第三节　玻璃、陶瓷和水泥教学设计方案

第三节 玻璃、陶瓷和水泥(课时疑难探究) ◇重难点突破

重点1

玻璃

玻璃属于玻璃态物质，普通玻璃是无定型硅酸盐。

1、生产玻璃的主要原料

玻璃的种类很多，生产普通玻璃的主要原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石(Ca2CO3)和石英(SiO2)。

特别提醒：

★生产玻璃还要用煤和空气作原料。煤在空气中燃烧放热，为生产玻璃提供热量。

★生成石英玻璃的主要成分仅是石英(SiO2)。

★生产其它玻璃还要用到氧化钴、氧化亚铜、硼砂等辅助原理，生产钾玻璃要用碳酸钾代替纯碱。

2、生产玻璃的主要设备：玻璃熔炉

3、生产玻璃的生产过程：将原料按照一定比例粉碎后，放入玻璃熔炉中加强热，原料熔化后发生复杂的物理、化学变化。最后成型冷却。

4、生产玻璃的反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应是：

Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2↑

5、玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2(Na2O•Ca2O•6SiO2)。6、玻璃的主要性质

(1)物理性质：玻璃通常为表面光滑、致密、硬而脆的固体。玻璃没有一定的熔点，而是某个范围内逐渐软化，在高温时逐渐软化甚至变为液体，在软化状态时，可以被吹制成任何形状的制品。高温熔融的液态玻璃能抽成丝。玻璃不导电，导热性能差。

(2)化学性质：玻璃具有相对强的化学稳定性，强氧化剂、强酸、溶剂均不能与玻璃发生反应或物理溶解。在常温下玻璃易被氢氟酸腐蚀：4HF+SiO2=Na2SiO3+H2O；磨砂玻璃或玻璃粉末在常温下也较易被强碱腐蚀：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

特别提醒：

★玻璃不是晶体，而是混合物；

★有机玻璃、水玻璃都不是玻璃。

★不能用玻璃塞的试剂瓶盛放强碱性试剂，因玻璃的主要成分有SiO2，当遇到强碱(如NaOH)时，生成Na2SiO3，使试剂瓶和瓶塞粘在一起，时间长了难打开。

★氢氟酸不能用玻璃试剂瓶装。

【例题1】普通玻璃是（ ）

A．是一种晶体，很坚硬

B．一种纯净的化合物，因而透明

C．一种玻璃态物质，无固定的熔点

D．用石英、纯碱、石灰石熔合在一起的化合物

【解析】玻璃式以石英、纯碱、石灰石为原料而制成的产品。它是一种玻璃态物质，无固定的熔点。

【答案】C 指点迷津：了解制取玻璃的生产原料和玻璃的主要成分。

【配对练习1】下列与玻璃有关的说法中,正确的是

A、玻璃是几种成分熔化形成的晶体

B、普通玻璃的主要原料是石英、纯碱、石灰石

C、玻璃市硅酸盐材料，有固定的熔点

D、普通玻璃的成分只有二氧化硅

重点2

陶瓷

陶瓷是人类第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物理方法和化学反应制造出来的一种有用的人造材料。

1、制造陶瓷的主要原料：黏土；

2、手工制造陶瓷器的过程：混合—成型—干燥—烧结—冷却—陶器；

3、反应原理：复杂的物理、化学变化

4、陶瓷的性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型。

5、陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶器、瓷器、炻器（介于陶器和瓷器之间的一种陶瓷制品。产品如砂锅、水缸和耐酸陶瓷等。）等。

6、主要用途：餐具、砖瓦、电绝缘瓷器、化学仪器、工艺品等。

【例题2】陶瓷已广泛应用于生活和生产中，下列不属陶瓷制品的是

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】试管式由玻璃制作的。

【答案】C 指点迷津：了解化学实验仪器以及陶瓷的应用。

【配对练习2】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，但在制取下列物质不需要石灰石的是

A、玻璃

B、陶瓷

C、生石灰

D、漂白粉

重点3

水泥

石灰石、黏土等原料在水泥回转窑中高温煅烧后粉碎研磨而成的硅酸盐材料。

1、主要原料：粘土和石灰石；辅助原料：石膏—作用是调节水泥硬化速度

2、主要设备：水泥回转窑

3、生产过程：生料研磨，高温煅烧得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸盐水泥 4、反应原理：复杂的物理、化学变化

