第三节　玻璃、陶瓷和水泥PPT专用教学设计内容

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第三节

玻璃、陶瓷和水泥导学案

[学习目标] 1.知道玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料及用途。

2.了解光导纤维和高温结构陶瓷等新型材料的性能与用途。

一、三大传统硅酸盐产品

高温CaSiO＋CO↑主要反应原理：CaCO＋SiO=====NaCO＋SiO=====高温NaSiO＋CO↑主要设备：玻璃窑1．玻璃

成分：CaSiO、NaSiO、SiO特点：硬度大、质脆、耐腐蚀，无固定熔点，属于玻璃态物质特种玻璃：光学玻璃、有色玻璃、钢化玻璃等32322322323232生产原料：纯碱、石灰石和石英砂2．陶瓷生产原料：黏土

陶器手工制造大致步骤：混合、成型、干燥、烧结、冷却陶瓷的优点：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等生产设备：水泥回转窑普通水泥的主要成分：硅酸二钙（2CaO·SiO），硅酸三钙（3CaO·SiO）和铝酸三钙（3CaO·AlO）3．水泥

水泥的主要性质：水硬性用途：水泥砂浆和混凝土水泥的质量指标：我国的三个强度等级（42.5、52.5和62.5）表示水泥的性能，等级越高，性能越好2223普通水泥的原料：石灰石、黏土和适量石膏

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【思考·讨论】

1．钢化玻璃和普通玻璃成分有何不同？

答案

二者成分完全相同。

2．陶与瓷有什么异同？

答案

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、质地等方面有区别。

3．水泥在储存和运输过程中应注意什么？

答案

由于水泥具有很强的吸水能力，能吸收空气中的水分并与之发生化学反应，故储存和运输过程中要注意防水、防潮。

二、玻璃和陶瓷的新发展

2．高温结构陶瓷性能：耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小

种类：氮化硅、氧化铝、碳化硅、二氧化锆（ZrO）等用途：高温结构陶瓷可制造发动机，新型陶瓷可用于航空航天2【思考·讨论】

光纤的工作原理是什么？

答案

光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成的。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%，根据光的折射和全反射原理，当光线射到

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内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。这时光线在界面经过无数次全反射，以锯齿状路线在内芯向前传播，最后传至纤维的另一端。

一、形形色色的玻璃

玻璃是用纯碱、石灰石和石英为原料，在玻璃熔炉中高温反应(Na2CO3高温NaSiO＋CO↑，CaCO＋SiO=====高温CaSiO＋CO↑)而成的，＋SiO2=====2323232故普通玻璃的成分为SiO2与CaSiO3、Na2SiO3。在玻璃生产中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可以制得不同性能和用途的玻璃，如光学玻璃、有色玻璃、钢化玻璃等。

(1)提高SiO2的含量或加入B2O3能提高玻璃的化学稳定性和降低它的热膨胀系数，从而使其更耐高温和抗化学腐蚀，可用于制造高级的化学反应容器。

(2)加入PbO后制得的光学玻璃折光率高，常用于制造眼镜片，照相机、望远镜和显微镜的透镜等。

(3)加入某些金属氧化物，可以制造有色玻璃，如加入氧化钴(Co2O3)呈蓝色，加入Cu2O呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，是因为原料中混有Fe2＋。

(4)把普通玻璃在高温下熔化，然后用冷风急吹，迅速冷却可得钢化玻璃。

【例1】

下列关于玻璃的叙述中，正确的是(

) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料

B．红色玻璃中含有氧化钴

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C．钢化玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英

D．无色玻璃是纯净物

解析

陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，A错；红色玻璃中含有氧化亚铜，含有氧化钴的玻璃呈蓝色，B错；钢化玻璃的原料与普通玻璃相同，C对；玻璃是混合物，D错。

答案

C 变式1 下列有关玻璃的说法中不正确的是(

) A．普通玻璃的组成可表示为Na2O·CaO·6SiO2

B．氢氟酸能雕刻玻璃是因为它的酸性非常强

C．钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4～6倍

D．石英玻璃的膨胀系数相当于普通玻璃的1/18 解析

氢氟酸是弱酸，但其能与SiO2反应，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，常用其来雕刻玻璃。

