第三节　玻璃、陶瓷和水泥教学设计(第二课时)

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第三节幻灯片2

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玻璃、陶瓷和水泥

激趣诱思

中国誉称瓷国的来历

陶瓷是中华民族一项伟大的创造,具有悠久而辉煌的历史。原始陶器大约是1万年前出现在中国。“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的时代标志,秦兵马俑的制造展示了当时的制陶规模和艺术水平。瓷器在东汉晚期发明,到宋朝形成了举世闻名的“柴”“汝”“哥”“钧”“定”“官”几大名窑,其制品工艺之精湛达到“青如天”“薄如纸”“声如罄”的水平。相传第一批瓷器抵达欧洲时,欧洲人面对这玲珑剔透的瓷器爱不释手,赞不绝口。一时不知如何称呼它,这样的好东西来自中国,干脆就叫它“中国”吧!“瓷国”美誉从此而得。你知道陶瓷的主要成分是什么吗?

提示:硅酸盐

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预习导引

一、玻璃

1.玻璃的生产

2.玻璃的主要性能

玻璃不是晶体,称作玻璃态物质,没有固定的熔点,在一定温度范围内逐渐软化。

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预习交流1

玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品? 幻灯片6

提示:因为玻璃不属于晶体,为玻璃态物质,没有固加热时可在一定温度范围内软化。由于加热到一定温以可以被人工吹制成形状不同的制品,如烧瓶、长颈漏

3.几种特殊玻璃

(1)硼玻璃:加入B2O3,能提高玻璃的化学稳定性和膨胀系数,从而使其更耐高温和抗化学腐蚀,可作高级化器。

(2)光学玻璃:加入PbO后制得的光学玻璃折光率高造眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等。

(3)彩色玻璃:加入某些金属氧化物的玻璃,加Co2OCu2O呈红色,加FeO呈淡绿色。普通玻璃一般呈淡绿料中混有二价铁的缘故。

(4)钢化玻璃:普通玻璃加热软化,再急速冷却得到。预习交流2

钢化玻璃与普通玻璃成分有何不同?为什么钢化玻造汽车或火车的车窗呢?

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提示:二者成分完全相同。钢化玻璃的机械强度比4~6倍,抗震裂、不易破碎;一旦破碎,碎块没有尖锐的棱人,因此常用来制造汽车或火车的车窗等。

二、陶瓷

1.生产原料

制陶瓷器的主要原料是黏土,它的主要成分可表示Al2O3·2SiO2·2H2O。

2.传统生产过程

(混合)→(成型)→(干燥)→(烧结)→(冷却) 3.主要性能

陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、多优点。

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预习交流2

(1)陶与瓷有什么异同?

提示:共同点:都是硅酸盐产品; 不同点:陶与瓷的强度、颜色、厚度、透水性、质有区别。

(2)为什么陶瓷烧制前在坯体上涂彩釉? 幻灯片9

提示:一般烧制的陶瓷制品,表面比较粗糙,而且有透性。日常生活中我们见到的许多陶瓷制品,表面光滑且色彩丰富,非常漂亮。这是由于烧制前在坯体上涂了故。

三、水泥

1.生产原料

主要原料:石灰石和黏土;辅助原料:石膏,其作用是硬化速度。

2.主要设备

生产水泥的主要设备是水泥回转窑。

3.生产过程

石灰石黏土

生料熟料辅助原料的硅酸盐水泥。

4.主要成分

硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝(3CaO·Al2O3)。

5.性质

水泥具有水硬性。

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6.用途

(1)水泥砂浆:水泥、沙子和水的混合物。

(2)混凝土:水泥、沙子和碎石的混合物。

预习交流4

水泥的主要成分是不是氧化物?水泥在储存和运输么?

