高中化學(xué)選修1第3節(jié)_玻璃、陶瓷和水泥

1、第三節(jié) 玻璃、陶瓷和水泥第3章 探索生活材料 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè),如制造玻璃、陶瓷、水泥等產(chǎn)品的工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。 很久以前,有一艘腓尼基人的大商船來到地中海沿岸的貝魯斯河河口，船上裝了許多天然蘇打的晶體。 中午到了，他們決定在沙洲上埋鍋造飯?？墒巧持奚系教幨擒涇浀募?xì)沙，竟找不到可以支鍋的石塊。有人突然想起船上裝的天然結(jié)晶蘇打，于是大家搬來幾十塊壘起鍋灶，然后架起木柴燃了起來。當(dāng)他們吃完飯收拾餐具準(zhǔn)備回船時，只見鍋下沙子上有種東西晶瑩發(fā)光，大家以為發(fā)現(xiàn)了寶貝。其實，這是在燒火做飯時，支著鍋的蘇打塊在高溫下和地上的石英砂發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了玻璃。 聰明

2、的腓尼基人很快就學(xué)會了制作方法，他們把玻璃液制成大大小小的玻璃珠。這些好看的珠子很快就受到外國人的歡迎，一些有錢人甚至用黃金和珠寶來兌換，腓尼基人由此發(fā)了大財。 玻璃的發(fā)現(xiàn) 蘇打塊和石英砂在高溫下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了玻璃。一、玻璃討論:同學(xué)們在日常生活中接觸過哪些玻璃制品?實驗室玻璃儀器石英玻璃管玻璃杯玻璃藝術(shù)品玻璃金字塔思考討論：1、制造玻璃的主要原料是什么？2、玻璃窖中主要發(fā)生了哪些反應(yīng)？3、玻璃的主要成分是什么？4、玻璃為什么可以被人工吹成不同形狀的制品？一、玻璃純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2) 2、反應(yīng)原理： 復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)：Na2CO3+

3、SiO2= Na2SiO3+CO2 高溫 CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2 高溫3、主要成分：1、原料：硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)學(xué)與問玻璃為什么可以被人工吹制成形狀不同的制品？玻璃沒有一定的熔點，而是在某個范圍內(nèi)逐漸軟化，在軟化狀態(tài)時，可以被吹成任何形狀的制品玻璃態(tài)物質(zhì)定義特性實例沒有一定的熔點而在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。（介于晶體與非晶體之間。）沒有固定的熔點。玻璃特殊玻璃：在生產(chǎn)過程中加入不同的物質(zhì)，調(diào)整玻璃的化學(xué)組成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃。硼硅酸鹽玻璃：性能：膨脹系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好，更耐高溫和耐化學(xué)腐蝕 用途:

4、 高級化學(xué)儀器過量的SiO2或加入B2O3光學(xué)玻璃：性能：透光性能好、折光率高用途：眼鏡片、照相機、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡中的透鏡等光學(xué)儀器 加入PbO藍(lán)色(Co2O3)紅色 (Cu2O) 淡綠色 (FeO)彩色玻璃：金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)特征顏色。方法：普通玻璃在鋼化爐里加熱軟化，取出后再急速冷卻。鋼化玻璃（工藝處理）用途: 工藝玻璃制品用途: 汽車或火車車窗性能: 機械強度大、抗震烈、不易破碎；碎塊無棱角變色玻璃 光CuO2AgBr 2Ag+Br2資料卡片 含有AgBr （或AgCl）和微量CuO的玻璃是一種變色玻璃。當(dāng)受到太陽光或紫外線照射時，其中的AgBr發(fā)生分解，產(chǎn)生

5、銀原子。當(dāng)銀原子聚集到一定數(shù)量時，射在玻璃上的光大部分被吸收，原來無色透明的玻璃這時就會變成灰黑色。當(dāng)把變色后的玻璃放到暗處時，在CuO的催化作用下，銀原子和溴原子又會結(jié)合生成AgBr。于是，玻璃又變成無色透明。這就是變色玻璃變色的基本原理。 用變色玻璃制作窗玻璃，可使烈日下透過的光線變得柔和且有陰涼感。變色玻璃也可用于制作太陽鏡片等。 夾層玻璃：是由堅韌的聚乙烯醇縮丁醛（PVB） 膠片將兩塊玻璃板在一定溫度和壓 力下粘結(jié)成一個整體。 它可由退火玻璃、鋼化玻璃或熱增強 玻璃來制成。當(dāng)夾層玻璃破碎時， 玻璃碎片粘在塑料中間層上。 因此，夾層玻璃可以減少玻璃碎片對 人身和財產(chǎn)的傷害。開闊視野 *中