答案

B 二、性能独特的新型无机非金属材料

(1)新型无机非金属材料的特性

①能承受高温，强度高

例如，氮化硅陶瓷在1 300℃左右的高温下，仍具有很高的强度。

②具有电学特性

一些新型无机非金属材料可以作绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体等。

③具有光学特性

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有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。

④具有生物功能

有些新型无机非金属材料可制成人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。

(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、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。

②高温结构陶瓷的种类

氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。

氮化硅陶瓷：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力强等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。

碳化硅陶瓷：具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。

【例2】

精细陶瓷(又称为特种陶瓷)在现代科技中应用前景很广。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，将它和电子元件及仪表组成“电子鼻”，也被称为“人工神鼻”。冰箱泄漏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(

)

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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，所以大大地突破了人的嗅觉极限；它的原理是其比表面积极大，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、有毒气体；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 变式2 高温结构陶瓷和金属材料相比，优点是(

) A．耐高温耐腐蚀，抗氧化

B．密度大，硬度大

C．韧性好，易于切削、锻打、拉伸

D．良好的传热导电性

解析

高温结构陶瓷具有高熔点、抗腐蚀、抗氧化、结构稳定、密度小、硬度大等优良性能；韧性好，易于切削、锻打、拉伸和良好的传热导电性是金属的优良性能。

答案

A

1．材料是人类赖以生存的物质基础。制造水泥、玻璃都要用到的原料是(

)

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A．石灰石 C．黏土 B．纯碱

D．石膏

解析

生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英，生产水泥以黏土和石灰石为主要原料，共同原料为石灰石。

答案

A 2．下列与普通玻璃的组成成分相同的物质是(

) A．石英玻璃 C．钢化玻璃 B．水玻璃

D．有机玻璃

解析

石英玻璃的主要成分是二氧化硅，和普通玻璃的成分不同，A错误；水玻璃是硅酸钠的水溶液，所以与玻璃的成分不同，B错误；钢化玻璃的成分其实与普通玻璃相同，但机械强度为普通玻璃的4～6倍，C正确；有机玻璃的成分是有机高分子化合物(聚甲基丙烯酸甲酯)，所以有机玻璃和普通玻璃的成分不同，故D错误。

答案

C 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．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，其余选项均为陶瓷制品。

答案

C 4．下列说法中正确的是(

) A．生产水泥时，在熟料中加入适量的石膏可以调节水泥的硬化速度

B．水泥在水中能硬化，但在空气中不会硬化

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C．水泥和水搅拌后生成不同的水合物，要吸收一定的热量

D．水泥是一种化合物

解析

水泥在空气中也会逐渐硬化，因空气中也有水蒸气，B错；水泥和水搅拌后生成的并非水合物，C错；水泥是混合物，D错。

答案

A 5．有关材料的用途不正确的是(

) A．高温结构陶瓷可以制作耐酸设备

B．氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备

C．氮化硅陶瓷可以制造轴承

D．光导纤维可用于传能、传像、照明等

解析

氧化铝陶瓷的熔点高，可作耐高温设备。

答案

B 6．根据不同玻璃的特性和用途填空。

a．普通玻璃(钠玻璃) b．石英玻璃

c．光学玻璃(铅玻璃) d．钢化玻璃(玻璃钢) 可用于制造门窗、镜子的是________，用于汽车或火车窗玻璃的是________，用于制造高级的化学反应容器的是________，用于制造光学仪器的是________。

解析

钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大，抗震裂、不易破碎，碎块没有尖锐的棱角，不易伤人，常用于制造汽车或火车的车窗等；提高

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SiO2的含量或加入B2O3能提高玻璃的化学稳定性和降低它的热膨胀系数，从而使其更耐高温和抗化学腐蚀，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，可用来制造光学仪器。

答案

a d b c 7．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它熔点高、硬度大、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃反应制得。

(1)根据性质，推测氮化硅的用途是(

) A．制汽轮机叶片 C．制永久模具 B．制有色玻璃

D．制造柴油机

(2)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___________________________________________。

(3)四氯化硅和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

氮化硅化学式应据氮的非金属性强于硅来判断化合价氮显－3价，硅是＋4价，化学式Si3N4，然后根据质量守恒定律写化学方程式。

答案

(1)ACD (2)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑

高温SiN＋12HCl (3)3SiCl4＋2N2＋6H2=====34