二氧化硅与信息材料教案

二氧化硅与信息材料教案（精选11篇）

1.二氧化硅与信息材料教案 篇一

第三单元

含硅矿物与信息材料 3-3-1 硅酸盐矿物与硅酸盐产品

【教学目标】

1、了解硅在自然界的存在形式，了解硅及其化合物的应用与人类文明发展的密切关系。

2、了解硅酸钠的有关知识。

3、了解传统的硅酸盐材料，激发学生学习兴趣，增强学生研究、探索、发现新材料的意识；体会“化学――人类进步的关键”这句话的思想内涵，增强学生学习化学的兴趣。【教学重点】

了解传统的硅酸盐产品。【教学难点】

了解传统的硅酸盐产品。【教学过程】

[引入]（1）硅元素在地壳中的含量怎样？（2）硅元素在自然界主要有哪些存在形式？

[过渡]硅元素在自然界中广泛存在，主要是硅酸盐和二氧化硅的形式，下面我们先来了解硅酸盐的有关知识。[板书]

一、硅酸盐的结构

[展示]自然界中的一些硅酸盐的图片及化学式；

[讲述]硅酸盐的结构相当复杂，通常人们用氧化物的形式表示它们的组成。

[过渡]在硅酸盐中，硅酸钠是极少数溶于水中的一种，用途广泛，下面我们先来学习它的有关知识。

[板书]

二、硅酸钠（Na2SiO3）

硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种常用的黏合剂。[讲述]人们常用水玻璃浸泡木材、纺织品，使其既耐腐蚀又不易着火。

[过渡]在丰富的硅酸盐中，除硅酸钠外，其它的在工农业生产中的作用如何？下面我们来了解传统的硅酸盐产品的有关知识。[板书]

三、硅酸盐产品（传统材料）[展示]玻璃、水泥、陶瓷的生产简介。

[小结]通过刚才的介绍，我们已经了解到硅酸盐产品传统材料在人类文明发展和社会进步的历程中，起到了很大的推动作用。[板书设计]

一、硅酸盐的结构

二、硅酸钠（Na2SiO3）

硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种常用的黏合剂。

三、硅酸盐产品（传统材料）

玻璃、水泥、陶瓷

3-3-2二氧化硅与信息材料

【教学目标】

1、了解硅、二氧化硅的存在与性质，认识硅及其化合物在生活实际中的重要应用。

2、知道二氧化硅的物理性质和化学性质。了解二氧化硅的制品在高科技信息产业中的应用。

3、要求学生查阅资料，学会通过查阅资料来获取知识的学习方法,培养对新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力，培养自主学习和创新能力 【教学重点】 二氧化硅的性质。【教学难点】 二氧化硅的性质。【教学过程】 [你知道吗]

1、盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞。你知道其中的原因吗？

2、沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。你知道二氧化硅有哪些重要的应用吗？

3、当我们在电脑前用鼠标和键盘连接瞬息万变的世界时，当我们打开手机与家人、朋友互至问候时，神奇无比的硅片制成的集成电路在为你提供服务。你知道硅是如何制得的吗？ 是不是单质硅的性质

[展示]收集的二氧化硅的实物和在自然界的一些图片。[板书]

一、二氧化硅

1、物理性质 熔沸点很高，硬度很大，难溶于水等溶剂的固体。

2、化学性质

（1）与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO

CaSiO3（2）与碱反应：，SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 + H2O

3、用途：制作光学镜片、石英坩埚，制造光导纤维。

[过渡]硅的用途非常广泛，特别是信息时代更离不开硅，自然界无游离态的硅，那么工业生产中是怎样生产硅的呢？ [板书]

二、硅的制备和物理性质

1、制备

（1）SiO2＋2C

Si + 2CO [讨论]（1）该反应中氧化剂是_______，还原剂是_______。（2）用双线桥表示电子转移的方向与数目。（2）Si+2Cl

2SiCl4

（3）SiCl4+2H2

Si+4HCl

(高纯硅)

2、物理性质

（1）硅是灰色、有金属光泽的硬而脆的固体。（2）熔沸点高，硬度大。

（3）良好的半导体材料。[板书设计] 一、二氧化硅

1、物理性质 熔沸点很高，硬度很大。

2、化学性质

（1）与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO

CaSiO3（2）与碱反应：，SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 + H2O

3、用途：制作光学镜片、石英坩埚，制造光导纤维。

二、硅的制备和物理性质

1、制备

（1）SiO2＋2C

Si + 2CO（2）Si+2Cl

2SiCl4

（3）SiCl4+2H2

Si+4HCl

(高纯硅)

2、物理性质

（1）硅是灰色、有金属光泽的硬而脆的固体。（2）熔沸点高，硬度大。（3）良好的半导体材料。

2.二氧化硅与信息材料教案 篇二

关键词：碳捕获与封存技术,第一性原理计算,巨正则蒙特卡罗模拟

0 引言

最近几十年里,由温室效应导致的全球气候变暖已成为引发世人关注的焦点问题,其中煤、石油、天然气等化石燃料燃烧产生的二氧化碳是导致全球变暖的罪魁祸首,它产生的增温效应约占所有温室气体总增温效应的56.6%,如图1所示[1]。而在化石燃料中,燃煤发电排放的二氧化碳占到了人类活动排放的二氧化碳总量的30%~40%[2,3]。我国是世界上能源消费大国和碳排放大国,承担着巨大的减排压力。2009年11月,国务院常务会议确定了2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的目标[4]。

为了实现这一目标,调整能源结构,使其从传统的碳基化石能源向可再生清洁能源转型是根本的解决方案。然而这种转型需要对现有的能源体系进行大规模的改造,而相关技术尚未发展成熟。伴随着我国国民经济的发展,对煤炭的需求量大幅度增长以及一次能源赋存条件,决定了我国煤炭的基础能源地位[5]。在这种情况下,碳捕获和封存(Carbon capture and sequestration,CCS)技术成为减少二氧化碳排放的一条十分必要而又实用的途径[6]。燃煤电厂等固定的碳排放源能够在短时间内应用CCS技术,从而大大地减少二氧化碳排放。CCS技术包括二氧化碳的捕获、运输以及最终注入地下被永久封存3个阶段。对于第一个阶段,又包括3种不同的二氧化碳捕获策略,即燃烧后捕获(Post-combustion capture),燃烧前捕获(Pre-combustion capture)和富氧燃烧捕获(Oxy-fuel combustion)。常用的碳捕获方法包括化学吸附[7]、低温蒸馏[8,9]、膜分离[8,10,11,12]与多孔材料吸附[13,14,15,16,17,18,19,20]等。其中化学吸附是目前已经商业化的方法,如利用醇胺溶液对烟道气中的二氧化碳进行吸附捕获。醇胺溶液对二氧化碳具有很高的选择性,但是捕获过程能量消耗非常大,约占电厂生产电力的30%左右[21],其中大部分能量消耗在材料再生上[22]。同时化学吸附还存在操作繁杂以及设备损坏快等缺点,提高了该方法捕获二氧化碳的成本。采用低温蒸馏技术所需能耗太大。膜分离的效率较低,捕获的二氧化碳浓度很低,分离有效性不高。而经过最近几年来的大力发展,多孔材料吸附方法取得了长足的进步,由于其能耗低、投资少和可大规模化应用的优势,有望成为下一代二氧化碳捕获的工业技术[23]。本文主要讨论在燃煤电厂使用多孔材料进行碳捕获的问题,首先分析了不同的碳捕获策略中对于多孔材料吸附性能的要求,进一步从热力学的角度讨论了高效的多孔碳捕获材料需满足的条件。在此基础上建立了多孔材料气体吸附模型,提出了一种兼具第一性原理计算准确性与蒙特卡罗模拟高效性优势的多尺度模拟计算方法,该方法可以准确、高效地预测多孔材料的碳捕获性能,从而为寻找可大规模应用于燃煤电厂的碳捕获材料提供理论参考和借鉴。