6、空玻璃的特點: 具有良好的保溫、隔熱、隔聲等 性能。如在玻璃之間充以各種漫射光材料或電介質(zhì)等，則可獲得更好的聲控、光控、隔熱等效果。 *中空玻璃的用途 :主要用于需要采暖、空調(diào)、防止噪音或結(jié)露以及需要無直射陽光和特殊光的建筑物上。廣泛應(yīng)用于住宅、飯店、賓館、辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、商店等需要室內(nèi)空調(diào)的場合。也可用于火車、汽車、輪船、冷凍柜的門窗等處。 鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃 都屬于安全玻璃開闊視野 玻璃是一種價格低廉的人造寶石，用于仿制天然珠寶玉石，如玉髓、石英、綠柱石(祖母綠和海藍(lán)寶石)、翡翠、軟玉和黃玉等等。寶石學(xué)上所指的用于仿寶石的玻璃是由石英和少量堿金屬元素如鈣、鈉、鉀或鉛、硼、鋁、

7、鋇的氧化物組成。 區(qū)分玻璃和寶石：用手觸摸樣品，天然寶石有一種冰涼感, 而玻璃則有溫感。寶石都是晶體，傳熱比較快，玻璃是沒結(jié)晶的非晶質(zhì)，傳熱比較慢。用舌尖舐樣品確定涼或溫會更靈敏些。 此外, 用放大鏡觀察, 玻璃的表面和內(nèi)部常有彎曲或旋渦狀的細(xì)線紋，其外觀很象將蜂蜜或膠水倒入清水后加以攪拌時，由于混合不均勻所產(chǎn)生的現(xiàn)象; 玻璃內(nèi)部還經(jīng)常出現(xiàn)圓珠狀、橢圓狀、扁平狀等各種各樣的氣泡，用放大鏡也很容易觀察到。開闊視野玻璃與寶石 從高純度的石英玻璃（SiO2）熔融體中，拉出直徑約100微米的細(xì)絲，就得到石英玻璃纖維。其傳導(dǎo)光的能力非常強，所以又稱光導(dǎo)纖維，簡稱光纖。 玻璃的新發(fā)展1.光導(dǎo)纖維（光纖）圖

8、3-32 光導(dǎo)纖維優(yōu)點：信息容量大?？赏瑫r容納10億人通話或傳送多套電視節(jié)目質(zhì)量小而且細(xì)：每千米27g不怕腐蝕，鋪設(shè)方便抗干擾性能好，通訊質(zhì)量高，能防竊聽；成本低：每千米1萬元左右醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明1.普通玻璃是 （混合物、純凈物），可在一定溫度范圍內(nèi)軟化，這是因為玻璃是一種 物質(zhì)，沒有固定的 ?；旌衔锊ＡB(tài)熔點反饋練習(xí)：2.下列關(guān)于玻璃的敘述正確的是（ ） A.制普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石、石英 B.普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅 C.玻璃是幾種成分熔化在一起的晶體 D.玻璃是硅酸鈉鹽，有一定的熔點AB3.工業(yè)上制造一般的光學(xué)玻璃用到的原料是（ ）

9、A、硼砂、燒堿、氧化銅、石英砂 B、純堿、黏土、石英、氧化銅 C、氧化鉛、純堿、石灰石、石英 D、石灰石、純堿、黏土、硼砂4.與普通玻璃具有相同組成的是（ ）A、光學(xué)玻璃 B、有色玻璃 C、鋼化玻璃 D、有機玻璃CC(1)由玻璃的成分決定的。(2)盡可能回收玻璃瓶，其中一部分可重新制造玻璃制品，一部分經(jīng)消毒可再利用。思考1. 玻璃的性能和用途是由什么決定的？如何減少和利用玻璃垃圾？2、什么叫硅酸鹽工業(yè)？試舉出三種硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品。 是以含硅物質(zhì)為主要原料經(jīng)加熱制成硅酸鹽材料的制造工業(yè)叫硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。4、制造玻璃的主要設(shè)備和反應(yīng)條件是什么？3、制造玻璃的主要原料是什么？ 純

