第三节　玻璃、陶瓷和水泥优秀教案板书设计

第三节

玻璃、陶瓷和水泥

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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

主要反应原理：NaCO＋SiO====NaSiO＋CO↑

CaCO＋SiO====CaSiO＋CO↑1.玻璃主要设备：玻璃窑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、彩色玻璃、钢化玻璃等高温232232生产原料：纯碱、石灰石和石英砂高温32323232

陶器手工制造大致步骤：混合、成型、干燥、烧结、2.陶瓷

冷却、陶器陶瓷的优点：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生产原料：黏土

普通水泥的原料：石灰石、黏土和适量石膏

议一议

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.水泥中加入石膏的目的是什么？

答案

调节水泥的硬化速度。

4.为什么碱性试剂如NaOH溶液、Na2CO3溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶存放？

答案

因为碱性试剂能与玻璃塞的主要成分SiO2反应，如2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3具有黏合性，将瓶塞和试剂瓶黏结在一起。

5.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

主要性能：传导光的能力特别强，抗干扰，

性能好，通信质量高，防窃听，质量小而细，1.光导纤维

耐腐蚀，铺设方便用途：制作光缆，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控和照明等方面

硬度大、耐磨损、密度小种类：氮化硅、氧化铝、碳化硅、2.高温结构陶瓷

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主要成分：SiO2

性能：耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、

议一议

正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”。

(1)硅酸盐材料属于新型无机非金属材料( × ) (2)光导纤维具有很强的导电性( × ) (3)高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料( √ ) (4)新型无机非金属材料包括半导体材料、光导纤维、氧化铝陶瓷等( √ ) (5)氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，也属于高温结构材料( √ ) (6)石英玻璃纤维即光导纤维简称光纤，光纤的成分是SiO2( √ )

1.形形色色的玻璃

例1

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________，用于制造化学仪器的是________，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 知识归纳

玻璃是用纯碱、石灰石和石英砂为原料，在玻璃熔炉中高温反应(Na2CO3＋SiO2====Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2====CaSiO3＋CO2↑)而成的，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，可以制造彩色玻璃，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。

＋高温高温(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。

变式训练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 答案

B 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。

2.水泥、陶瓷的性质与用途

例2

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

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 知识归纳

水泥是由石灰石、黏土和一些辅助原料按一定比例混合，在水泥回转窑中煅烧成熟料后，再加入石膏磨细后制成的。水泥吸水后，很容易硬化，所以水泥的储存与运输应注意防潮。陶瓷产品具有抗氧化性，耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等特点，主要用于餐具、砖瓦、化学仪器、电绝缘器、工艺品等方面。

变式训练2

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

C.抗氧化

B.耐酸碱

D.耐高温

(2)实验实中最常用的坩埚是________，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

C.食醋

B.酱油

D.酒

(4)工业上制备陶瓷的主要原料是________，我国陶都________的陶器和瓷都________的瓷器在世界上享有盛名。

答案

(1)A

(2)瓷坩埚

铁

(3)C

(4)黏土

宜兴

景德镇

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。

(2)实验室中最常用的坩埚是瓷坩埚，但加热时，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。

(4)工业制陶瓷的主要原料是黏土。

3.多种用途的新型无机非金属材料

例3

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

本题考查氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等新型无机非金属材料的知识。氧化铝陶瓷属于高温烧结陶瓷，它具有高熔点、高硬度等特性，可制成透明陶瓷，但不能作半导体材料；氮化硅陶瓷具有超硬度、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，可用作陶瓷发动机材料。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。

答案

D 知识归纳

(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

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、不怕氧化、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。

变式训练3

高温结构陶瓷和金属材料相比，优点是(

) A.耐高温耐腐蚀，不怕氧化

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

答案

A

1.下列关于玻璃的叙述不正确的是(

) A.制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英

B.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

C.玻璃是12种成分熔化在一起形成的晶体

D.玻璃是硅酸盐，没有固定的熔点

答案

C 解析

玻璃不是晶体，而是一种特殊的玻璃态物质，没有固定的熔点。玻璃是以石英、纯碱和石灰石为原料，经过一系列复杂的物理变化和化学变化而形成的以硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅为主要成分的产物。

2.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

C.实验室中的试管

答案

C 解析

实验室中的试管为玻璃制品，其余选项均为陶瓷制品。

3.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

答案

B 解析

氧化铝陶瓷的熔点高，可作耐高温设备。

4.目前已有多个国家的大型汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。这种陶瓷柴油发动机部件的受热面是由一种耐高温且不易传热的材料制造的，这种材料是新型无机非金属材料中的(

) A.氧化铝陶瓷

C.光导纤维

答案

B 解析

本题考查新型无机非金属材料——氮化硅陶瓷的特性。氮化硅陶瓷属于高温烧结陶瓷，耐高温且不易传热、抗冷热冲击而不破裂。

5.实验室储存固体试剂可以放在广口瓶中，液体试剂放在细口瓶中，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的玻璃试剂瓶中。以下物质必须储存在具有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是(

) B.氮化硅陶瓷

D.玻璃钢

B.实验室中的坩埚

D.建筑上烧制的砖瓦

①KOH溶液

②Na2CO3溶液

③盐酸

④氢氟酸

⑤澄清石灰水

⑥硝酸

⑦NaOH溶液

A.①②⑤

C.①②④⑤⑦

答案

D 解析

玻璃中有SiO2，能与碱性溶液反应生成Na2SiO3。故盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。氢氟酸能腐蚀玻璃，不能盛放在玻璃瓶中。

6.氮化铝(AlN)具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。在一定条件下，氮化铝可通过如下反应合成：

Al2O3＋N2＋3C====2AlN＋3CO，下列叙述不正确的是(

) A.在氮化铝的合成反应中，N2是还原剂，Al2O3是氧化剂

B.上述反应中每生成2 mol AlN，N2得到6 mol电子

C.氮化铝中氮元素的化合价为－3 D.氮化铝晶体在生产过程中要避免氧气的进入

答案

A 解析

在氮化铝生产中N2是氧化剂，C是还原剂，生成2 mol AlN时，转移6 mol电子。AlN中金属Al为＋3价，N为－3价。AlN生产中应隔绝空气。

高温B.①②④⑤

D.①②⑤⑦