5、主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO2)、硅酸二钙(2CaO•SiO2)、铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等。6、主要性能：水硬性。

7、主要用途：建筑、修路。如：水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土。

8、主要性质：①水硬性：细粉状水泥与水掺合、静置后容易凝固变硬。此变化称为水泥的硬化；②吸水性：水泥的吸水能力很强，能吸收空气中的水分并与之发生化学反应。因此，水泥不能长期存放，即使短期存放也要注意防潮；③易被腐蚀：因其主要成分是硅酸盐、铝酸盐，也含有少量的碳酸盐，则水泥、水泥制品均易被酸腐蚀。

【例题3】根据水泥,玻璃,陶瓷的生产过程,总结出硅酸盐工业的一般特点是() ①原料中一定有含硅元素的物质

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变化.

A ①和③

B ①②③

C ①③④

D ①②③④

【解析】由制取水泥,玻璃,陶瓷，总结出共同点生成物均是硅酸盐，且在高温下均发生了复杂的物理、化学变化。

【答案】D 指点迷津：了解水泥、玻璃、陶瓷的生产工艺，对知识点进行归纳、总结，提高学习效率。

【配对练习3】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、水泥沙浆又称混凝土

C、具有水硬性，在空气或水中都能硬化，硬化是化学变化过程。

D、水泥的热膨胀系数几乎跟钢铁一样

重点4

玻璃和陶瓷的新发展

1．光导纤维

(1)光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。

(2)导光原理是利用光纤材料具有较大的折射率可在其中传导而很少损耗的性质。

(3)光导纤维的特点：传导光的能力非常强，信息量大，抗干扰性能好。不发生电辐射，防窃听，不怕腐蚀，铺设方便等。

(4)用途；光纤广泛用于通讯业、医疗，信息处理、传能传像、遥控、照明等。

光纤光缆与普通电缆的比较

光纤光缆

信息量大,每根光纤理论上可同时通过10亿路电话

原料来源广(石英玻璃),节约有色金属

质量小,每公里27g,不怕腐蚀,铺设方便

成本低,每公里1万元左右

性能好,抗电磁干扰保密性强,能防窃听,不发生电辐射

2.高温结构陶瓷

(1)结构材料：是指利用强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料，如金属单质及合金等。

(2)高温结构陶瓷的性能：高温结构陶瓷既具有传统意义上的陶瓷的优点，又弥补了金属材料的缺点，其特点是；能经受高温，耐氧化耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。

(3)高温结构陶瓷的种类

资源较少

每公里1.6 t 每公里20万元

普通电缆

8管同轴电缆每条通话1800路

①氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。

②氮化硅陶瓷Ⅰ：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。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。

Ⅱ：Si3N4制造方法

a.工业上多通过高纯度硅与纯氮气在1300℃条件下制得。

0

3Si+2N21300CSi3N4 b.SiO2在氮气中用碳还原氮化。

0

3SiO2+6C+2N21300CSi3N4+6CO c.化学气相沉积法(CVD)：在H2保护在，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。

3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl ③碳化硼陶瓷：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。

【例题4】硅被誉为无机非金属材料的主角。下列物品涉及硅单质的是

A．陶瓷餐具

B．石英钟表

C．计算机芯片

D．光导纤维

【解析】陶瓷、玻璃、水泥都是传统的硅酸盐材料；石英器件、光导纤维都含有二氧化硅；晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，广泛应用制作晶体管、计算机芯片等。

【答案】C 指点迷津

此类试题体现学以致用的理念，在半导体集成电路的发展史上，硅扮演着极其重要的角色；二氧化硅在信息高速公路中的大量应用引起通讯革命，在电子工业、实验仪器、工艺饰品等方面广泛应用；硅酸盐材料与日常生产、生活息息相关，如陶瓷、水泥、玻璃等。

