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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。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.玻璃的生产：纯碱、石灰石、石英玻璃窑Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑，高温CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温SiO2、CaSiO3、Na2SiO32.玻璃的主要性能：玻璃不是晶体，称作___________，__________的熔点，在一定温度范围内逐渐软化；硬度大，质脆。玻璃态物质没有一定3.几种特殊的玻璃：种类制作方法性能和用途硼酸盐玻璃在普通玻璃的原料中加入B2O3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光学玻璃在玻璃原料中加入____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PbO种类制作方法性能和用途彩色玻璃在玻璃原料中加入某些金属氧化物加入Co2O3的玻璃呈_____，加入Cu2O的玻璃呈_____，含有Fe2+的普通玻璃呈淡绿色钢化玻璃把普通玻璃在高温下加热，然后用冷风急吹降温机械强度大，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蓝色红色二、陶瓷1.生产原料：_____，其主要成分可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。2.手工制造陶器的一般过程：混合→_____→干燥→_____→冷却→陶器。3.主要性能：陶瓷具有_______、抗酸碱腐蚀、_______、绝缘、易成型等许多优点。4.主要用途：陶瓷多用于制造餐具、砖瓦、化学仪器、电绝缘器、工艺品等。黏土成型烧结抗氧化耐高温三、水泥1.生产原料：主要原料：_____________，辅助原料：_____。2.生产过程：石灰石和黏土石膏水泥回转窑3.主要成分：_________(3CaO·SiO2)、_________(2CaO·SiO2)和_________(3CaO·Al2O3)等。4.性质：(1)水硬性，是指将水泥与水掺和、搅拌并经静置后很容易_________。(2)吸水能力强，故_____长期存放且注意_____。5.用途：(1)水泥砂浆：_____、_____和水的混合物。(2)混凝土：_____、_____和_____的混合物。硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙凝固变硬不能防潮水泥沙子水泥沙子碎石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。四、玻璃和陶瓷的新发展1.光导纤维(简称_____)：(1)成分：____(石英玻璃)。(2)用途：制作_____，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控和照明等方面。(3)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。光纤SiO2光缆2.高温结构陶瓷：(1)特殊功能陶瓷的种类：如_____陶瓷、_________陶瓷、生物陶瓷和超导陶瓷等。(2)高温结构陶瓷的类别：主要有_____________陶瓷，______________陶瓷，____________陶瓷和______________陶瓷。(3)用途：高温结构陶瓷可制造发动机；新型陶瓷可用于制作航天飞机的保护片。超硬高温结构氮化硅(Si3N4)氧化铝(Al2O3)碳化硅(SiC)二氧化锆(ZrO2)1.传统硅酸盐工业主要产品的对比：硅酸盐工业产品水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土、石膏纯碱、石灰石、石英黏土生产阶段混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶器硅酸盐工业产品水泥玻璃陶瓷主要成分或种类硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃陶器、瓷器等主要性能有水硬性、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、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型典型设备水泥回转窑玻璃窑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2.关于玻璃的四个易错问题：(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)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，是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。(3)钢化玻璃的主要成分与普通玻璃的主要成分完全相同。(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。3.水泥使用的注意事项：(1)注意防水、防潮，一定要在保质期内使用。(2)所用的水泥强度等级要符合要求。(3)使用水泥时加入的水应选用洁净的淡水，不得含有油脂类或糖类物质。(4)水泥运输和使用时要注意防止粉尘污染，散装水泥要用专用车辆运输。(5)搅和后的混凝土应及时浇筑，放置时间不应超过2小时。严禁将已终凝的混凝土重新搅和使用。(6)要与砂石、钢筋、外加剂等辅助材料合理搭配，正确使用。(7)混凝土浇筑后应及时养护，保持混凝土湿润。夏季高温季节要注意防止阳光曝晒，增加浇水养护次数；冬季低温季节应采取保温措施，避免混凝土受冻。养护时间一般不得少于7天。4.常见高温结构陶瓷：(1)氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点高、硬度大的优点。可用于制作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。(2)氮化硅陶瓷：具有硬度极大、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优点。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。类型一硅酸盐材料的组成、性质和用途【示范题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是__________、__________、__________，将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·6H2SiO3B.Na2O·CaO·6SiO2C.2Na2O·2CaO·9SiO2D.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()②制造光学仪器的玻璃需加入的物质()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()【解题指南】解答本题时要注意以下两点：(1)了解玻璃制造的原料及生产原理；(2)明确特殊玻璃与一般玻璃的成分区别。【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反应方程式：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑和CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。(2)n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)==1∶1∶6。(3)硼砂玻璃耐酸碱腐蚀；光学玻璃常加PbO；Cu2O为红色；Co2O3为蓝色。答案：(1)Na2CO3CaCO3SiO2CaSiO3Na2SiO3SiO2(2)B(3)①D②C③B④A高温====高温====3128180625660∶∶【示范题2】(2014·荆州高二检测)月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[MgFeSiO4]等，下列说法或分析错误的是()A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿物B.辉石成分中非金属元素的原子数是金属原子数的4倍C.斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2D.橄榄石中镁、铁元素的化合价均为+1价【解析】选D。辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[MgFeSiO4]的成分均属于硅酸盐类，均属于硅酸盐矿物，A正确；根据辉石的化学式[CaMgSi2O6]来计算，非金属元素的原子数是金属原子数的4倍，B正确；硅酸盐的氧化物表示方法：先写活泼金属氧化物，然后是不活泼的金属氧化物，再是非金属氧化物二氧化硅，最后是水，所以斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，C正确；橄榄石中，镁元素化合价是+2价，硅元素化合价是+4价，氧元素化合价是-2价，所以铁元素化合价是+2价，故D错误。【方法规律】硅酸盐组成的改写规则硅酸盐由于组成比较复杂，通常写成氧化物的形式，表示方法为a活泼金属氧化物·b较活泼金属氧化物·xSiO2·yH2O，其中a、b、x、y为化学计量数，书写时要保证各元素原子个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。其具体步骤可用下图表示：【变式训练1】(2014·曲靖高二检测)青石棉是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A.青石棉是一种硅酸盐产品B.青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OC.青石棉中含有一定量的石英晶体D.1mol青石棉能使1mol硝酸被还原【解析】选C。硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，所以青石棉是一种硅酸盐产品，A正确；硅酸盐写成氧化物形式的先后顺序：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，B正确；硅酸盐中不含二氧化硅，所以青石棉中不含石英晶体，C错误；青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，所以青石棉中含有二价铁离子；根据氧化还原反应中得失电子数相等判断青石棉与硝酸反应的关系式有：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O～HNO3，1mol1mol所以1mol青石棉能还原1molHNO3，故D正确。【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)黏土宜兴景德镇类型二新型无机非金属材料【示范题3】有关材料用途的说法中不正确的是()A.氧化铝陶瓷可用做高压钠灯的灯管B.氮化硅陶瓷可用做陶瓷发动机的材料C.光导纤维可用做遥测遥控、照明等D.氧化铝陶瓷可用做半导体材料【解题指南】解答本题应注意以下3点：(1)物质的性质物质的用途。(2)Si3N4陶瓷可用于制作发动机。(3)光导纤维传导光的能力很强。决定【解析】选D。Al2O3陶瓷属高温结构陶瓷，它具有熔点高、硬度大等特征，可制成透明陶瓷，是绝缘材料，不能做半导体材料。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，可用做陶瓷发动机材料。光导纤维传导光的能力非常强，