1 二氧化碳捕获策略

1.1 燃烧后捕获

燃烧后捕获指的是从燃料在空气中燃烧后的烟道气中除去二氧化碳的过程。由于燃烧后捕获可以通过对已有电厂翻新改造来实现,因此它是截止目前研究最广泛的一种碳捕获策略。烟道气中含有少量二氧化碳(15%~16%),大量未参与燃烧反应的氮气(70%~75%)以及其他微量气体成分,如H2O、O2、CO、NOx、SOx等。表1给出了通过实验及模拟研究燃烧后二氧化碳捕获时烟道气成分及含量[18]。首先对烟道气进行预处理,除去SOx、H2S等酸性气体以及小的固体颗粒,之后进入碳捕获流程,如图2所示。由于燃烧后烟道气在接近常压下排放,因此采用变温吸附,利用电厂中的低位热源作为多孔材料再生过程的能量来源是更为可行的方案[24,25]。在变温吸附循环中,多孔材料在达到饱和吸附以后,在常压下加热至材料的最佳脱附温度。随着温度的升高,二氧化碳逐渐从多孔材料孔表面脱附,使得气体压强逐渐增加,并驱使脱附的二氧化碳气体从吸附床中流出。在最大脱附温度下达到平衡以后,将不再有二氧化碳气体从吸附床中脱附出来。在接下来的洗脱过程中,填充在吸附床孔道中的二氧化碳气体被清除直至其浓度降低至要求的标准值以下。最后,吸附床降温并准备进入下一次循环[24]。

图1 2004年全球温室气体排放源(近77%源自二氧化碳排放)Fig.1 Global greenhouse gas emission sources in 2004of which approximately 77%are represented by CO2emissions

理想的燃烧后碳捕获多孔材料应具有较高的二氧化碳吸附容量和选择性(相对于烟道气其它成分),再生过程能耗低,在操作条件下能够长期保持稳定,同时二氧化碳在材料中应具有较大的扩散速度。由于燃烧后二氧化碳捕获的操作条件是常温常压,而在这一条件下多孔材料对二氧化碳的吸附性能主要取决于孔表面的化学性质,因此对多孔材料进行表面改性以增强其与二氧化碳之间的相互作用是研究的重点。 烟道气中二氧化碳的分压很低,P(CO２)≈0.015MPa,因此应关注材料对二氧化碳吸附等温线低压区域的走势。增加材料对二氧化碳的吸附量,尤其是在0.015 MPa附近的吸附量可以大大提升材料在燃烧后二氧化碳捕获方面的性能。

美国能源部国家能源技术实验室为二氧化碳燃烧后捕获制定的目标是捕获烟道气中至少90%的二氧化碳,同时又要将增加的发电成本控制在35%以内[1]。

1.2 燃烧前捕获

燃烧前捕获通过对燃料进行处理产生高压合成气,进一步对合成气脱碳使其在燃烧时不产生二氧化碳。燃烧前二氧化碳捕获流程如图3所示,化石燃料首先同氧气或者水蒸气反应,产生以一氧化碳和氢气为主的混合气体,称为合成气。待合成气冷却以后,经过水气转换反应:H2O+COH2+CO2,使合成气中的CO进一步转变为CO2,并产生更多的氢气。此时气体的温度为40℃,总压可达5 MPa[26]。二氧化碳被分离以后,留下来的氢气在电厂中燃烧发电将不会排放二氧化碳。

从表1中可以看出合成气中二氧化碳所占的比例很大。经过水气转换反应以后,合成气被压缩至高压状态,若合成气总压为5 MPa,则二氧化碳的分压可以高达1.7~1.8MPa。因此利用变压吸附分离二氧化碳,即通过降低合成气压强至标准大气压来实现二氧化碳的脱附和材料的再生,能量消耗更少,比变温吸附更有优势。如图3所示,气体在入口被压缩增压后流过吸附床,二氧化碳被吸附而氢气则从出口流出。待吸附的二氧化碳达到饱和后,关闭入口阀门。将气体压强降至常压,压强降低导致大量被吸附的二氧化碳从孔表面脱附并从吸附床中洗脱出来。对于变压吸附,材料的性能主要由其在合成气中对二氧化碳的选择性以及工作容量来评估。其中工作容量为一个吸附循环捕获的二氧化碳的量,采用具有高工作容量的材料,意味着在实际应用中需要更少的吸附材料,更低的建设成本。最重要的是从长远来看,大大减少了材料的再生成本。美国能源部国家能源技术实验室为二氧化碳燃烧前捕获制定的目标是捕获合成气中至少90%的二氧化碳同时又要将增加的发电成本控制在10%以内［１］。

1.3 富氧燃烧捕获

富氧燃烧捕获指的是用纯氧代替空气作为煤粉或其他碳基燃料燃烧的介质。这种捕获策略的一个明显优势是在烟道气中除去粉尘颗粒、水以及其他微量的杂质以后,剩下的几乎全部是二氧化碳。这使二氧化碳的捕获变得极其简单,大多数的电厂只需稍作改建即可实现富氧燃烧捕获。富氧燃烧捕获的过程如图4所示,干燥的空气经过低温空气分离设备后,得到纯度大于95%的氧气。为了控制燃料燃烧的温度,并减少氮氧化物杂质的产生[27],利用烟道气中的二氧化碳将氧气稀释,使其分压降至0.021 MPa。燃烧后的废气中二氧化碳占55%~65%(体积分数),除此之外另一主要成分是水蒸气,占25%~35%(体积分数),利用冷凝的方式可以很容易将其除去[28]。剩下的二氧化碳可以直接运输并进行封存处理。实际上,利用富氧燃烧二氧化碳的捕获率可达95%,这么高的除碳效率是燃烧后和燃烧前捕获无法比拟的[29]。由于富氧燃烧捕获利用纯氧与二氧化碳的混合气体作为燃烧介质,与利用富含氮气的空气作为燃烧介质相比,极大地减少了氮氧化物杂质的生成,降低了去除氮氧化物杂质的成本,这是富氧燃烧捕获的另一个重要的优点。

实施富氧燃烧捕获面临的最大挑战是如何从空气中大量地生产纯氧。目前低温空气分离技术每年可以制备超过100Mt的纯氧[30],但这一过程需要消耗巨大的能量。如果要广泛地采用富氧燃烧技术减少碳排放,必须首先探索低能耗的氧气分离方式。某些多孔材料,如沸石[31]等,能够从空气中选择性地吸附氧气,分离过程能耗少,不过其分离效率还未达到富氧燃烧捕获应用的要求。因此探索在N2/O2混合气中对氧气具有高选择性以及吸附容量的多孔材料对于实现富氧燃烧捕获大规模工业化应用至关重要。

2 评估多孔材料碳捕获性能的热力学参数

2.1 吸附容量

吸附容量是评估多孔材料二氧化碳捕获性能的一个十分重要的指标。其中,质量吸附量指的是单位质量的多孔材料吸附的二氧化碳质量,它决定了建造吸附床时需要的多孔材料的质量。而体积吸附量则反映了吸附在材料中的二氧化碳的密集程度,它决定了吸附床的占地体积。质量吸附量和体积吸附量直接影响到材料再生以及脱附二氧化碳时能耗的大小,因此它们是决定碳捕获系统热效率的2个十分重要的参量。

2.2 吸附焓与等量吸附热

吸附焓是评估多孔材料对二氧化碳捕获性能的一个重要参数。吸附焓的大小反映了孔表面与二氧化碳的亲和程度,决定了多孔材料对二氧化碳的吸附选择性以及材料再生过程耗能的多少。如果材料与二氧化碳之间的相互作用太强,破坏这种相互作用就需要消耗很大的能量,从而导致再生成本增加;而如果吸附焓太小,材料对二氧化碳的选择性降低将导致被捕获的二氧化碳纯度下降。同时由于处于吸附相的二氧化碳密度太小,必须增加吸附床以增强捕获效果,这样就间接地增加了材料再生的成本。因此为了降低二氧化碳捕获过程中的能量消耗,精确地控制多孔材料与二氧化碳之间相互作用的强度是十分必要的。

由于在多孔材料的孔道内,不同位点对二氧化碳的吸附环境不同,因此吸附焓通常用等量吸附热(Qｓｔ)来表示［１７］,Qｓｔ定义为:

Qst描述了在恒温、恒压、特定的表面覆盖条件下,焓增量对吸附相摩尔量的变化率。Qst是吸附量的函数,由于通常气体分子总是优先占据作用较强的吸附位,因此随着吸附量的增加,Qst通常是减小的。利用Clapeyron-Clausius方程可以计算等量吸附热,公式为[17]:

式中:R为普适气体常数,T为绝对温度,P为压强。另外,利用Langmuir公式和BET二常数公式也可以求出等量吸附热。等量吸附热有助于从热力学角度理解材料与二氧化碳之间作用关系。

