搜索
第三章探索生活材料第三节玻璃、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。1．通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式来表示硅酸盐，如：普通玻璃的大致组成：CaNa2Si6O14，可表示为：_______________。Na2O·CaO·6SiO2水泥的主要成分：___________、___________、___________。黏土的主要成分：________________，可表示为：___________________。2．常用硅酸盐工业产品：______、______、______等，它们是使用量最大的___________材料。3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃陶瓷水泥无机非金属一、常见硅酸盐产品的比较比较内容玻璃(普通玻璃)陶瓷水泥原料_____、_______、_______________、_______、石膏设备________________________条件_______________纯碱石灰石石英黏土黏土石灰石玻璃窑烧结窑水泥回转窑高温高温煅烧产品特性无固定_____抗_____、抗酸碱腐蚀、耐_____、绝缘、易成型等具有_____性、吸水能力强熔点氧化高温水硬二、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、__________、传能传像、__________和照明等方面。(3)光缆的性能：________性能好，通信质量高，能防窃听，质量小而且细，________。光纤SiO2信息处理光缆遥测遥控抗干扰耐腐蚀2．高温结构陶瓷。(1)新型陶瓷的种类，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_______(Si3N4)陶瓷、________(Al2O3)陶瓷、碳化硅(SiC)陶瓷和___________(ZrO2)陶瓷。(3)用途：高温结构陶瓷可制造________，新型陶瓷可用于航空航天。超硬高温结构氮化硅氧化铝二氧化锆发动机易错提醒1．玻璃、陶瓷和水泥都是混合物。2．注意区别普通玻璃、钢化玻璃、水玻璃、有机玻璃等“玻璃”。1．下列物质属于硅酸盐材料的是()A．碳纤维B．青花瓷C．金刚石D．大理石解析：碳纤维、金刚石组成元素都是碳，大理石主要成分是碳酸钙。答案：B2．在面盆、痰盂等铁制品表面烧制搪瓷的目的是()A．防止铁生锈且美观B．增大厚度防止磨损C．增大硬度防止撞坏D．美观和杀菌消毒作用答案：A3．新型柴油发动机的受热面由耐高温且不易传热的材料制造。这种材料最可能是()A．陶瓷B．不锈钢C．纯铁D．铝合金解析：陶瓷耐高温，可用于新型柴油发动机材料。答案：A一、几种玻璃的特性和用途种类特性用途普通玻璃在某个温度范围内逐渐软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等硼酸盐玻璃化学稳定性好，热膨胀系数低，耐高温和抗化学腐蚀高级的化学仪器光学玻璃透光性能好，折光率高眼镜片、照相机、望远镜和显微镜的透镜钢化玻璃强度大、抗震裂，不易破碎汽车、火车的车窗等二、水泥1．石膏的作用：调节水泥硬化时间。2．用途。(1)制成水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物。(2)制混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物。3．水泥易被酸腐蚀。由于水泥的主要成分是硅酸盐和铝酸盐，水泥中还含有少量的碳酸盐，所以水泥和水泥制品易被酸(如HCl、HNO3、H2SO4、CH3COOH等)腐蚀。因此，水泥制品也要防止酸的腐蚀。4．水泥的质量指标：我国的三个强度等级(42.5、52.5和62.5)表示常用硅酸盐水泥的性能。等级越高，水泥的性能越好。三、高温结构陶瓷1．特殊功能的陶瓷超硬陶瓷高温结构陶瓷生物陶瓷超导陶瓷2．高温结构陶瓷的优点。高温结构陶瓷具有耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点。3．高温结构陶瓷在汽车制造业上的应用。用高温结构陶瓷制造发动机，发动机的工作温度能稳定在1300℃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。[例1](1)制备陶瓷和水泥共同的原料是________。A．石灰石B．黏土C．石英D．石膏(2)对硅酸盐水泥的叙述不正确的是________。A．是硅酸盐、铝酸盐、石膏等物质的混合物B．水泥砂浆又称混凝土C．具有水硬性，在空气和水中都能硬化，硬化是化学变化过程D．水泥的热膨胀系数几乎与钢铁一样解析：(1)制备陶瓷的主要原料是黏土。制备水泥的主要原料是石灰石、黏土和其他辅助原料，所以共同的原料是黏土，故答案为B。(2)水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，可看作是硅酸盐和铝酸盐的混合物，石膏则是为了调节水泥凝结时间而加的一种辅料；水泥砂浆(水、水泥、沙子的混合物)在建筑上用作黏合剂，混凝土是水泥、沙子和碎石的混合物，直接用于建造桥梁、房屋等建筑；水泥硬化的过程中石膏与水泥中的硅酸三钙、铝酸三钙等起反应，属于化学变化；因为水泥的热膨胀系数几乎与钢铁一样，所以，水泥才与钢筋一起用于构筑混凝土结构，用于修筑高楼大厦和桥梁等高强度建筑。答案：(1)B(2)B即时演练1．有关材料的用途不正确的是()A．高温结构陶瓷可以制作耐酸设备B．氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备C．氮化硅陶瓷可以制造轴承D．光导纤维可用于传能、传像、照明等解析：氧化铝陶瓷的熔点高，可制作耐高温的设备。答案：B[例2]目前已有多个国家的大汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车，这种陶瓷柴油发动机部件的受热面是由耐高温且不易传热的氮化硅陶瓷材料制造的。(1)氮化硅具有硬度大、熔点高、化学性质稳定的特点，根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途________(填序号)。A．制造汽轮机叶片B．制造有色玻璃C．制造永久性模具D．制造柴油机部件(2)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应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：__________________________________________________________________________________。(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛的保护下加强热发生反应，可得纯度较高的氮化硅，反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________。解析：本题解题的关键是挖掘题目所给信息，并把信息与新型无机非金属材料的特性、用途等知识有机结合。根据N和Si的原子结构及元素周期律的知识，可判断氮元素非金属性比硅强，故N显负价(－3价)，Si显正价(＋4价)，由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4。根据SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，可以写出Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑。SiCl4与N2、H2的反应可理解为H2还原SiCl4制取Si，然后Si与氮气在高温下反应生成Si3N4：3SiCl4＋2N2＋6H2=====高温Si3N4＋12HCl。答案：(1)ACD(2)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑(3)3SiCl4＋2N2＋6H2=====高温Si3N4＋12HCl即时演练2．水玻璃是建筑行业常用的粘合剂，并可用于木材防火和防腐处理。水玻璃为()A．CaSiO3固体B．SiO2C．Na2SiO3水溶液D．H2SiO3答案：C