2022高二化学学案33玻璃陶瓷和水泥(人教版选修1).docx

3.3 玻璃、陶瓷和水泥 学案〔人教版选修1〕
[课标展示]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、玻璃
1．原料：________________________________。
2．反响原理
原料熔融后发生比较复杂的____________________________________。
主要反响：_________________________________________________________
___________________________________________
3．普通玻璃主要成分：__________________________________________
(或写成氧化物形式为Na2O·CaO·6SiO2)。
4．主要性能：________晶体，称作____________物质，______________的熔点，在一定温度范围内逐渐软化。
5．几种特殊玻璃
(1)硼酸盐玻璃：参加____________________，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响容器。
(2)光学玻璃：参加___________后制得的光学玻璃折光率高，可用来制造眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等。
(3)彩色玻璃：参加某些金属氧化物的玻璃，加________呈蓝色，加________呈红色，加________呈淡绿色。普通玻璃一般呈淡绿色是因为______________________________。
(4)钢化玻璃：________________________________得到，它的机械强度比普通玻璃大________倍，抗震裂，不易破碎；一旦破碎，碎块没有锋利的棱角。
二、陶瓷
1．制造陶瓷器的主要原料是黏土(主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O)。
2．手工制造陶瓷器的过程
整个的制造过程可分解为__________(将黏土和水混
合)→________→________→________→________→________。
特别提醒①在陶瓷的制造过程中，水像润滑剂一样使得黏土可以塑成各种形状。
②制造陶瓷的原料在烧结过程中发生了复杂的物理、化学变化，因此陶瓷与生产原料的化学成分有较大的差异。
3．瓷器制作
一般烧制的陶瓷制品，外表比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。日常生活中我们见到的许多陶瓷制品，外表光滑、不渗水，而且色彩丰富，非常漂亮。这是由于烧制前在坯体上涂了______________的缘故。在普通釉料中参加一些_________可制成彩釉。涂有彩釉的陶瓷制品绚丽多彩，备受人们的喜爱。
参加釉料的
烧制时的空气用量与彩釉颜色
金属元素
空气过量
空气缺乏
Fe
黄、红、褐、黑
蓝、绿
Cu
蓝绿
红
Mn
紫、褐
褐、黑褐
Cr
黄、绿、褐
蓝绿
Co
蓝、淡蓝
蓝
4.陶瓷的性质
陶瓷具有抗__________、抗__________腐蚀、耐__________、________、________成型等许多优点。
5．陶瓷的用途
陶瓷广泛应用于生活和生产中。例如，日常生活中的局部餐具、电器中的绝缘瓷、化学实验室中的坩埚和蒸发皿等都是陶瓷制品。一些耐高温、耐高压的新型陶瓷被用来代替钢材使用。
三、水泥
1．生产水泥的主要原料
生产水泥的主要原料是________和________，辅助原料有石膏等。
2．水泥的生产过程
生料熟料普通的硅酸盐水泥
3．水泥的主要成分
水泥有不同的种类，普通水泥的主要成分的名称、化学式(用氧化物表示)如下：
硅酸三钙：_______________________________________________________；
硅酸二钙：___________________________________________________________；
铝酸三钙：_______________
4．水泥的性质
(1)水硬性：将水泥与水掺和、搅拌并经静置后很容易______________。由于水泥具有这一优良的特性，因而是非常重要的建筑材料。水泥在水中也能硬化，它又是水下工程必不可少的材料。
(2)易吸水性：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响，所以不能长期存放，即使短期存放也要注意防潮。
四、玻璃和陶瓷的新开展
1．光导纤维
(1)含义：从高纯度的________(或称石英玻璃)熔融体中，拉出直径约________的细丝，就得到石英玻璃纤维。石英玻璃纤维传导光的能力非常______，所以又称____________，简称光纤。将许多根经过技术处理的________绕在一起就得到光缆。
(2)性能和用途：利用光缆通信，能同时传输大量的信息。光缆的__________性能好，
通信质量高，能防________。光缆的质量______而且______，______腐蚀，铺设也很方便，因此是非常好的通信材料。光导纤维除了可以用于________外，还用于________、
__________、____________、____________和________等许多方面。
2．高温结构陶瓷
(1)特殊功能的陶瓷
(2)高温结构陶瓷的应用
①用高温结构陶瓷制造发动机，发动机的工作温度能稳定在________左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷却，使热效率大幅度提高。同时，用陶瓷材料做发动机，还可________________。
