重要作用。
氧化铝陶瓷用来制造人造牙齿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两性；氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，所以用于制造柴油机部件时不需要冷却，损失的能量小；光导纤维传导光的能力很强，在通讯时用于传导光信号；人造刚玉（氧化铝）硬度大，所以可用做球磨机材料。
【答案】 A
10．精细陶瓷（又称为特种陶瓷）在现代科技中的应用前景很广。
以SiO2加少量PdCl2研磨成极细的颗粒，经高温烧结制成多孔烧结体，具有半导体的性质。
它具有相当大的比表面积，将它和电子组件及仪表组成“电子鼻”，被称为“人工神鼻”。
冰箱泄露的氟利昂浓度只有十万分之一也能“嗅”出。
关于“电子鼻”的下列叙述中不正确的是（ ）
A．“电子鼻”大大突破了人的嗅觉
B．“电子鼻”吸附气体的能力极强
C．“电子鼻”可广泛应用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警
D．“电子鼻”易溶于水
【解析】 “电子鼻”能够“嗅”到人嗅不到的物质，所以它大大突破了人的嗅觉极限；它的原理是其表面积极大，容易吸附气体，这样才能检测气体；由于它能够吸附气体，所以它应能够检测到易燃、易爆及有毒的气体。
从“电子鼻”所用的原料来看，烧结后的陶瓷应属于硅酸盐材料，所以应难溶于水。
【答案】 D
11．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。
风化作用是指矿物与水和二氧化碳同时作用的过程，如正长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土[Al2Si2O5（OH）4]的反应为：
2KAlSi3O8＋2H2CO3＋9H2O===2K＋＋2HCO
＋4H4SiO4＋Al2Si2O5（OH）4
这个反应能够发生的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 在这个反应中，H2CO3与硅酸盐发生反应后生成可溶的碳酸氢盐和难溶的硅酸，发生的反应可认为是强酸制弱酸的反应，因为H2CO3的酸性比硅酸的酸性强。
【答案】 碳酸的酸性比硅酸的酸性强
12．陶瓷的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要的里程碑，现在，陶瓷已广泛应用于生活和生产中。
（1）陶瓷不具有的性质是________。
A．可导电 B．耐酸碱
C．抗氧化D．耐高温
（2）实验室中最常用的坩埚是________，熔融烧碱样品做实验时一般选用________坩埚。
（3）在搪瓷和陶瓷器具表面的釉质中含有极微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金属盐类，为防止中毒、不能长期盛放下列物质的是________。
A．食用植物油B．酱油
C．食醋D．酒
【解析】
（1）陶瓷的主要特性有：
抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等特点。
（2）实验室中最常用的坩埚是瓷坩埚，加热时，NaOH能与瓷坩埚反应，所以熔融烧碱时，一般用铁坩埚。
（3）食醋的主要成分是醋酸，能溶解铅、镉等金属造成重金属离子中毒。
【答案】
（1）A
（2）瓷坩埚 铁 （3）C
13．已知某一硅酸盐可表示为Mga（Si4O10）（OH）b（其中a、b为正整数），试回答：
（1）a与b应满足的关系是（写表达式）________________________________________________________________________。
（2）a能否等于2？
________（填“能”、“不能”或“无法确定”）。
（3）a＝3的硅酸盐的表达式（以氧化物的形式表示）
________________________________________________________________________。
【解析】
（1）根据化合价规则，可列式为：
2a＋4×4＝2×10＋b简化为2a＝b＋4。
（2）令a＝2，则b＝0，故不能。
（3）当a＝3时，b＝2，Mga（Si4O10）（OH）b为
Mg3（Si4O10）（OH）2，改写为氧化物的形式为
3MgO·4SiO2·H2O。
【答案】
（1）2a＝b＋4
（2）不能
（3）3MgO·4SiO2·H2O
14．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它硬度大、熔点高，化学性质稳定，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。
（1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________。
（填序号）
A．制汽轮机 B．制有色玻璃
C．制永久性模具D．制造柴油机
（2）写出N的原子结构示意图________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式________________________________________________________________________。
（3）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。
试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式________________________________________________________________________。
（4）现用四氯化硅与氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 氮化硅是一种高温陶瓷材料，具有硬度大，熔点高、化学性质稳定等优良性质，可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件，N元素位于元素周期表第二周期第ⅤA族，Si元素则在第三周期第ⅣA族，非金属性应是N元素比Si元素强，其化学式可写为Si3N4，氮化硅可被氢氟酸腐蚀，由Si3N4和HF的性质分析，可推知该反应不可能是氧化还原反应，其产物只能是SiF4和NH3。
SiCl4、N2、H2加强热时反应产物之一是Si3N4，可知N2作为氧化剂参与反应，那么还原剂只能是H2，H2的氧化产物只能是HCl。
【答案】
（1）ACD
（2）○＋7
Si3N4
（3）Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
（4）3SiCl4＋2N2＋6H2
Si3N4＋12HCl
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