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提示:水泥的主要成分常用氧化物的形式表示,但水分是硅酸盐、铝酸盐,而不是氧化物。水泥吸水能力强过程中要注意防水、防潮。

四、玻璃和陶瓷的新发展

1.光导纤维

(1)成分:SiO2(石英玻璃)。

(2)用途:制造光缆。

2.新型陶瓷

(1)新型陶瓷的种类。

如超硬陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、超导陶(2)用途。

高温结构陶瓷可制造发动机,新型陶瓷可用于航空

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一、

传统硅酸盐工业产品的比较

知识精要

硅酸盐

工业

普通水泥

普通玻璃

纯碱、石灰石、石英

原料生产阶段

和主要化

学方程式

原料生料化熟料

成品

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石灰石、黏

主要原料

土、石膏

按比例混合成型

熔Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑

硅酸盐

工业

普通水泥

普通玻璃

硅酸三钙(3CaO·SiO2)、

主要成分

硅酸二钙及种类

(2CaO·SiO2)、

铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃有水硬性:与水掺和搅玻璃态物质无固定主要性能

拌后凝固变硬、水中熔点,在一定温度也能硬化

范围内软化

典型设备

水泥回转窑

玻璃熔炉

高温条件下发生复杂的物理变化、化学变共同特点

为复杂的硅酸盐

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典题例解

【例1】

玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃见。

(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃,制造普通玻璃的是

、

、

,粉碎后放入玻璃窑发生反应生成玻璃,普通玻璃的成分是

、

、

。

(2)某玻璃中含Na2O、CaO、SiO2的质量之比为此玻璃的组成为

(填选项)。

A.Na2O·CaO·6H2SiO3

B.Na2O·CaO·6SiO2

C.2Na2O·2CaO·9SiO2

D.6Na2O·6CaO·SiO2

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(3)我们看到的普通玻璃,一般都呈淡绿色,这是因为Fe2+的原因。在制玻璃的原料中,再加入下列物质后,可同用途的玻璃。

A.氧化亚铜(Cu2O) B.氧化钴(Co2O3) C.氧化铅(PbO) D.硼砂(Na2B4O7·10H2O) ①制造化学仪器的玻璃需加入的物质是(

) ②制造光学仪器的玻璃需加入的物质是(

) ③制造蓝色玻璃需加入的物质是(

) ④制造红色玻璃需加入的物质是(

)

解析:(1)生产普通玻璃的反应的化学方程式:Na2CNa2SiO3+CO2↑和CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。

3162(2)n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)=∶2856∶18060=1∶1∶(3)硼砂玻璃能耐酸碱腐蚀;光学玻璃常加PbO;Cu色;Co2O3为蓝色。

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答案:(1)Na2CO3

CaCO3

SiO2

CaSiO3

Na2SiO(2)B

(3)D

C

B

A 幻灯片18

迁移应用

1.根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过酸盐工业的一般特点是(

) ①原料一定有含硅元素的物质

②生成物是硅酸条件是高温

④发生复杂的物理、化学变化

A.①②

B.①②③

C.①③④

D.①②③④

解析:硅酸盐工业的主要特点:生产原料有含有硅元产品属于硅酸盐;使物质发生变化的条件是高温;物质变既有物理变化,又有多种复杂的化学变化。

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2.下列说法错误的是(

) A.秦兵马俑属于陶制品

B.当水泥、沙子与水调成水泥砂浆时,水泥砂浆对作用,这是因为水泥砂浆呈较强的碱性

C.为了调节水泥的硬化速度,制造水泥时需要加入D.水泥、玻璃、陶瓷都是离子化合物,具有较高的

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3.(1)制备陶瓷和水泥共同的原料是(

) A.石灰石

B.黏土

C.石英

D.石膏

(2)对硅酸盐水泥的叙述不正确的是(

) A.是硅酸盐、铝酸盐、石膏等物质的混合物

B.水泥砂浆又称混凝土

C.具有水硬性,在空气和水中都能硬化,硬化是化学D.水泥的热膨胀系数几乎跟钢铁一样

解析:(1)制备陶瓷的主要原料是黏土。制备水泥的石、黏土和其他辅助原料,所以共同的原料是黏土。(2成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙,可看作硅酸盐混合物;石膏则是为了调节水泥凝结时间而加的一种辅(水、水泥、沙子的混合物)在建筑上作黏合剂,混凝土子和碎石按一定比例的混合物硬化后的产物,直接用于屋等建筑;水泥硬化的过程中石膏与水泥中的硅酸三钙起反应,生成凝胶状物质,属于化学变化;因为水泥的热跟钢铁一样,所以,水泥才与钢筋一起用于构筑混凝土结高楼大厦和桥梁等高强度建筑,答案为B。

