第三节　玻璃、陶瓷和水泥优秀教学设计

第三节玻璃、陶瓷和水泥

玻璃

[自读教材·夯基础]

1．生产原料

纯碱、石灰石、石英。

2．生产设备

玻璃窑。

3．生产原理

原料熔融后发生复杂的物理变化和化学变化，其主要反应为：

Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，

CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑。

4．化学成分

普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起形成的，主要成分是SiO2。

5．主要性能

硬度大、质脆、耐腐蚀、没有固定熔点，属于玻璃态物质。

6．特种玻璃

种类

石英玻璃或

硼酸盐玻璃

制作方法

提高SiO2的含量，或加入B2O3

性能和用途

提高化学稳定性，降低热膨胀系数，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。

折光率高，可用来制造眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等。

加入Co2O3的玻璃呈蓝色，加入Cu2O的玻璃呈红色，含有Fe2的普通玻璃呈淡绿色。

＋高温高温光学玻璃

加入PbO 彩色玻璃

加入某些金属氧化物

钢化玻璃

把普通玻璃加热软化，然后用冷风急吹

机械强度大，抗震裂，不易破碎，一旦破碎，碎块没有尖锐的棱角，常用于制造汽车或火车的车窗等。

[跟随名师·解疑难]

(1)在生产玻璃的原料中，SiO2的用量比较大，故玻璃的主要成分是SiO2。

(2)玻璃属于混合物，没有固定的熔点，只是在某一温度范围内逐渐软化，在软化状态时，可以被吹制成各种形状的玻璃制品。

(3)调整玻璃的化学组成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃制品，例如，加入AgBr(或AgCl)和微量CuO，制成变色玻璃，可用于制作太阳镜片等。

[剖析典例·探技法]

[例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

[名师解析]

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。

[答案]

C [互动探究]

氢氧化钠溶液用玻璃瓶盛放，能否使用玻璃塞？为什么？

提示：不能使用玻璃塞，原因是玻璃的主要成分SiO2与NaOH溶液反应生成的Na2SiO3，粘性很强，将玻璃瓶与玻璃塞粘在一起，不易打开。

[自读教材·夯基础]

1．生产原料

制取陶瓷的主要原料是黏土(其主要成分可表示为：Al2O3·2SiO2·2H2O)。

2．传统生产过程

混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器

3．主要性能

陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。

[跟随名师·解疑难]

(1)我国的“陶都”是江苏宜兴，“瓷都”是江西景德镇。

(2)为了使陶瓷表面光滑，不渗水和具有丰富的色彩，可在烧制前在坯体上涂上釉料。

[剖析典例·探技法]

[例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

B．实验室中的坩埚

陶瓷

C．实验室中的试管

D．建筑上烧制的砖瓦

[名师解析]

实验室中的试管为玻璃制品，其余的均为陶瓷制品。

[答案]

C [名师点睛]

可用以下方法区分陶瓷制品和玻璃制品：(1)测密度。陶瓷制品密度大，玻璃制品密度小。(2)玻璃制品受热后会变软，而陶瓷不会变软。(3)玻璃可以再加工，而陶瓷不能再加工。

水泥

[自读教材·夯基础]

1．生产原料

石灰石和黏土、适量石膏。

2．水泥的生产过程

石灰石一定比例磨细水泥回转窑加入石膏黏土――→――→生料――→熟料――→普通硅酸盐水泥

辅助原料混合

煅烧磨细3．主要成分

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

4．性质

水泥具有水硬性。

5．用途

(1)水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物，是建筑用黏合剂。

(2)混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物。

6．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。

[跟随名师·解疑难]

(1)在水泥中加入石膏的目的是调节水泥的硬化速率。

(2)水泥的主要成分常用氧化物的形式表示，但水泥的主要成分是硅酸盐、铝酸盐，而不是氧化物。

(3)水泥吸水能力强，储存和运输过程中注意防水、防潮。

[剖析典例·探技法]

[例3]

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率

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

[名师解析]

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不同的水合物，是放热过程，C错；水泥是混合物，D错。

[答案]

A [名师点睛]

水泥易被酸腐蚀。由于水泥的主要成分是硅酸盐和铝酸盐，水泥中还含有少量的碳酸盐，所以水泥和水泥制品均易被酸腐蚀。水泥制品也要防酸腐蚀。

玻璃和陶瓷的新发展

[自读教材·夯基础]

1．光导纤维

简称光纤。

(1)成分：SiO2(石英玻璃)。

(2)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。

(3)光缆的性能：抗干扰性能好、通信质量高，能防窃听，质量小而且细，耐腐蚀、铺设方便。

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、超导陶瓷等。

(2)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。

[跟随名师·解疑难]

(1)新型陶瓷材料的化学组成已远远超出了硅酸盐的范围。

(2)高温结构陶瓷的优点是能经受高温、不怕氧化、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：

①氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度大的优点。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：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。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。

③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。

[剖析典例·探技法]

[例4]

下列有关材料分类的说法，不正确的是(

) ．A．硅酸盐材料属于新型无机非金属材料

B．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料

C．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

D．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

[名师解析]