②用新型陶瓷制成的防护片能承受航天飞机发射时因大气摩擦而产生的________以上的高温，防止航天飞机的铝合金外壳__________，从而保护航天飞机和宇航员的平安。
(3)高温结构陶瓷的分类
氮化硅(Si3N4)陶瓷、氧化铝陶瓷、__________陶瓷和________________陶瓷。
无机非金属材料
题型一硅酸盐材料的组成、结构、性质和用途

(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，工业上将纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)粉碎后放入玻璃窑中在高温下反响生成玻璃。普通玻璃的主要成分为____________。
(2)在玻璃中参加某些金属氧化物，可以制成彩色玻璃。如参加Co2O3的玻璃呈蓝色。日常生活中见到的普通玻璃一般呈淡绿色，其原因是原料中混有________的缘故。
(3)某玻璃中含Na2O、CaO、SiO2的质量之比为31∶28∶180，此玻璃的组成为(填选项)________。
A．Na2O·CaO·6H2SiO3
B．Na2O·CaO·6SiO2
C．2Na2O·2CaO·9SiO2
D．6Na2O·6CaO·SiO2
解析(1)以纯碱、石灰石和过量石英为原料制备玻璃的反响原理是：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑和CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
(2)Fe2＋显浅绿色，可以使普通玻璃呈淡绿色。
(3)n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)＝∶∶＝1∶1∶6。
答案　(1)Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
(2)二价铁(Fe2＋)　(3)B
变式训练1古希腊流传这样一个传奇故事：一批贩运纯碱的商船停泊在江边的砂岸旁，商人们找不到石头搭灶做饭，就把船上的大块纯碱搬来，放在砂地上垫锅烧饭，饭熟后商人们惊奇地发现“灶〞变成了晶莹透明的固体。这固体是______，主要成分是__。
题型二新型无机材料的特性及用途
氮化硅是一种高温陶瓷材料，它硬度大，熔点高，化学性质稳定，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反响获得。
(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是____________。(填序号)
A．制汽轮机B．制有色玻璃
C．制永久性模具D．制造柴油机
(2)写出N的原子结构示意图________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式____________。
(3)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响。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式____________。
(4)现用四氯化硅与氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反响，可得较高纯度的氮化硅，反响的化学方程式______________________。
解析氮化硅是一种高温陶瓷材料，具有硬度大、熔点高、化学性质稳定、优良性能，可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件，N元素位于元素周期表第二周期第ⅤA族，Si元素那么在第三周期第ⅣA族，非金属性应是N元素比Si元素强，其化学式可写为：Si3N4。氮化硅可被氢氟酸腐蚀，由Si3N4和HF的性质分析，可推知，该反响不可能是一个氧化复原反响，其产物只能是SiF4和NH3。SiCl4、N2、H2加强热时反响产物之一是Si3N4，可知N2作为氧化剂参与反响，那么复原剂只能是H2，H2的氧化产物只能是HCl。
答案　(1)ACD　(2)Si3N4
(3)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
变式训练2以下有关材料用途的表达不正确的选项是(　　)
A．高温结构陶瓷可用于制造航天飞机外表的防护片
B．高温结构陶瓷可用于制造汽车发动机
C．氧化铝陶瓷不可用于制耐高温设备
D．光导纤维可用于传能传像、医疗、照明等
参考答案
根底知识梳理
一、1.纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)
2．物理变化、化学变化Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
3．Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
4．不是玻璃态没有一定
5．(1)B2O3　(2)PbO　(3)Co2O3Cu2OFeO原料中混有二价铁的缘故　(4)普通玻璃加热软化，再急速冷却4～6
二、2.混合成型枯燥烧结冷却陶瓷器
3．彩釉重金属离子
4．氧化酸碱高温绝缘易
三、1.石灰石黏土
3．3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3
4．(1)凝固变硬
四、1.(1)SiO2100μm强光导纤维光纤　(2)抗干扰窃听小细耐通信医疗信息处理传能传像遥测遥控照明
2．(2)①1300℃减轻汽车的质量②1600℃受热熔化　(3)碳化硅(SiC)　二氧化锆(ZrO2)
典型例题剖析
变式训练
1．玻璃Na2SiO3，SiO2
解析纯碱与二氧化硅发生反响生成了玻璃。
2．C[熟练掌握各种材料的重要用途。]