【配对练习4】下列具有特殊性能的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是

A．半导体材料砷化镓

B．吸氢材料镧镍合金

C．透明陶瓷材料硒化锌

D．超导材料K3C60

难点

新型无机非金属材料——单晶硅

1．硅的含量与存在

硅在地壳中含量仅次于氧，居第二位；在自然界中只有化合态，一般以SiO2或硅酸盐的形式存在。

2．晶体结构

晶体硅的结构与金刚石相似，为正四面体的立体网状结构，为原子晶体；

3．物理性质

灰黑色，有金属光泽，熔点、沸点高，硬度大，是重要的半导体材料。

4．化学性质

不活泼，常温下只与F2、HF和强碱反应，不与其它物质反应，如：O2、Cl2、HNO3、H2SO4等反应。

Si+2F2= SiF4

Si +O2高温SiO

2Si +2H2高温SiH4(不稳定) Si+4HF= SiF4+2H2↑

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

特别提醒：能与碱反应的物质有：①Al、Si、Zn；②Al2O3；③酸及酸性氧化物；④酸式盐NaHCO3等。

5.硅的应用

【例题5】某新型无机非金属材料K，由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性，它是以中学化学中的常见物质为原料来生产的，其生产过程如图所示。

图3－1－4 其中虚线框内的转化是为探究C的组成而设的，C、F、H均难溶于水，且为白色粉末；图中除M、K(均含A元素)外其他字母代表的均为中学化学常见的物质。

(1)写出化学式：单质B

；化合物F

。

(2)写出下列反应的离子方程式：反应③

；反应⑤

；

(3)反应①④的化学方程式为①

④

。

【解析】由

E

C

G ，根据C为不溶于硝酸的白色沉淀可推知：E中应该含有Cl-，即C为氯化物；发生的离子反应③为Ag++Cl-===AgCl↓；

由

F

H

I

F 可知：F是一种酸性比碳酸弱的非金属氧化物对应的水化物，即为硅酸或原硅酸，化学式为H2SiO3(或H4SiO4)，则C为硅化物，因此C为SiCl4。其中反应⑤的－－离子反应为SiO2+2OH===SiO32+H2O；反应①的化学方程式为SiCl4+3H2O =H2SiO3↓+4HCl。

由

化合物C 

化合物M：A(NH2)4可知：M中A的化合价为+4，则可判断A为Si，B为C12。

由

化合物M：A(NH2)4

K 且K是一种超硬物质，K晶体中A原子周围化学键的键角相等，可推断K为Si3N4(晶体结构类似于金刚石)，Si(NH2)4隔绝空气分解生成Si3N4，因为反应物中原子个数Si∶N为1∶4，而Si3N4中Si∶N为3∶4，可推断另一种产物中必定含有N原子，因此，另一产物肯定为NH3，则反应④的化学方程式为3Si(NH2)4==Si3N4+8NH3↑。

【答案】(1)原子晶体；109°28’

(2) SiCl4；H2SiO3(或H4SiO4) (3)③Cl+Ag+=AgCl↓

⑤SiO2+2OH＝SiO32+H2O －－－(4)3SiNH24隔绝空气Si3N48NH3

高温指点迷津：掌握Si、SiO2的特性，了解硅的应用。

【配对训练5】下列说法：①硅化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在；②硅和二氧化硅晶体都属于原子晶体；③二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异；④二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应。正确的是(

)

A.①②③④

B.①②④

C.①④

D.②③

◇易错点指引

易错点3

普通玻璃、钢化玻璃、特种玻璃、有色玻璃

普通玻璃：以石灰石、纯碱、石英为原料

,在高温下反应后生成的CaSiO3、Na2SiO3及过量的SiO2熔化在一起得到的物质。

钢化玻璃：将普通玻璃放入电炉中

,加强热软化后

,急剧冷却而得到的物质

,就像钢淬火一样

,所以叫钢化玻璃

,它的成分和普通玻璃一样

,只是性能不同。

特种玻璃：如硼酸盐玻璃、铅玻璃等。若在制造普通玻璃的原料里加入硼砂就可得到硼酸盐玻璃

,它的膨胀系数小

,耐骤冷、骤热

,化学稳定性好

,耐酸碱腐蚀

,常用于制造高级化学仪器;若在制造普通玻璃的原料里加入PbO可制得铅玻璃

,它的折光率强

,常用于制造光学仪

器。

有色玻璃：原料中加入某些氧化物

,如氧化钴、氧化亚铜

,让其均匀分布在玻璃中

,可使玻璃分别呈现蓝色、红色。

[例题6]

下列不是水玻璃用途的是（

）

A．肥皂填料

B．木材防火剂

C．纸板黏胶剂

D．建筑装饰材料

【解析】Na2SiO3水溶液俗称水玻璃，常作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。

【答案】

D 指点迷津：水玻璃不是玻璃，而是Na2SiO3水溶液。

【配对训练6】下列关于钢化玻璃的叙述中错误的是(

)