2.3 对二氧化碳的选择性

在二氧化碳捕获应用中,相对于其他气体成分,多孔材料必须对二氧化碳具有高选择性。这种高选择性来源于两种机制:一种与孔道尺寸相关,属于动力学分离;另一种与吸附相关,属于热力学分离。对于前者,利用孔径较小的多孔材料可以阻止动力学半径大于某一阈值的分子扩散进入孔道,这样具有不同动力学半径的气体分子就可以被选择性地分离[32]。对于二氧化碳捕获过程中需要分离的几种气体,由于它们的动力学半径很接近且都很小(如表1所示),如果利用动力学分离机制,多孔材料的孔径必须很小,这样会影响气体在整个材料中的扩散速度。由于具有高比表面积和高二氧化碳吸附容量的多孔材料大都具有较大的孔径,因此,更多的研究集中在利用吸附选择(热力学分离)分离二氧化碳上。吸附选择主要利用多孔材料孔表面对混合气体中不同成分的亲和力差异来实现气体分离,由于多孔材料与二氧化碳之间以物理吸附作用为主,因此这种亲和力的差异主要来源于不同气体成分物理性质的不同,如极化率、电四极矩等。表1给出了相关气体成分的物理性质。为了提高材料对二氧化碳的选择性,可以通过在多孔材料中引入强极性的有机配体或暴露的金属离子位点,利用二氧化碳分子极化率以及电四极矩与其他气体成分的不同而将其分离。

3 物理模型及模拟方法

目前实验上已合成出的多孔材料种类繁多,结构复杂。因此,单纯依靠实验方法研究其在气体吸附方面的应用是一项十分浩大而艰巨的任务。近年来随着化学理论、计算方法的日臻成熟以及计算机技术的飞速发展,计算机模拟已成为支撑实验研究的重要手段。计算机模拟技术的优势在于它不仅能够模拟各类实验过程,探究材料的微观性质及其宏观行为,而且在某些新材料尚未合成出来之前就能预测它的性能,为设计高性能的功能材料提供强有力的理论指导。材料计算模拟按照研究对象的尺度可以大体分为量子力学(Quantum mechanics,QM)、分子力学(Molecular mecha-nics,MM)以及统计力学(Statistical mechanics)三个层次。其中量子力学采用薛定谔方程描述电子的统计行为,理论上它可以精确地预测单个原子或分子的所有物理性质。分子力学是在原子、分子水平上,基于经典牛顿力学方程计算分子的平衡结构和能量的一种方法。而统计力学研究的是大量原子或分子聚集体的宏观运动规律。它通过计算分子间的微观相互作用,对大量分子的运动行为进行统计平均,从而获得所研究体系的宏观性质。对于多孔材料的气体吸附问题,通常采用包含了分子力学和统计力学的巨正则蒙特卡罗(Grand canonical Monte Carlo,GCMC)模拟预测单组分或混合气体的吸附等温线。此外,利用量子力学第一性原理计算可以研究气体分子在孔隙中的吸附方式,计算吸附焓等。

第一性原理计算可以精确地给出材料的微观性质,但由于对计算资源的要求很高,所以通常只能研究较小的体系。而GCMC模拟由于计算效率高,因此不受研究体系大小的制约,但计算的准确性敏感地依赖于分子力场的选择。传统的GCMC模拟通常采用通用力场,如UNIVERSAL[33]力场、DREIDING[34]力场或更为复杂一些的半经验力场,如COM-PASS[35]力场等。这些力场能够比较准确地描述活性炭、碳纳米管等碳基材料与气体之间的相互作用,因此利用GCMC模拟能够重现实验结果并对材料的气体吸附性质进行预测。然而对于更为复杂一些的多孔材料,如金属有机骨架材料(Metal organic frameworks,MOFs)、共价有机骨架材料(Covalent organic frameworks,COFs)等,由于材料中通常包含过渡金属离子,它们与气体分子之间的相互作用十分复杂,用经典力场无法准确地描述这种相互作用。另外,处于不同成键环境中的同一种原子,它们对气体分子的作用是不同的,但经典力场没有区分这种差异。为了获取气体和材料之间精确的相互作用信息,通常采用拟合实验数据或高精度第一性原理计算数据的方式获得力场参数。由于实验技术的限制以及相关实验数据的缺乏,后者成为获得力场参数最主要的手段。近年来,多尺度模拟计算方法成为研究多孔材料气体吸附问题的重要理论方法[36]。它通过拟合第一性原理计算(电子尺度)数据获得力场参数(原子、分子尺度),然后将这些参数用于GCMC模拟以计算材料对气体的宏观吸附性能(宏观尺度)。由于这种方法综合了第一性原理计算精确性与分子模拟高效性的优势,因此在研究多孔材料的气体吸附问题方面通常可以获得令人满意的结果[37,38,39]。

3.1 第一性原理计算获得材料与气体分子相互作用的力场信息

一般来说,多孔材料内表面不同吸附位点与气体分子之间的相互作用是不同的。为了获取准确的相互作用信息,首先需要寻找各个吸附位点附近势能面的极小点以及对应的气体分子的最佳吸附构型。由于高维势能面结构十分复杂,要获取势能面的全部信息是不可能的,所以只能抽取有限个能够反映相互作用变化规律的势能点来拟合力场参数。通常的做法是保持气体分子的最佳吸附构型不变,沿着吸附位点与气体分子连线的方向抽取势能点,得到一条势能曲线。采用经典势函数,如Lennard-Jones势、Morse势等来描述气体与材料中每一对原子之间的相互作用,利用其拟合势能曲线即可得到力场参数。大量的研究表明,利用这种方式拟合得到的力场参数能够准确地反映多孔材料内表面与气体分子之间复杂的相互作用[37,38]。

气体分子和多孔材料内表面之间的相互作用包含了弱的长程色散力,而如何处理长程弱相互作用一直是第一性原理计算面临的挑战。因为不太昂贵的计算方法,如半经验方法、Hartree-Fock方法、传统的密度泛函理论(DFT)方法等都不能准确处理长程弱相互作用。而高精度的重头算方法,包括应用最为广泛[40]的二阶Mller-Plesset微扰方法(MP2),以及更高级别的理论计算方法,如四阶MllerPlesset微扰方法(MP4),二次组态相互作用方法QCISD、QCISD(T),耦合簇方法CCSD、CCSD(T)等可以准确地计算弱相互作用,但这些方法对于计算资源的要求非常高,目前只能用来处理很小的体系。近年来逐渐发展起来的色散校正密度泛函理论(DFT-D)[41,42]通过在DFT能量中加入色散修正项而达到能够准确描述弱相互作用的目的,为计算弱相互作用提供了新的有效途径,因此在计算吸附能时可以优先考虑使用DFT-D方法。

3.2 巨正则蒙特卡罗模拟计算材料的宏观吸附特性

在多孔材料等温吸附气体的过程中,体系与环境之间既有气体交换又有能量交换。气体移动的方向由体系与环境的化学势控制,达到吸附平衡的条件是处于吸附相和气相的气体温度与化学势相等。GCMC模拟是研究多孔材料中气体吸附平衡的最常用的一种方法。将通过第一性原理计算拟合得到的力场参数输入到GCMC程序中,在体系中随机插入、删除、移动气体分子,采用Metropolis抽样方法,以Bo-ltzmann权重因子为标准判断新构型是否被接收。经过多步循环(通常为几百万步)以后,体系达到吸附平衡。再经过多步循环(通常为几百万步),从达到平衡的构型中抽样并进行统计平均即可求出吸附量、吸附等温线、吸附热等宏观热力学性质。GCMC程序的流程如图5所示。

利用GCMC模拟不仅可以预测单组分气体的吸附等温线,还可以计算多种气体存在竞争吸附时各组分的吸附量,并进一步计算选择性(Selectivity)、工作容量(Working ca-pacity)等。因此利用GCMC模拟技术研究不同二氧化碳捕获策略中混合气体的吸附分离问题是十分方便的。

