高中化学 第三章 探索生活材料 第3节 玻璃、陶瓷和水泥学案 新人教版选修1

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⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧生产原料：纯碱、石灰石和石英砂主要反应原理：CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑、主要设备：玻璃窑成分：CaSiO3、Na2SiO3、SiO2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2．陶瓷⎩⎪⎨⎪⎧生产原料：黏土陶器手工制造大致步骤：混合、成型、干燥、烧结冷却、陶器陶瓷的优点：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等3．水泥⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧普通水泥的原料：石灰石、黏土和适量石膏生产设备：水泥回转窑普通水泥的主要成分：硅酸二钙2CaO·SiO2硅酸三钙3CaO·SiO2和铝酸三钙3CaO·Al2O3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．光导纤维（简称光纤）⎩⎪⎨⎪⎧主要成分：SiO 2石英玻璃主要性能：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，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2．高温结构陶瓷1特殊功能的陶瓷⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧超硬陶瓷高温结构陶瓷⎩⎪⎨⎪⎧氮化硅Si 3N 4陶瓷氧化铝 Al 2O 3陶瓷碳化硅SiC 陶瓷二氧化锆ZrO 2陶瓷生物陶瓷超导陶瓷(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．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (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( ) 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――→磨细生料――→煅烧熟料――→石膏粉磨细成品原料――→粉碎按比例混合――→强热熔化――→添加剂成型Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋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、Na 2CO 3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SiO 2反应，如2NaOH ＋SiO 2===Na 2SiO 3＋H 2O ，Na 2SiO 3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。

(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Na 2O 、CaO 、SiO 2的质量之比为31∶28∶180，此玻璃的组成为________(填选项)。

A ．Na 2O·CaO·6H 2SiO 3B ．Na 2O·CaO·6SiO 2C ．2Na 2O·2CaO·9SiO 2D ．6Na 2O·6CaO·SiO 2(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Fe 2＋。

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(Cu 2O)B ．氧化钴(Co 2O 3)C ．氧化铅(PbO)D ．硼砂( Na 2B 4O 7·10H 2O)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：Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑ 和CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。

(2)n (Na 2O)∶n (CaO)∶n (SiO 2)＝3162∶2856∶18060＝1∶1∶6。

(3)硼砂玻璃能耐酸碱腐蚀；光学玻璃常加PbO ；Cu 2O 为红色；Co 2O 3为蓝色。

【答案】 (1)纯碱 石灰石 石英 CaSiO 3 Na 2SiO 3 SiO 2 (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a M x O y·b SiO2·c H2O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)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、硬度大的优点。

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：具有硬度极大、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( )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 ( )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。

(1)陶瓷不具有的性质是________。