硅酸盐材料属于传统非金属材料。A项错误。

[答案]

A [名师点睛]

材料一般分为三类：金属材料、无机非金属材料和高分子材料。其中无机非金属材料又分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。而玻璃、陶瓷、水泥是传统无机非金属材料。

传统硅酸盐工业主要产品的比较

硅酸盐工业

主要原料

普通水泥

石灰石、黏土、石膏

普通玻璃

纯碱、石灰石、石英

原料――→按比例混合――→熔化――→成生产阶段

和主要化

学方程式

原料――→生料――→熟料――→成品

磨细石膏粉磨细煅烧强热添加剂粉碎陶瓷

黏土

型

Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑

高温高温混合→成型→干燥→烧结→冷却

硅酸三钙

主要成分

及种类

(3CaO·SiO2)硅酸二钙

(2CaO·SiO2) 铝酸三钙

(3CaO·Al2O3) 有水硬性：跟水掺和搅拌后凝固变硬、水中也能硬化

水泥回转窑

普通玻璃(Na2SiO3、

CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃

玻璃态物质无固定熔点，在一定温度范围内软化

玻璃窑

种类：土器、陶器、瓷器、炻器等

主要性能

抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘性强

陶瓷窑

典型设备

共同特点

高温条件下发生复杂的物理变化、化学变化，冷却后成为复杂的硅酸盐

硅酸盐改写成氧化物形式的方法

硅酸盐种类繁多，结构复杂，但硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成复杂化合物。因此，可以改写为aMxOy·bSiO2·cH2O的方式。

(1)氧化物书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

(2)氧化物之间以“·”隔开，系数配置应化为整数。

(3)氧化物前面的系数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。

(4)用氧化物表示时，元素的化合价均保持不变。

例如，硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2；

高岭土[Al2Si2O5(OH)4]：Al2O3·2SiO2·2H2O。

1．制造陶瓷的主要原料是(

) A．氧化铝

C．Si3N4

B．黏土

D．BN 解析：制造陶瓷的原料是黏土。

答案：B 2．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

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 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

解析：氧化铝陶瓷的熔点高，可作耐高温设备。

答案：B 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

B．氮化硅陶瓷

D．玻璃钢

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。

答案：B 5．根据不同玻璃的特性和用途填空。

a．普通玻璃(钠玻璃)

c．光学玻璃(铅玻璃)

b．石英玻璃

d．钢化玻璃

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

[三年高考感悟]

1．下列说法正确的是(

) A．(2011·江苏高考)二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器

B．(2011·海南高考)普通水泥的主要成分是硅酸钙

C．(2011·海南高考)黏土的主要成分是三氧化二铝

D．(2010·江苏高考)二氧化硅是生产光纤维制品的基本原料

解析：SiO2能与氢氟酸反应，A错误；普通水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙，B错误；黏土的主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，C错误；光导纤维的主要成分是SiO2。

答案：D 2．(2009·重庆高考)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(

)

A. B. C. D. 材料

刚玉、金刚石

大理石、石灰石

普通水泥、普通玻璃

沙子、石英

主要化学成分

三氧化二铝

碳酸钙

硅酸盐

二氧化硅

解析：A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳。

答案：A 3．(2009·广东高考)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(

) ①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素

②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品

③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维

④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②

C．①④

B．②③

D．③④

解析：水晶、光导纤维均是SiO2，并不是硅酸盐或硅单质。

答案：C [课时跟踪训练]

一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分) 1．石英玻璃的主要成分是(

) A．SiO2

C．石墨

B．金刚石

D．CaCO3

解析：石英玻璃的主要成分是SiO2，广泛用于电光源、半导体、光通信等领域，具有优良的物理、化学性能。

答案：A 2．普通玻璃为Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔化在一起而制成的物质，它的特征是(

) A．是一种纯净物，但没有一定的熔点

B．是一种晶体

C．是一种较硬的物质，只在某一温度时软化

D．不是晶体，是玻璃态物质

解析：玻璃不是晶体，是一种玻璃态物质，没有一定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化。

答案：D 3．在航天飞机返回地球大气层时，为防止其与空气剧烈摩擦而被烧毁，需要在航天飞机外表面安装保护层。该保护层的材料可能为(

) A．铝合金

C．新型陶瓷

B．合金钢

D．塑料

解析：航天飞机返回地球大气层时，其表面的温度极高，铝合金、合金钢、塑料都不能保护航天飞机。只有耐高温的新型陶瓷可以保护航天飞机。

答案：C 4．高温结构陶瓷与金属材料相比，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

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 5．有下列几个变化：①Na2CO3→Na2SiO3；②SiO2→H2SiO3；③Na2SiO3→Na2CO3；④Ca(NO3)2→CaSiO3。其中不能通过一步反应实现的是(

) A．①② C．③④

B．②④

D．只有②

高温解析：①可以通过反应Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑实现；②不能；③Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；④Ca(NO3)2＋Na2SiO3===CaSiO3↓＋2NaNO3。

答案：D 6．下列玻璃破碎后没有尖锐棱角的是(

) A．“浮法”玻璃

C．钢化玻璃

B．聚酯“玻璃”