4 结语

3.二氧化硅与信息材料教案 篇三

【关键词】碳化硅陶瓷；陶瓷材料；陶瓷烧结；烧结法

0.引言

由于碳化硅陶瓷具有超硬性能，又具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，广泛应用于机械制造加工行业。它还可以应用在军事方面，例如将碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴，这种技术已应用于火箭技术中。同时在航空、航天、汽车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应用，碳化硅密度居中，硬度和弹性模量较高，还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。由于碳化硅产品具有操作简单方便，使用寿命长，使用范围广等优点，使碳化硅产品的市场发展前景广阔，因此受到很多国家的重视，一直是材料学界研究的重点，如何制得高致密度的碳化硅陶瓷也是研究者一直关心的课题。目前制备碳化硅陶瓷的方法主要有以下几种方法，由于制备方法的不同，碳化硅陶瓷材料的性能与制备工艺的不同有一定的相关性，本文对碳化硅陶瓷的制备方法及其应用进行了介绍。

1.反应烧结法制备陶瓷与应用

反应烧结法也可称为活化烧结或强化烧结法。需要指出活化烧结和强化烧结的机理有所不同。活化烧结的过程是指可以降低烧结活化能，使体系的烧结可以在较低的温度下以较快速度进行，并且使得烧结体性能得到提高的烧结方法。而强化烧结的过程泛指能增加烧结速率，或强化烧结体性能（通过合金化或者抑制晶粒长大）的所有烧结过程。可见它们的制备机理是存在差异的。反应烧结强调反应，这是一种化学过程，也就是有一种物质变成另外一种物质，例如，在制备碳化硅的过程中，就会在确定的温度下发生Si+C→SiC 的化学反应。这种反应过程就是将碳化硅粉料和碳颗粒制成多孔坯体，然后将多孔坯体干燥后利用马弗炉加热至1450～1470℃，在这样的条件下就可以使，熔融的硅渗入坯体内部与碳反应生成碳化硅。这一机理的探讨源于上世纪七十年代，当时由于世界范围内的石油危机，能源问题对世界各国的经济发展带来巨大的挑战，为了提高内燃发动机的效率，科学家们开始考虑使用高温陶瓷材料替代内燃机的金属部件，这样就可以提高效率。在1973年，英国人KennedyP和ShennanJV等开始了反应烧结制备碳化硅的深入研究[1]，1978年，英国剑桥大学的SawyerGR等人采用扫描电镜、透射电镜、光学显微镜和 X 射线衍射等手段对反应烧结碳化硅的微观结构进行了一系列的定量表征[2]，从碳化硅的制备机理给与了探讨；1990年，日本的LimCB等人研究了反应烧结碳化硅中强度、气孔率与微观结构的关系，随着研究的进一步深入，反应烧结碳化硅产品开始逐步走向商业化。

2.无压烧结法制备陶瓷与应用

无压烧结法是在常压条件，也就是在一个标准大气压的惰性气体气氛中进行烧结。这种烧结可以把粉状物料转变为致密体，这是一个传统的工艺过程。人类很早就开始利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。我国古代就可以制备精美的工艺瑰宝，流传至今。

一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。给人类美的享受。它的烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。无机材料的性能不仅与材料组成（化学组成与矿物组成）有关，还与材料的显微结构有密切的关系。但这种烧结方法只停留在观赏。在1956年，美国的AlliegroRA等人发现，加入某一物质可以使热压烧结碳化硅中发生促进烧结的作用，此后，实验证实，许多物质如：Al、Fe、Cr、Ca、Ni、Al+Fe、Zr和Mn等能够促进碳化硅的烧结过程。1975年，Prochazka S 等人在碳化硅坯体中加入不同的两种物质，通过无压固相烧结成功制备出碳化硅陶瓷。ProchazkaS等人的实验采用的是高纯的亚微米级β-SiC粉体，并在其中加入少量不同的两种物质，他们的研究结果对无压烧结法的机理带来了重要的影响因素，实验证明碳化硅的坯体通过固相烧结致密化，β-SiC在烧结过程中产生相变并发生晶粒长大，这种晶粒的大小与陶瓷的强度有关。由于碳化硅是高熔点的强共价键材料，这项研究结果报道后引起了许多研究者大量的关注，并且对碳化硅烧结过程的研究论文得到大量的引用。在 ProchazkaS的研究成果发表后不久，人们就发现 加入不同的两种物质对β-SiC的烧结促进作用同样适用于α-SiC。因此，使大部分碳化硅陶瓷产品得到大量应用。

3.液相烧结法制备陶瓷与应用

液相烧结法最早应用在7000年前，那就是古人用粘土烧制砖块。开发液相烧结技术是由爱迪生发明的电灯丝所驱动。碳化硅的液相烧结开始于1975年，LangeFF首次在碳化硅的热压烧结过程中加入了部分氧化铝以促进碳化硅坯体的致密化。当今的利用高新技术广泛采用液相烧结技术制造陶瓷，压电陶瓷，铁氧体和高温结构陶瓷。Al2O3在高温下与SiC粉料颗粒表面的SiO2反应形成液相，成为碳化硅颗粒之间的晶间相，通过液相传质过程使坯体致密化。

与添加不同的两种物质的碳化硅固相烧结不同的是，利用液相烧结过程中需要烧结助剂较少，这种添加剂的添加量通常只有百分之几，尽管用量较少，但在烧结完成后的晶间相中仍然会残留较多的氧化物。因此，液相烧结碳化硅的断裂方式通常是沿晶断裂，具有较高的强度和断裂韧性。ShinozakiSS和SuzukiK等人通过加入质量分数不低于3%的Al2O3，分别采用无压烧结和无压烧结与热等静压相结合的办法，系统地研究了它们的组织和力学性能。通过一系列不同的烧结制度，研究了晶粒生长、密度、强度和韦伯模数（强度分布的模数）的变化情况，并指出了晶粒的纵横比与断裂韧性之间的关系，实现了碳化硅陶瓷微观组织的原位控制技术。

4.结语

碳化硅材料因其优良的性能而得到越来越广泛的应用，不同制备工艺制得的产品性能有一定的差别。反应烧结法具有烧结温度低的优点，但烧结过程中会在坯体中留有部分残余硅，使材料的服役温度下降。液相烧结可以制备出不含残余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳化硅的强共价键性，必须在坯体中加入氧化铝等作为烧结助剂形成液相才能使碳化硅坯体致密化。热压烧结、热等静压烧结和火花等离子体烧结碳化硅性能较高，其密度和强度通常要高于无压烧结，但在烧结过程也都需要加入B、C等作为添加剂促进坯体的烧结致密化且生产成本高，不适于制备异型件。可以实现工业化生产，满足工业和工程应用领域对相关材料日益苛刻的性能要求。

【参考文献】

[1]周平，王泌宝，李晓丽，等.碳化硅致密陶瓷材料研究进展[J].中国陶瓷，2012，（4）.

4.硅和二氧化硅教案 篇四

1.使学生了解硅的结构特点、性质、用途、存在及制备方法。2.使学生了解二氧化硅的存在、性质和用途。3.培养学生对知识归纳、总结和探究的能力。●教学重点

硅和二氧化硅的化学性质 ●教学难点

培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力 ●课时安排 一课时 ●教学方法

引导、探究、对比、练习●教学用具 投影仪

两条干燥的布条或线绳（其中一条在硅酸钠溶液中预先浸过）、酒精灯、火柴 ●教学过程

［引言］请大家看课本彩图中的硅单质照片。

［师］别看它看起来灰溜溜，它自己及它的化合物的作用却是大得很。大到高科技领域，小到我们的周围，到处都有硅及其化合物的踪影。当今电子工业的飞速发展，更是与人们对硅的性质的认识息息相关。本节课，我们就来学习硅及其化合物的有关知识。［板书］第二节 硅和二氧化硅

［过渡］首先，我们来认识一下元素含量居于自然界第二的硅单质的性质。［板书］

一、硅（si）

［师］请大家阅读课本p145的第一、二自然段，总结出硅的存在形态、结构特点、物理性质等方面的内容。［学生阅读］

［问］硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？

［生］硅以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里。［问］硅有几种同素异形体？分别是什么？ ［生］硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。［问］为什么晶体硅的熔沸点高、硬度大？ ［生］因为它的结构类似于金刚石。［问］硅的导电性怎样？