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答案:(1)B

(2)B 幻灯片23

二、

新型无机非金属材料

知识精要

1.新型无机非金属材料的特性

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2.高温结构陶瓷的种类及特性

(1)高温结构陶瓷的优点。

能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、度小等。

(2)高温结构陶瓷的种类。

3.光导纤维

光信息的优良传输材料。

典题例解

【例2】

下列可用作人造关节且利用的性质正确A.氮化硅陶瓷

耐高温

B.氧化锆陶瓷

韧性和耐磨性

C.钛酸钡陶瓷

导电性

D.氧化铝陶瓷

透光性

解析:能用作人造关节的一定是生物陶瓷,人造关节高温性能,更无需具有导电性、透光性,因此选B。

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答案:B

迁移应用

有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法,正确的是

(A.高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点,但是硬度金属材料

B.氮化硅陶瓷是一种重要的新型陶瓷材料,具有超任何无机酸反应

C.光导纤维是一种能高质量传导光的有机纤维

D.光导纤维的抗干扰性能好,不发生电辐射,通讯质听

解析:高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点,本身还点,如耐高温、硬度大、不怕氧化等,所以A项错误;氮重要的新型陶瓷材料,有许多优点,如耐腐蚀性较强,但酸反应,所以B项错误;光导纤维是一种能高质量传导光维,且抗干扰能力好,不发生电辐射,能防窃听,但不是有错误,D项正确。

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硅酸盐组成的表示方法

案例探究

三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过该物质不溶于水,服用后能中和胃酸,作用持久。三硅酸学式为Mg2Si3O8·nH2O。

(1)用氧化物形式表示三硅酸镁的化学式。

(2)写出该药物中和胃酸的化学方程式。

审题:本题如果直接写三硅酸镁与盐酸反应的化学无从下手,但从硅酸盐的氧化物形式可看出是哪种氧化生了反应。

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解析:用氧化物形式表示硅酸盐的时候,应注意其书活泼金属氧化物·较不活泼金属氧化物·二氧化硅·水。化物形式分析,碱性氧化物(MgO)能与盐酸反应,而SiO反应可当成杂质,最后写出正确的化学方程式。

答案:(1)2MgO·3SiO2·nH2O (2)2MgO·3SiO2·nH2O+4HCl幻灯片28

2MgCl2+(n+2)H2

思悟升华

硅酸盐组成的改写规则。

硅酸盐由于组成比较复杂,通常写成氧化物的形式为:a较活泼金属氧化物·b较不活泼金属氧化物·xSiO2a、b、x、y为化学计量数,书写时要保证各元素原子个来的组成,若出现分数应化为整数。其具体步骤可用下

1.汉代器物上的颜料“汉紫”历经千年却光彩依旧。20科学家进行超导材料的研究时,发现其成分为紫色的硅式:BaCuSi2Ox,Cu为+2价),下列有关“汉紫”的说法中不(

) A.用盐的形式表示为BaSiO3·CuSiO3

B.用氧化物的形式表示为BaO·CuO·2SiO2

C.易溶于强酸和强碱

D.性质稳定,不易褪色

解析:根据化合价代数和为零可知,硅酸铜钡中x=6,即硅学式为BaCuSi2O6,A、B项均正确;“汉紫”长久存在说定,C项错误,D项正确。

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答案:C

幻灯片30 3.钢化玻璃的用途之一是制造汽车车窗,合成钢化玻璃的主要原料是(

) A.石灰石、纯碱、黏土、硼砂

B.纯碱、石灰石、石英

C.碳酸钾、石灰石、石英

D.水玻璃、石灰石、石英、氧化铅

解析:普通玻璃在电炉里熔化急剧冷却即得钢化玻璃,故钢化玻璃成分与普通玻璃相同。

答案:B 幻灯片31 4.有关材料用途的说法中不正确的是(

) A.氧化铝陶瓷可用作高压钠灯的灯管

B.氮化硅陶瓷可用作陶瓷发动机的材料

C.光导纤维可用作遥测遥控、照明等

D.氧化铝陶瓷可用作半导体材料

解析:氧化铝陶瓷属高温结构陶瓷,它具有高熔点、高硬度等特性,可制成透明陶瓷,但不能作为半导体材料,A项正确,D项不正确;氮化硅陶瓷具有超强硬度、耐磨损、抗冷热冲击而不破裂、耐高温、不易传热、抗腐蚀、高温时也抗氧化等特性,可用作发动机材料,B项正确;光导纤维传导光的能力非常强,可用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等,C项正确。