A.它的成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的物质

B.是把普通玻璃放在电炉里加热，使之软化，然后急速冷却制得的

C.它是具有空间网状结构的原子晶体，硬度很大，熔点也很高

D.它的机械强度比普通玻璃大4～6倍，不易破碎，且破碎时，碎块没有尖利的棱角

易错点2

硅酸盐和氧化物

硅酸盐是由硅酸、原硅酸及由它们缩水结合而形成的各种酸所对应的盐。由于硅酸盐种

类很多, 结构很复杂, 习惯用二氧化硅和金属氧化物的形式表示。如镁橄榄石Mg2SiO4可写为2MgO·SiO2形式, 但并不等于说硅酸盐里含有氧化物。特别是象玻璃这种复杂的混合物, 也可写为氧化物的形式, 如普通玻璃可写为Na2O·CaO·6SiO2。值得注意的是写为氧化物形式的硅酸盐可能为纯净物, 也可为混合物, 要注意区分。

【例题7】某硅酸盐化学式为Mg2Si3O8•nH20试用氧化物形式表示其组成，写出其与盐酸反应的化学方程式。

【解析】按Mg、Si原子个数写出其氧化物，配平时遵循原子守恒原则。该硅酸盐中有2个Mg，3个Si，与盐酸反应生成金属氯化物，酸根则与H+反应生成硅酸。由氢原子判断生成水的化学计量数(2n+4-6)/2=n-1

【答案】

氧化物表示式：2MgO•3SiO2•nH2O；Mg2Si3O8•nH2O+4HCl=2MgCl2+3H2SiO3+(n-1)H2O 指点迷津：复杂硅酸盐改写成氧化物的顺序为碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水，一定要记住改写顺序。

【配对训练7】下列用氧化物法对硅酸盐组成表示中不正确的是

() A．正长石KAlSi3O8：K2O·A12O3·3SiO2

B．三硅酸镁晶体Mg2Si3O8·nH2O：2MgO·3Si2O·nH2O C．钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O：CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O D．高岭石Al2(Si2O5)(OH)4：Al2O3·2SiO2·2H2O

配对练习

1：B解析：玻璃是以石英、纯碱、石灰石为原料，经过一系列的物理化学变化而形成以硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅为主要成分的产物。

2：B解析：制取陶瓷需要黏土。

3：B解析：水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，可看作硅酸盐和铝酸盐，石膏是为了调节水泥硬化速度，水泥沙浆在建筑上用作粘合剂，混凝土是水泥、砂子和碎石按一定比率的混和物硬化后的产物，直接用于建造桥、房屋等建筑。水泥硬化的过程中石膏

与水泥中的硅酸三钙、铝酸三钙起反应，生成凝胶状物质。答案为B。

4：C解析：本题借用新材料来考查元素是主族还是副族元素，即考查对元素的粗浅认识。A项中，砷位于VA族，镓位于IIIA族，全为主族元素；B项中，镧位于IIIB族，镍位于Ⅷ族没有主族元素；C项中，硒位于ⅥA族，锌位于ⅡB族，符合题目要求，D项中，K、C均为主族元素。

5：D解析：(1)虽然元素的存在形式与元素的化学性质(活泼性)有关系，但要注意特例。硅虽然化学性质稳定，但在自然界中的却以化合态(二氧化硅和硅酸盐)形式存在；(2)硅和二氧化硅晶体都具有空间网状结构的特性，因此都属于原子晶体；(3)由于二氧化硅晶体属于原子晶体，而二氧化碳属于分子晶体，因此物理性质(如熔沸点)有很大的差异；(4)一般而言，酸性氧化物不会和酸发生反应，象SiO2也不会和HNO3、H2SO4等发生反应，但它却很容易和氢氟酸反应：4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O。因此上述说法中只有②③是正确的。

6：C

解析：钢化玻璃是将玻璃在电炉里加热软化，再急速冷却得钢化玻璃，耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂，破碎时无尖锐棱角不易伤人。A、B、D正确；玻璃是一种混合物，没有固定的熔点，C错。

7：A解析：用氧化物形式表示硅酸盐的时候，应注意其书写原则：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。注意氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其它元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。