［生］介于金属与非金属之间，是半导体。［师］很好。以上内容我们可总结如下：

［板书］以化合态存在于自然界，有两种同素异形体。（1）物理性质：熔、沸点高，硬度大，半导体。

［过渡］那么，硅单质的化学性质又有哪些？其与同主族的碳相比，是否一样？下面，我们就来学习这个问题。［板书］（2）化学性质

［师］请大家根据初中所学知识回答，碳单质有哪些化学性质？

［生］碳单质在常温下性质稳定，高温时可与氧气等活泼非金属反应。在化学反应中常做还原剂。

［师］回答得很好。那么，硅的性质是否也如此呢？请大家阅读课本p146第一自然段进行总结。

［学生阅读后回答］

常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硝酸、硫酸等起反应。加热时，能跟一些非金属反应，如它能和氧气反应生成二氧化硅。［师］对。我们可把上述硅单质的化学性质归纳如下： ［讲解并板书］常温下性质稳定

si+2f2====sif4 si+4hf====sif4+2h2↑

si+2naoh+h2o====na2sio3+2h2↑ si+o2 sio2 ［过渡］物质的用途由其性质决定，硅的这些性质决定了硅什么样的用途呢？请大家阅读课本p146第二自然段和课本p147选学内容“硅的用途”。［板书］（3）硅的用途

［学生阅读后回答］可以用来制集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池，还可以用来制造变压器铁芯及耐酸设备等。

［师］回答得很好。不过，大家需要知道的是，电子工业上所用的硅，都是纯度很高的硅，而由我们刚才所学知识知道，自然界没有单质硅存在。那么，我们怎样制取硅呢？请大家看课本后回答。［板书］（4）硅的制法

［学生看书后回答］我们使用的硅，都是从硅的化合物中提取的。工业上用碳和二氧化硅在高温下反应制取硅。

［师］注意！上述反应中的产物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，通过上述反应所制得的硅只是粗硅，用做半导体材料时，还需将其提纯。

［过渡］硅在常温下性质稳定，但在受热条件下可与氧气反应生成二氧化硅。接下来，我们来学习硅的最高价氧化物——二氧化硅的性质。［板书］

二、二氧化硅（sio2）［问］二氧化硅与二氧化碳都是第ⅳa族元素形成的最高价氧化物，它们的性质是否相同呢？请大家回忆我们初中学过的二氧化碳的性质，并从物理性质和化学性质两方面回答。

［生］二氧化碳的物理性质是：常温常压下是无色无味的气体，能溶于水，密度比空气大。化学性质是：本身不燃烧，一般情况下也不支持燃烧，能与水反应生成碳酸，能与碱反应，是酸性氧化物。

［师］大家回答得很流利。请问，有没有固体的二氧化碳？ ［生］有！固体的二氧化碳叫干冰。［师］干冰可以用来人工降雨，为什么？ ［生］因为干冰有易升华的性质。

［师］那么，二氧化碳所具有的物理性质二氧化硅是否具有呢？请大家看课本有关内容，比较二氧化碳与二氧化硅的物理性质。［板书］（1）物理性质

［学生看书后回答］二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大，它是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。

［板书］坚硬难溶的固体，不溶于水。

［过渡］二氧化硅的化学性质与二氧化碳相比，是不是也有这么大的差异呢？请大家阅读课本有关内容，并填写下表。［板书］（2）化学性质 与水反应 与酸反应 与碱反应

与碱性氧化物反应 与碳反应

［找一个同学把答案填写在胶片上，不足部分由教师和学生共同补充］ 注：［上表答案］

sio2+4hf====sif4↑+2h2o不反应

［师］从上表可以看出，二氧化硅能与碱反应生成相应的盐和水，是一种酸性氧化物，它不能溶于水得到相应的酸——硅酸。

酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。由此，我们可总结出二氧化硅的主要化学性质为：

［讲解并板书］不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。

［问题探究］为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

［生］因为玻璃中含有sio2，sio2是酸性氧化物，能和碱起反应，容易使玻璃瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。［师］很正确。

［过渡］二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石，天然二氧化硅也叫硅石。砂子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。请大家看课本有关内容，了解它们的用途。并总结出来。［板书］（3）用途

［学生看书后回答］二氧化硅可用来做光导纤维；石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。［师］大家回答得很全面。

［师］确实，二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害，使人患硅肺病，请大家阅读课本p148“二氧化硅粉尘的危害”的内容。［学生阅读后］

［师］希望大家努力学习，并能在将来发明和创造一些新的技术，新的设备以控制空气中粉尘的含量，从而为人类的健康和生存环境做出贡献。

［过渡］刚才我们提到二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。那么，硅酸是怎样的一种酸？它怎样制得呢？下面我们就来学习这个问题。［板书］

三、硅酸（h2sio3）

［师］从上一节我们比较同主族元素的性质知道，硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。［板书］不溶于水，酸性比碳酸弱。

［师］硅酸可通过可溶性硅酸盐与酸反应得到，如：

［讲解］生成的h4sio4叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。硅酸在加热条件下会进一步失水得到二氧化硅。［板书］ h4sio4====h2sio3+h2o h2sio3 sio2+h2o ［过渡］刚才我们提到的硅酸钠，是一种可溶性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数是不溶于水的。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5%。

［板书］

四、硅酸盐

［师］请大家看以下实验。［演示实验］取两根一样的干燥布条（其中一根在硅酸钠溶液中浸过）在火焰上燃烧。［问］两根布条燃烧的情况一样吗？现象有何不同？ ［生］不一样。一根很容易燃烧，一根不燃。

［师］是什么原因造成了这样的差别呢？答案在这里！［板书］硅酸钠（na2sio3）［讲解］不燃的布条是由于我预先在硅酸钠溶液中浸泡并晒干的。这也是硅酸钠的用途之一。硅酸钠的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很广，建筑工业及造纸工业用它做粘合剂。

木材或织物用水玻璃浸泡过后既防腐又不易着火。浸过水玻璃的鲜蛋可以长期保存。水玻璃还用作软水剂，洗涤剂和制肥皂的填料。它也是制硅胶和分子筛的原料。

硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书写时，应把金属元素的氧化物写在前面，若有多种金属元素，按活泼性依次减弱的顺序写出其氧化物，然后写sio2，最后写h2o，且各氧化物之间要用“•”隔开。如： ［板书并讲解］ na2sio3 na2o•sio2 al2（si2o5）（oh）4 al2o3•2sio2•2h2o ［师］粘土的主要成分也是硅酸盐，是制造陶瓷器的主要原料。［投影练习］阅读下文，完成1~3题。

1.假设根据每步反应建立一个生产车间，该高纯硅厂家需要几个车间 a.3个 b.4个

2.生产原理中没有涉及到的反应是 a.置换反应 b.复分解反应

3.该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是 4.al2o3•2sio2•2h2o是 a.混合物b.硅酸盐 解析：硅酸盐的种类繁多，结构复杂，人们通常用金属氧化物和二氧化硅的形式来表示组成，如na2sio3改写成na2o•sio2。解此类题时，先把题目所给氧化物反写过来则为al2（si2o5）•（oh）4，为高岭石，即为硅酸盐，不是混合物，也不是两种氧化物的水化物，更不是铝酸盐。答案：b ●板书设计

第三节 硅和二氧化硅

一、硅（si）

以化合态存在于自然界；有两种同素异形体。（1）物理性质：熔沸点高、硬度大、半导体。（2）化学性质 常温下性质稳定

si+o2 sio2（3）硅的用途（4）硅的制法 二、二氧化硅（sio2）

（1）物理性质：坚硬难溶的固体，不溶于水。

（2）化学性质：不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。（3）用途

三、硅酸（h2sio3）不溶于水，酸性比碳酸弱

h4sio4====h2sio3+h2o h2sio3 sio2+h2o

四、硅酸盐

硅酸钠（na2sio3）na2o•sio2 al2（si2o5）（oh）4 al2o3•2sio2•2h2o ●教学说明

本节课采用了学生自学、教师引导归纳，并同已学知识相比较的教学方法，目的是为了让学生更多地参与教学，并在学习的过程中培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力。由于在初中已学过有关碳及其化合物的知识，采用对比的学习方法，可以使学生温故而知新。学生在了解sio2的用途时，教师同时引导他们了解sio2粉尘的危害。这可以培养学生在以后的实践中能辩证地看问题。

本课时增加了一个有关水玻璃的实验。一是引起学生学习的兴趣；再就是学生会印象深刻；更重要的是消除学生对陈述性知识的乏味感，也希望能对后面硅酸盐工业的介绍，做一个很好的引子。

