1819---玻璃陶瓷和水泥.doc

第三节　玻璃、陶瓷和水泥
学习目标：1.知道玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料及用途。(重点)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。
[自 主 预 习·探 新 知]
一、三大传统硅酸盐产品
1．玻璃

2．陶瓷

3．水泥

微点拨：(1)钢化玻璃与普通玻璃的成分完全相同。
(2)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
1．
2．高温结构陶瓷

(2)高温结构陶瓷的优点：耐高温、耐氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。
(3)高温结构陶瓷在汽车制造业中的应用
用高温结构陶瓷制造发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃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，还可减轻汽车的质量。
[基础自测]
1．判断对错
(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(　　)
【答案】　(1)×　(2)×　(3)√
2．材料是人类赖以生存的物质基础。制造水泥、玻璃都要用到的原料是(　　)
【导学号：49402096】
A．石灰石　　　　　 B．纯碱
C．黏土 D．石膏
A　[生产玻璃的原料是纯碱石灰石和石英，生产水泥以黏土和石灰石为主要原料，共同原料为石灰石。]
3．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
C　[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亚铜，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。]
[合 作 探 究·攻 重 难]

玻璃、陶瓷和水泥的比较
硅酸盐工业
普通水泥
普通玻璃
陶瓷
主要原料
石灰石、黏土、石膏
纯碱、石灰石、石英
黏土
生产阶段和主要化学方程式
原料生料
熟料
成品
原料按比例混合熔化成型Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
混合→成型→干燥→烧结→冷却
主要成分
及种类
硅酸三钙
(3CaO·SiO2)
硅酸二钙
(2CaO·SiO2)
铝酸三钙
(3CaO·Al2O3)
普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃
种类：土器、陶器、瓷器、炻器等
主要性能
有水硬性：跟水掺和搅拌后凝固变硬、水中也能硬化
玻璃态物质无固定熔点，在一定温度范围内软化
抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温绝缘性强
典型设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
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
关于玻璃成分与性质的四点易错问题
(1)制造玻璃的原料熔融后发生了复杂的物理变化和化学变化。制得的玻璃是混合物，没有固定的熔点。
(2)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分完全相同。
(3)碱性试剂如NaOH溶液、Na2CO3溶液等不能用带玻璃塞的试剂瓶存放的原因：
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。
(4)氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛放。可用氢氟酸雕刻玻璃花纹。
[对点训练]
1．玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃制品随处可见。
【导学号：49402097】
(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料________、________、________粉碎后放入玻璃窑中在高温下发生反应生成玻璃，普通玻璃的成分是________、________、________。
(2)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
(3)我们看到的普通玻璃，一般都呈淡绿色，这是因为原料中混有Fe2＋。在制玻璃的原料中，再加入下列物质后，可制得各种不同用途的玻璃。
A．氧化亚铜(Cu2O)
B．氧化钴(Co2O3)
C．氧化铅(PbO)
D．硼砂( Na2B4O7·10H2O)
①制造化学仪器的玻璃需加入的物质是(　　)
②制造光学仪器的玻璃需加入的物质是(　　)
③制造蓝色玻璃需加入的物质是(　　)
④制造红色玻璃需加入的物质是(　　)
【解析】　(1)记忆普通玻璃的原料和主要成分关键是记住生产普通玻璃的化学方程式：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ 和CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
(2)n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)＝∶∶＝1∶1∶6。
(3)硼砂玻璃能耐酸碱腐蚀；光学玻璃常加PbO；Cu2O为红色；Co2O3为蓝色。
【答案】　(1)纯碱　石灰石　石英　CaSiO3　Na2SiO3　SiO2
(2)B　(3)D　C　B　A
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的复杂化合物。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。

性能独特的新型无机非金属材料
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。
[对点训练]
2．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
D　[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。]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．下列不属于传统硅酸盐产品的是(　　)
【导学号：49402098】
C　[玻璃、水泥、陶瓷属于传统硅酸盐产品，光导纤维属于新型无机非金属材料。]
2．下列有关玻璃的说法错误的是 (　　)
A．它是Na2CO3、CaCO3和SiO2熔化在一起所得到的物质
B．玻璃是一种混合物，没有固定的熔化温度
C．玻璃中掺入AgBr和微量的Cu2O可制成变色玻璃
D．玻璃能溶于水，其水溶液称为水玻璃
D　[玻璃不会溶于水，水玻璃是Na2SiO3的水溶液。]
3．下列关于水泥的说法不正确的是 (　　)
【导学号：49402099】
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，是建筑时常用的黏合剂
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
A　[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)。]
4．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
C　[实验室中的试管为玻璃制品，其余选项中均为陶瓷制品。]
5．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。
【导学号：49402100】
(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)实验室中最常用的坩埚是________，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中的________。
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。
【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，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、锑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