D．光学玻璃

解析：钢化玻璃破碎后没有尖锐的棱角；聚酯“玻璃”是指玻璃钢，其主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯，不是玻璃。

答案：C 7．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成(

) ①水泥

②玻璃

③瓷器

④混凝土

⑤一种硅酸盐产品

A．①④ C．③

B．②⑤

D．①③⑤

解析：制水泥和瓷器的原料中必须有黏土，所以不能制得水泥和瓷器；水泥、沙子和碎石按一定比例的混合物叫混凝土，没有水泥和碎石不能制成混凝土；泥沙、纯碱和生石灰熔化后发生了如下反应：

SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑，

SiO2＋CaO=====CaSiO3，

故可以生成玻璃，属于硅酸盐产品。

答案：B 8．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，但是硬度却远远低于金属材料

高温高温

B．氮化硅陶瓷具有超硬性，它不与任何无机酸反应

C．光导纤维是一种优良的导电材料

D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听

解析：高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点，本身还具有很多优点，如耐高温、高硬度、不怕氧化等，所以A选项错误。氮化硅陶瓷耐腐蚀性较强，但可以跟氢氟酸反应，所以B选项错误。光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，且抗干扰能力好，不发生电辐射，能防窃听等，D选项正确。

答案：D 9．高岭土的组成是Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是(

) A．7、2

C．6、3

B．5、4 D．3、6 解析：根据各元素的化合价：Al：＋3价；Si：＋4价；O：－2价；OH：－1价。再根据正、负化合价代数和等于0，可建立方程式：2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，整理得2x＋y＝14，将A、B、C、D四个选项代入此二元一次方程式中，解出答案为B项。

答案：B 10．根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过程，总结出硅酸盐工业的一般特点是

(

) ①原料一定是含硅元素的物质

②生成物是硅酸盐③反应条件是高温

④发生复杂的物理、化学反应

A．①② C．①③④

B．①②③

D．①②③④

解析：硅酸盐工业的主要特点是：生产原料是含有硅元素的物质；生成产品的物质种类属于硅酸盐；使物质发生变化的条件是高温；物质变化的类型，既有物理变化，又有化学变化。

答案：D 二、非选择题(本题包括4小题，共50分) 11．(10分)(1)某型号水泥主要成分为Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，则x＝________，y＝________，z＝________。制取该水泥所用的原料是________。

(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，在空气或水中都能硬化，硬化是化学变化过程

D．水泥制成的混凝土与钢筋结合使用，称为钢筋混凝土

解析：(1)将水泥主要成分写成氧化物形式：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3，可

得x＝4，y＝5，z＝6。

(2)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；水泥砂浆在建筑上用作黏合剂，混凝土是水泥、沙子和碎石按一定比例的混合物硬化后的产物，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，发生化学变化；混凝土与钢筋结合制成钢筋混凝土，D正确。

答案：(1)4

5

6

石灰石、黏土

(2)B 12．(14分)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)传统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)实验室中最常用的坩埚是__________，熔融烧碱样品作实验时一般选用__________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。

解析：(1)传统陶瓷的主要特性有：抗酸碱腐蚀、抗氧化、耐高温、绝缘、易成型等特点。

(2)实验室中最常用的坩埚是瓷坩埚。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。

答案：(1)A

(2)瓷坩埚

铁

(3)C (4)黏土

宜兴

景德镇

13．(12分)(1)氮化硅是一种非氧化物高温陶瓷结构材料，这种材料具有硬度大、熔点高、化学性质稳定的特点，根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途________(填序号)。

A．制气轮机叶片

B．制有色玻璃

C．制永久性模具

D．制造柴油机部件

(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)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛的保护下，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：本题解题的关键是挖掘题目所给信息，并把信息与新型无机非金属材料的特性、用途等知识有机结合。根据N和Si的原子结构及元素周期律的知识，可判断氮元素的非金属性比硅强，故N显负价(－3)，Si显正价(＋4)，由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4。根据SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O可以写出Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F。SiCl4与N2、H2的反应可理解为H2还原SiCl4制取Si，然后Si与氮气在高温下反应生成Si3N4：3SiCl4＋2N2＋6H2=====Si3N4＋12HCl。

答案：(1)ACD (2)Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F (3)3SiCl4＋2N2＋6H2=====Si3N4＋12HCl 14．(14分)有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下变化：

①C与烧碱反应生成A和水；

②A溶液与CaCl2反应生成白色沉淀D；

③B在空气中燃烧生成C；

④C在高温下与碳酸钙反应生成D和一种气体；

⑤C在高温下与碳反应生成单质B。

(1)据以上变化，写出A、B、C、D的化学式：

A________，B________，C________，D________。

(2)写出①和④中的化学反应方程式：

①________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________。

解析：能与烧碱反应的含硅物质有Si、SiO2和H2SiO3，由①知A为Na2SiO3；由②知D为CaSiO3，由④知C为SiO2，发生的反应为SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑，由⑤知B为Si，发生反应的方程式为：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑；由③验证以上推断合理。

答案：(1)Na2SiO3

Si

SiO2

CaSiO3

(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑

高温高温高温高温高温