另外，如果授课时间允许，最好能专用一个课时来学习和整理碳及其化合物的有关知识，以使碳族元素的知识更加丰富和条理化。

5.二氧化碳教案 篇五

6.化学教案二氧化硫 篇六

第二节 二氧化硫

教材分析：

本节是典型的元素化合物知识，有实验，与生活、环境联系广泛，学生学习兴趣高。本节教材主要讲述了两方面问题：一是二氧化硫的性质，二是环境问题。在讲述二氧化硫的性质时，主要突出硫元素化合价变化的主线：，关于环境污染问题，突出其危害。

教学目的与要求：

1、使学生了解二氧化硫的物理性质和用途；

2、使学生掌握二氧化硫的化学性质；

3、使学生了解二氧化硫对空气的污染和防止污染。

教学重点：二氧化硫的化学性质

教学难点：二氧化硫的化学性质

教学方法：实验演示法、讲述法、比较发现法、探究与体验法

教学用具：实验用品

课型：新课

课时： 2（以化合价为主线探究硫元素及化合物的性质）

教学内容：

第一课时

新课的准备：

1、硫元素的主要的化合价有哪些？有哪些代表物质？

2、硫的单质有哪些化学性质？（与金属反应、与氢气反应、与氧气反应）

3、二氧化硫有哪些性质与用途，它给人娄带来哪些危害？

新课进行：

第二节 二氧化硫一、二氧化硫的性质

1、物理性质

无色、有剌激性气味的气体，有毒、易液化（mp：－10℃），易溶于水（S=40），密度比空气大。

2、化学性质

① 与水反应——实验：二氧化硫溶于水实验

二氧化硫水溶液呈红色——溶液呈酸性：SO2＋H2O H2SO3

复习可逆反应的概念，简介亚硫酸（H2SO3）。

② 二氧化硫氧化性与还原性

分析二氧化硫中硫元素的化合价：＋4，可以升高，也可以降低，表现氧化与还原两重性。

2SO2+ O2 2SO3 ：还原性；（可逆反应）

SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr（使溴水或高锰酸钾溶液褪色）

SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl

思考：二氧化硫能使品红溶液褪色，氯气也能使品红溶液褪色，若将它们按1 ：1比例混合通入品红溶液中，品红溶液也褪色吗？

SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O

说明二氧化硫具有氧化性（分析氧化剂、还原剂，氧化产物及还原产物）

简介三氧化硫的性质：

物理性质：无色固体，mp、bp都比较低；

化学性质：与水反应，放热 SO3 + H2O = H2SO4，（强调工业上制取硫酸的原理：S→SO2→SO3→H2SO4）

③ 二氧化硫的漂白性

【实验6-2】二氧化硫通入品红溶液，加热。

现象：品红褪色，加热又呈现红色，说明二氧化硫具有漂白性。

强调：二氧化硫漂白具有不稳定性、选择性，二氧化硫也具有杀菌、防腐之功效。

举例：二氧化硫漂白纸浆、毛、丝、草编制品。

比较：与氯气、过氧化钠漂白有何异同？

新课的延伸：

① 写出硫化钠溶液与亚硫酸钠溶液在酸性环境下发生化学反应的化学反应离子方程式，再总结一类反应的规律，共五个方面。

② 离子共存判断：Cl－+ClO3－和Cl－+ClO3－＋H＋；S2－+SO32－和S2－+SO32－+H+。

教学小结：

①二氧化硫、三氧化硫的物理性质；②二氧化硫的化学性质（与水反应、氧化还原两重性、漂白性）；③复习归中规律及其应用。

作业：P133 一、二，课堂讨论

7.《信息与信息技术》教案 篇七

1、学会设置超链接。

2、掌握设置动作按钮的方法。

3、学会打印幻灯片。

重点难点：目标1、2

教具准备：

电脑、投影机、幻灯片等

教学时间：

2课时。

教学过程：

引入新课：同网页中的超链接一样，在演示文稿中设超链接，可以在放映时方便、快速地展示相关的内容。

一、设置超级链接。

1、可为选定的文字、图片等对象进行超链接。

2、[动手做]：设置文字的超链接。

操作：打开文稿——选定文字——幻灯片放映、动作设置——超级链接到……——确定。

3、其作用是：从一张纪灯片，跳转到指定的下一张幻灯片上。

二、设置动作按钮。

1、为控制幻灯片的播放顺序，可设置一些动作按钮。

2、[动手做]：在幻灯片中设置动作按钮。

操作：打开演示文稿并指定当前幻灯片——幻灯片放映、动作按钮——动作设置——超级链接到……——确定。

三、链接到文件或网页。

1、为幻灯片中的对象设置超链接到本地文件或网上的网页。

2、[动手做]：为幻灯片与WORD文档建立链接关系。

操作：选定对象——动作设置——超级链接到……——确定。

3、[动手做]：把文字“骆驼和羊的故事”链接到网页上。

操作：选定对象——插入——超级链接——插入超级链接(网页地址)。

四、打印幻灯片。

1、[动手做]：打印幻灯片。

操作：文件——打印……——确定。

2、了解：演示文稿的打包与解包。

五、小结。

学生小结：[我的收获]

教师小结：xxxxx。

六、课后练习P65

1—5题。

[课后记]：

信息技术教案：超链接2

教学目标：

1、初步了解超级连接的含义。

2、学会演示文稿内部的超级连接。

教学重点：

学会在幻灯片中设置超级连接。

教学难点：

理解超级连接的含义。

课时安排：

1课时。

课前准备：

1、演示文稿范例。

2、上次制作的演示文稿“动物的家”。

教学过程：

一、引入超级连接的含义。

“同学们，你们到饭店点过菜吗?想吃什么就吃什么，一会儿点的菜就端上来了。在电脑里也可以‘点菜’，当然这菜只能看不能吃(开始演示范例)。在这一张幻灯片里有四种动物，想看什么就点什么，它马上就会出现在你的面前。想知道这是怎么一回事吗?我们今天一起来学习，请同学们先打开上次保存的演示文稿——动物的家。”

二、设置超级连接。

要完成点菜的效果就要用到“超级连接”这个功能。(演示对猴子的超级连接)

1、将猴子两个字选中，选择[幻灯片放映]菜单中的[动作设置]命令，弹出‘动作设置’对话框。

2、在‘单击鼠标时的动作’一栏里选择[超级连接到]一项，选择要连接到的那张幻灯片，点确定。

3、回到视图状态，你会发现猴子的文本框变了，鼠标指向猴子的针也变成了手，单击后你发现了什么?

4、现在用同样的方法连接好其他3张幻灯。同学自己超做完成幻灯的连接。教师个别指导。

5、但我们又想回到开始时的第一张幻灯片，那该怎么办呢?学生讨论，自己解决问题。提示：同样的连接可以用复制的方法。

三、共享成功的喜悦。

8.二氧化硫的性质和作用教案 篇八

[学习目标]

1、了解二氧化硫的性质和作用，了解酸雨的形成、危害及防治方法。

2、通过对酸雨的形成、危害及防治方法的讨论，掌握证明二氧化硫性质的实验方法；通过实验、查阅、讨论、探究方法等学习过程，初步学会搜索、自学；学习提出问题、解决问题。

3、通过防治酸雨和环境污染的学习和教育，增强环保意识、社会责任感、参与意识，形成牢固的“可持续发展”观。通过与同学共同合作、探究学习，学会倾听、欣赏、分享，增强团队精神。

[自主学习] [知识准备] 复习有关概念：酸性氧化物、pH、酸性溶液，催化剂等。

[网络搜索] 有关环保网站：中国环境保护网（http:///）,美国环保署少年环保（http://www.epa.gov/kids）。

[我的问题]

1、2、[探究学习] 问题1：什么是酸雨？ 问题解决设想：

1、网上搜索。

2、实验：⑴向蒸馏水中不断吹入二氧化碳（人体呼出气），用pH试纸测定；

⑵在充有二氧化硫的针筒里吸入蒸馏水，用pH试纸测定；

结论：

问题2：硫酸型酸雨是如何形成的？ 问题解决设想：

1、阅读教材或资料查阅。

2、实验：在两支试管中分别加入5 mLSO2溶液，再分别滴加BaCl2溶液；再在其中一支中滴加0.5mL3%的过氧化氢溶液，振荡，放置片刻后滴加稀盐酸。结论： 问题3：酸雨有哪些危害？

