第三节　玻璃、陶瓷和水泥课时教学实录

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

高温主要反应原理：CaCO＋SiO=====CaSiO＋CO↑高温NaCO＋SiO=====NaSiO＋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32322322323232生产原料：纯碱、石灰石和石英

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

主要成分：SiO2

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性能：耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、

【议一议】

判断正误，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________。

答案

a

d

b

c 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。

知识归纳

高温玻璃是用纯碱、石灰石和石英为原料，在玻璃熔炉中高温反应(Na2CO3＋SiO2=====高温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＋。

(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

答案

A 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。

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

B．耐酸碱

C．抗氧化

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

B．酱油

C．食醋

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、易成型等特点。

(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

答案

D 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。

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．下列关于水泥的说法不正确的是(

) A．水泥的主要成分为硅酸钙

B．水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆，是建筑上常用的黏合剂

C．在具体的建筑中，所用水泥的强度等级要符合要求

D．我国的三峡大坝所使用的水泥的标号应是高标号的水泥

答案

A 解析

水泥的主要成分为硅酸二钙(2CaO·SiO2)、硅酸三钙(3CaO·SiO2)和铝酸三钙(3CaO·Al2O3)。

2．从“南澳一号”沉船中打捞出大量精美陶瓷，陶瓷材料属于(

)

A．金属材料

B．无机非金属材料

C．合成高分子材料

D．天然高分子材料

答案

B 解析

陶瓷是硅酸盐产品，属于无机非金属材料。

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

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。

4．下列各组物质的主要成分都是硅酸盐的是(

) A．石英玻璃

B．有机玻璃

C．陶器和瓷器

D．半导体材料

答案

C 解析

石英玻璃的主要成分是SiO2，A错；有机玻璃的化

学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是有机高分子化合物，B错；半导体材料主要是Si、Ge，D错。

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(

) 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

B．①②④⑤

C．①②④⑤⑦

D．①②⑤⑦

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＋

高温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。