答案:D 幻灯片32

答案:C

5.下列有关材料的特性及用途叙述不正确的是 (

) A.氧化铝陶瓷具有两性,可用来制造人造牙齿

B.氮化硅陶瓷耐高温且不易传热,可用来制造柴油机

C.光导纤维传导光的性能很强,是非常好的通信材料

D.人造刚玉硬度高,可用于制造刚玉球磨机

解析:根据不同材料的特性及相应用途来判断。氧化铝无毒,不溶于水,强度高,耐磨损、耐酸碱腐蚀,对人体组好,所以可用来制人造牙齿,但不具有两性。

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答案:A

6.飞船冲破大气层摆脱地球吸引力,高速运行时会与大普通金属材料如钛合金、铝合金摩擦一段时间就会燃在飞船的表面涂一层吸热快、能自动脱落的复合陶瓷复合陶瓷描述正确的是(

)

A.这种复合陶瓷是传统的硅酸盐产品

B.这种复合陶瓷具有耐高温特性、光学特性、生物特C.这种陶瓷虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但D.这种复合陶瓷具有耐高温、隔热、耐摩擦、硬度大

解析:从题干信息知,飞船与大气摩擦产生大量的热,故耐高温、隔热、硬度大等特点,属于新型无机非金属材的硅酸盐产品。

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答案:D 幻灯片35

7.有三种透明、不溶于水的坚硬固体。A固体在氧气中得到一种无色气体,此气体能使澄清的石灰水变浑浊,标得此气体密度为氧气密度的1.375倍。B固体可溶于热液,再往该溶液中加入过量酸时,析出白色胶状沉淀,此为不溶于水的白色粉末,它是一种比碳酸还弱的酸,将纯碱按比例混合加热后得到C。C在高温时软化,无固(1)A为

,有关反应的化学方程式:

。

(2)B为

,有关反应的化学方程式:

(3)C为

,有关反应的化学方程式:

。幻灯片36

解析:本题的要点是在玻璃的推断,因为玻璃在推断中很是从制取原料和性质特点进行分析,制取玻璃的原料为酸钙和二氧化硅。普通玻璃的组成为Na2SiO3·CaSiO3化物形式表示为Na2O·CaO·6SiO2。玻璃不属于晶体,在化,熔点较低,但无固定的熔点。

解答本题应从A的燃烧产物入手,该气体的相对分M=32×1.375=44。该气体无色而且能使澄清的石灰水确定该气体为二氧化碳,因为A为透明不溶于水、坚硬推断A为金刚石。

B同样为透明不溶于水的坚硬固体,但可溶于热的所得溶液中加入过量酸时可析出白色固体,最终得到一弱的酸,B固体为石英。

C物质由石灰石、纯碱和B物质(石英)混合加热在高温时软化,无固定熔点,这是玻璃的性质特点,故C答案:(1)金刚石

C+O2CO2

(2)石英

SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O; Na2SiO3+2HCl+H2O2NaCl+H4SiO4↓; H4SiO4H2SiO3+H2O (3)玻璃

CaCO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

CaSiO3+CO2↑;Na2CO3+SiO

解析:瓷器和陶器相比,制造时所用的原料中所含杂质较用的温度更高,具有坯体细腻、强度较高、结构致密、优点,制造工序更复杂。

2.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B.陶器使用的黏土中含有的杂质比瓷器使用的原料中少

C.瓷器和陶器相比,具有坯体细腻、强度较高、结构致低的优点

D.一般说来,瓷器比陶器的制造工序简单

答案:D 答案:D 解析:水泥的成分为硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三触发生水解反应使水泥砂浆呈较强碱性,对皮肤有腐蚀盐产品均为混合物,没有固定的熔沸点。

答案:D