问题解决设想：

1、阅读教材、查阅资料或社会调查。

2、实验：⑴在SO2溶液中放入一片树叶；⑵在稀硫酸中放入一块混凝土或铁制品。结论：

问题4：酸雨如何防治？ 问题解决设想：

1、网上搜索。

2、实验：⑴在SO2溶液中滴加澄清石灰水；⑵在SO2溶液中加入浓氨水，并分别测定加入前后溶液的pH；⑶在SO2溶液中加入氧化镁。结论：1、2、3、4、5、问题5：酸雨的检测：

问题解决设想：实验：⑴在SO2溶液中滴加品红溶液，振荡，然后加热试管，观察溶液颜色的变化。⑵测定SO2溶液的pH，滴加过氧化氢溶液，振荡后再测定溶液的pH。结论：

[合作学习] [知识整理] SO2的性质

一、SO2的酸性氧化物的通性：（填写有关化学方程式）⑴与水反应： ；

⑵与氧化钙反应： ； ⑶与石灰水反应： ； ⑷与少量氨水反应：。

二、SO2的氧化还原性：（填写有关化学方程式）

SO2主要以还原性为主，可还原卤素单质、强氧化性酸、某些氧化性强的金属阳离子。⑴与氧气发生催化氧化： ； ⑵与氯水反应： ；

⑶与过氧化氢溶液的反应： ；

类似亚硫酸及其盐在酸性条件下也具有较强的还原性（为什么？并举例说明）。SO2遇强还原剂才显示氧化性。

⑷与硫化氢反应：。

三、SO2的漂白性：

与 等有机色素会形成 而使之褪色，但 又会恢复颜色。

[自我检测]（课堂练习）

A、B两种气体都是污染大气的主要污染物，国家《环境保护法》严禁未经处理就把它们排放到空气中。A是一种单质，其水溶液具有杀菌消毒作用，B是形成酸雨的主要污染物。请写出下列变化的化学方程式：

⑴A用于工业上制取漂白精： ； ⑵B的水溶液露置在空气中酸性增强： ；⑶A、B都能分别使品红试液褪色，但两者水溶液混合后却不能使品红褪色且溶液酸性增强： ；

[课题研究]（课后可分组选做）

课题1：收集当地的雨水样品，测定其pH。如果是酸雨，分头了解产生的原因，向有关部门提出防治对策的建议。

课题2：最近有科学家提议：将报废的混凝土（即拆掉的旧建筑物的主要部分）抛入酸化的湖中，来治理酸雨污染的湖水。这一治理方案你认为是否可行？

9.探究二氧化碳的性质及用途教案 篇九

江苏省连云港市东海县安峰初级中学林玉玲

教学目标

知识目标

联系自然界的生命活动，认识二氧化碳的重要性；

通过课堂演示实验，了解二氧化碳的物理性质；

通过实验及实验分析，掌握二氧化碳的化学性质及用途。能力目标

学习通过实验认识物质性质的方法；

提高实验探究能力。

情感目标

培养学生从生活视角观察二氧化碳的存在及用途，再从社会视角分析其使用，体会化学与社会的关系；

联系生命活动，认识二氧化碳的重要性； 教学方法

探究式教学方法

【引入】近来地球上气温正在逐渐升高，什么原因使能地球气温如此变化呢？这就是二氧化碳在作怪。今天我们就来学习二氧化碳的性质。【展示】一瓶课前制取好的二氧化碳气体，观察颜色状态

演示：两只纸口袋保持平衡，向其中一直口袋中倒入二氧化碳气体，观察现象。

【讲解】二氧化碳是一种无色无味比空气重的气体，在标准状况下，密度是1.977克／升。比空气重。

【总结】二氧化碳的物理性质：无色无味气体，密度比空气大。

探究1：播放短片，请推测出二氧化碳有哪些化学性质？

内容：我国北方农村曾有一农民，一次到一个久未开启的菜窖里去干活，不久就窒息在窖里，其儿子下窖救父亲，也同样发生窒息。如何避免这样的悲剧的发生？（同学各抒己见，或带氧气箱进去，或用蜡烛做实验）什么方法最实用呢？动画演示：灯火实验。人们在进入久未开启的地窖或山洞时，可以通过一个灯火实验来检验洞中的二氧化碳的浓度。

【让学生通过动画内容，大胆猜测二氧化碳的性质，锻炼他们的思维能力和参与意识】

推测：二氧化碳不能燃烧，也不能支持燃烧。

实验验证：实验室提供以下实验用品，请同学们动手实验，去验证你们的假设。

实验用具：烧杯、高低不同的蜡烛、木条、火柴、装满CO2集气瓶、毛玻璃片。

学生交流实验过程、现象和结论：有不同的实验方案（1）燃着的木条、装满CO2集气瓶（2）放在高低不同阶梯的两支蜡烛的烧杯、装满CO2集气瓶、火柴、毛玻璃片

演示实验：(1)将燃着的木条伸入装满CO2集气瓶中（2）烧杯中有两支阶梯状燃着的蜡烛，沿烧杯壁慢慢向烧杯中倒入二氧化碳；（3）烧杯中有两支阶梯状燃着的蜡烛，把二氧化碳倒入燃着的蜡烛上。

【由三位同学做实验，同学们注意观察和分析，锻炼学生观察能力、动手能力、解决问题能力，培养学习化学的兴趣】

学生观察回答，造成上述后两个现象不同的原因：操作方法的不同引起的。（其中的一个现象：下层蜡烛先熄灭，然后上层蜡烛再熄灭。还能得出另一个结论呢？）

小结：二氧化碳不能燃烧，不能支持燃烧。

探究2：将二氧化碳通入滴有石蕊试液的试管中，试液变成什么色？ 是什么物质使石蕊变成红色呢？请同学们思考如何证实是这 种物质呢？（提示：石蕊是一种色素，遇酸变成红色）【小组讨论，提出实验方案：可能水？可能是CO2？可能是酸？各小组分头行动，通过实验来验证究竟是什么物质在起作用？各小组交流实验的方法、过程、现象和结论。取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的纸花。第一朵纸花喷上稀醋酸，第二朵纸花喷上水，第三朵纸花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中，第四朵纸花喷上水后，在放入盛满二氧化碳的集气瓶中，观察四朵纸花的颜色变化。

【讲解】二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变成红色。结论：二氧化碳的水溶液（碳酸）使石蕊变红，其水溶液显酸性

教师提议：用加热的方法检验碳酸的稳定性。

实验：把石蕊变色后的溶液用酒精灯加热。

结果：红色石蕊试液变回紫色。

【分析】：碳酸不稳定，很容易分解成二氧化碳和水。分析：喝汽水打嗝是什么道理？

（学生思考回答，让学生感到化学与生活息息相关）

小结：二氧化碳和水反应生成碳酸，但碳酸不稳定，很容易分解。

H2O+CO2=H2CO3 H2CO3 =H2O+CO2↑

探究3：当把装着澄清石灰水的瓶子敞口放在空气中时，会发现溶液面上有一层白膜，你知道这是什么原因吗？你能写出反应的化学方程式吗？

演示实验：向澄清石灰水中吹入CO2。【由一位同学演示】

向澄清石灰水中吹二氧化碳气体，观察现象

现象：澄清石灰水变浑浊。

电脑动画演示CO2与澄清石灰水反应的过程，分析其实质。

根据分析写出化学方程式：CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O

请学生回答石灰水的液面那一层白膜的成分。说明：这个反应常作为检验二氧化碳的方法。小结：二氧化碳使澄清石灰水变浑浊

【讲解】在一定条件下，二氧化碳气体会变成固体，固体二氧化碳叫“干冰”。干冰升华时，吸收大量的热，因此可作制冷剂。如果用飞机向云层中撒布干冰，由于干冰升华吸热，空气中的水蒸气迅速冷凝变成水滴，于是就开始下雨了。这就是干冰用于人工降雨的奥秘。

结合本节课的学习，请同学们仔细阅读课本P116页二氧化碳的相关用途，总结二氧化碳的用途。

【板书】 一、二氧化碳的物理性质：

二氧化碳是无色无味的气体，密度比空气大二、二氧化碳的化学性质：

1、二氧化碳不能燃烧，不能支持燃烧

2、二氧化碳和水反应生成碳酸，但碳酸不稳定，很容易分解

3、二氧化碳使澄清石灰水变浑浊 三、二氧化碳的用途

1、灭火

2、化工产品的原料

3、制冷剂

4、植物光合作用

10.二氧化硅与信息材料教案 篇十

一氧化碳的性质 南京市浦口外国语学校 朱清华

一、核心素养

通过对一氧化碳性质和用途的探究，进一步让学生体会物质的结构、性质、用途之间的关系。

二、学情分析

经过前面一段时间的学习，学生对学习化学知识充满兴趣，已具备一定的化学基础知识和学习方法，具有一定的实验操作能力和强烈的探索欲望，也感受到了化学实验所带来的乐趣和成就感。通过本次期中考试数据分析，本班化学均分位居全区前列，但仍有提升空间，然而在物质间的转化上存在较多问题，第20题推断题的得分率仅有50%，与初期目标80%差距甚远。本节课在学生了解二氧化碳性质、用途及对生活和环境的影响的基础上，通过对比的方式，学习一氧化碳的性质、用途及对生活和环境的影响，提高学生物质间的系统转化、前后知识比较的学习水平，提升学生归纳、比较、分析、概括能力。

三、教学目标

1.通过引导学生比较一氧化碳和二氧化碳的性质和用途，让学生体会物质的结构、性质、用途之间的关系。

2.通过演示一氧化碳气体燃烧、还原氧化铜实验，使学生体验探究、体验成功，培养学习化学的兴趣；初步掌握基本实验技能，形成规范的实验操作是保证安全和实验成功的必要因素之一的意识。

3.通过让学生描述实验现象，培养学生对实验现象的表述能力。4.通过一氧化碳使人中毒原理的介绍，培养学生的安全意识。

四、重点难点

教学重点：CO的可燃性、毒性、还原性。教学难点：CO还原氧化铜的实验注意事项。

五、课前准备

学生完成教师发布的课前预习任务，教师通过预习反馈，了解学生的薄弱点（详细任务请登录“优教-同步学习网”，浏览“名师预习”）。

/ 3

六、教学过程 1.导入：结构决定性质

（1）演示实验：①二氧化碳与空气密度比较；② 二氧化碳溶于水 学生总结二氧化碳的性质（2）展示装有一氧化碳的储气瓶 学生尝试描述一氧化碳的部分性质

（3）组织讨论：一氧化碳、二氧化碳都是碳的氧化物，为什么其性质上存在差异？

引导学生分别从元素组成、分子构成和碳元素化合价三个方面总结一氧化碳与二氧化碳的异同。

2.新知学习：CO的化学性质（1）CO的可燃性

演示实验：用酒精灯点燃CO，并在火焰上方面分别罩上干燥的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯，观察现象。

学生总结观察到的实验现象，分析产物，写出反应的化学方程式。

组织讨论：煤炉里煤层上方的蓝色火焰，就是一氧化碳在燃烧。CO是怎么产生的？煤炉中可能发生哪些化学反应？

引导学生写出煤炉中发生的化学反应的化学方程式，认识碳单质、一氧化碳与二氧化碳之间的转化关系。（2）CO的毒性 资料展示：煤气中毒

学生通过阅读PPT和导学案中的资料，总结CO的毒性。并理解CO导致人体中毒的机理。

组织讨论：煤气厂为什么在家用煤气（含一氧化碳）中掺入微量具有难闻气味的气体？如发生煤气泄漏应该怎么办？

引导学生总结应对煤气泄漏的措施，加强学生的生活常识。3.CO的还原性

实验演示：CO还原CuO实验，并注意讲解实验步骤。

学生观察并描述实验现象，分析产物，写出反应的化学方程式。并分析CO的还

/ 3 原性。

思考：（图片参考PPT）

①b处燃着的酒精灯的作用是什么？

②实验开始时，是先点燃a处酒精灯，还是先通入CO气体？为什么？ ③ 实验结束时，是先熄灭a处酒精灯，还是先停止通入CO气体？为什么？ ④ 如果将CO还原氧化铜的实验装置稍作改进（如图2所示），与图1相比，其有何优点？

引导学生思考并讨论上述问题，使学生认识规范的实验操作是保证安全和实验成功的必要因素之一的意识。应用：CO的还原性

引导学生写出CO在高温下还原氧化铁的化学方程式，了解CO在冶金工业上的应用。3.课堂小结

（1）总结碳、一氧化碳和二氧化碳三者之间的转换关系。（2）比较CO和CO2的性质与用途 4.课堂训练

（优教提示：打开优教配套习题，使用互动答题卡，更快更便捷的掌握学生的掌握情况）

11.高一化学二氧化硫教案2 篇十一

教学目标：

1、使学生了解二氧化硫的物理性质和用途。

2、使学生掌握二氧化硫的化学性质。

3、使学生了解二氧化硫对空气的污染和污染的防治，加强环保意识，做珍爱家园——地球的主人。

教学重点：二氧化硫的化学性质 教学难点：二氧化硫的漂白作用。

教学过程： 第二节 二氧化硫 一、二氧化硫的性质

1、物理性质：

实验探究1：将集满SO2的试管倒扣在水中，振荡，观察现象并分析。

探究现象：

发生原因： 【投影】：SO2：无色，有刺激性气味，有毒，易溶于水，密度大于空气。猜测：二氧化硫的化学性质 研 究 方 法：

（1）从物质分类的角度（2）从氧化还原的角度（3）从特性的角度

2、化学性质：

实验探究2：用玻璃棒沾取SO2水溶液于PH试纸测该溶液的PH值。实验现象：

实验结论：（1）SO2具有酸性氧化物通性——从物质分类的角度

①二氧化硫与水的反应 SO2+H2O H2SO3 ②请写出SO2与氧化钙、氢氧化钠、Ca(OH)2溶液反应的化学方程式。

（2）探究二氧化硫的氧化性、还原性 —— 从氧化还原角度 思考：

请同学们标出SO2中S元素的化合价，根据SO2中S元素的化合价推断它应具有怎样的化学性质？

① SO2的氧化性（弱）

SO2

+ H

2S =（从氧化还原的角度分析）

② SO2的还原性（强）

常用氧化剂：酸性高锰酸钾(KMnO4)溶液，氯化铁(FeCl3)溶液，双氧水（H2O2），溴水(Br2)，氧气(O2)，硝酸(HNO3)，浓硫酸(H2SO

4)等

实验探究3： SO2

使酸性高锰酸钾(KMnO4)溶液是否褪色？ 发生原因：

B、与溴水的反应：SO2 + Br2 + 2 H

2O = C、二氧化硫与氧气的反应

SO2+ O2 2 SO3

SO3+ H2O= H2 SO4（应用工业制硫酸）

【投影】三氧化硫：在标准状况下是一种无色固体，熔点：16.8℃，沸点（44.8℃）⑶漂白性——从特性的角度

实验探究4：[实验6-2] 探究现象：

发生原因： 【学生阅读】阅读课本116-P117页。

【学生讨论】SO2的漂白性从反应原理上和氯水漂白粉的漂白作用进行比较，有何不同之处？

SO2的用途：工业制硫酸、杀菌、防腐剂。二、二氧化硫的污染

SO2有利有弊，对于含SO2的废气，最好将SO2分离出来用于生产硫酸，变废为宝，化害为利。

本堂课小结：

1、SO2的性质和用途；

2、SO2的污染及防治。

反馈练习：

1、下列关于SO2的说法中错误的是（）

A.SO2是一种无色，有刺激性气味的有毒气体 B.SO2能使紫色的石蕊变红色 C.SO2只有还原性 D.SO2能与CaO反应生成CaSO3 2.下列物质做干燥剂可干燥SO2的是（）

A.生石灰(固体CaO)B.NaOH固体 C.碱石灰(固体CaO和NaOH的混合物)D.浓硫酸

3、下列可以用来鉴别SO2 和CO2 的方法是（）

A、通入紫色石蕊试液 B、闻气味

C、通入澄清石灰水 D、通入品红溶液中

4、下列气体中，能污染大气，但可以用碱溶液来吸收的是（）

A、CO B、Cl2 C、SO2 D、N2

5、SO2使滴有酚酞的NaOH溶液红色褪去，SO2体现 — — —性；使品红褪色，SO2体现 — —性；使溴水褪色，SO2体现 — — — —性； 使酸性KMnO4褪色，SO2体现 — — — —性。

6、现有某混合气体可能含有SO2和CO2，如何检验？排出依次通过的顺序，讲明实验现

象。（装置可重复使用）（）

品红

酸性高锰澄清石灰水