10、堿、石灰石、石英 玻璃窯（玻璃熔爐）；反應(yīng)條件是高溫普通玻璃、石英玻璃、光學(xué)玻璃、鋼化玻璃、玻璃纖維、有色玻璃等 藍(lán)色：Co2O3（氧化鈷）；紅色：Cu2O（氧化亞銅）； 淡綠色是因為混有二價亞鐵離子 硅酸鈉（Na2SiO3）、硅酸鈣（CaSiO3）、二氧化硅（SiO2） 7、玻璃的種類很多，試舉出五種玻璃名稱5、玻璃的主要成分是什么？6、制造玻璃過程中，加入什么物質(zhì)后玻璃呈藍(lán)色？加入什么呈紅色？普通玻璃呈淡綠色是因為混有什么？二、陶瓷 陶器的發(fā)明是人類早期科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一個重要的里程碑，是人類第一次學(xué)會用黏土等天然物為原料，通過物理方法和化學(xué)反應(yīng)制造出來的一種有用的人造材料。同學(xué)們在日常

11、生活中接觸過哪些陶瓷制品?討論:圖3-25 秦兵馬俑是陶制品圖3-26 景德鎮(zhèn)瓷器聞名世界我國陶都江蘇宜興的陶器和瓷都江西景德鎮(zhèn)的瓷器，在世界上都享有聲譽。瓷器（英文名china）成為中華民族文化的象征之一。 器別比較項陶器瓷器溫度最低甚至達到800以下，最高可達1100左右 大都在1200以上，甚至有的達到1400左右 質(zhì)地陶器燒成溫度低，坯體并未完全燒結(jié)，胎體硬度較差 瓷器的燒成溫度高，胎體基本燒結(jié) 原料黏土 高嶺土 透明度不具備半透明特性 半透明 釉料陶器有不掛釉和掛釉的兩種，掛釉的陶器釉料在較低的溫度下燒成在高溫下與胎體一次燒成；在高溫素?zé)ド显賿斓蜏赜?，第二次低溫?zé)?陶器、瓷器的區(qū)

12、別比較：二、陶瓷主要原料生產(chǎn)過程反應(yīng)條件種類性能黏土、高嶺土 混合、成型干燥、燒結(jié)冷卻高溫土器、陶器炻器、瓷器抗氧化、抗酸堿耐腐蝕、耐高溫絕緣、易成型圖3-27 陶器制造過程示意圖 一般燒制的陶瓷制品，表面比較粗糙，而且有不同程度的滲透性。但日常生活中的許多陶瓷制品，表面光滑、不滲水，而且色彩豐富，非常漂亮。這是因為燒制前在坯體表面涂上一層彩釉的緣故。在普通釉料中加入一些重金屬離子即可制得彩釉。加入的重金屬離子不同，空氣用量不同，彩釉的顏色不同。加入釉料的金屬元素?zé)茣r的空氣用量與彩釉顏色空氣過量空氣不足Fe黃、紅、褐、黑藍(lán)、綠Cu藍(lán)綠紅Mn紫、褐紫、黑褐Cr黃、綠、褐藍(lán)綠Co藍(lán)、淡藍(lán)藍(lán) 在普

13、通釉料中加入不同的金屬元素，燒制時的空氣用量不同，都會影響彩釉的顏色，這對你有什么啟示？陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點。一些耐高溫、耐高壓的新型陶瓷被用來代替鋼材使用。生活餐具、電器絕緣瓷、實驗室坩堝和蒸發(fā)皿。學(xué) 與 問1、在普通釉料中加入不同的金屬元素，燒制時生成不同的金屬氧化物，不同金屬氧化物的顏色不同；2、燒制時空氣用量不同，得到金屬離子的氧化態(tài)不同，顏色也不同享有盛譽的中國古代陶瓷耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等制造發(fā)動機和航天飛機的防護片陶瓷的新發(fā)展2. 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷性能用途 氮化硅陶瓷硬度大，本身具有潤滑性，耐磨損，抗腐蝕，抗氧化，能

14、抵抗冷熱沖擊，可用來制造軸承、汽輪機葉片、永久性模具、機械密封環(huán)等機械構(gòu)件，還可以用來制柴油機。陶瓷發(fā)動機氮化硅陶瓷 新型結(jié)構(gòu)陶瓷除氮化硅陶瓷外，還有很多品種，如碳化硼陶瓷、二氧化鋯陶瓷、碳化硅陶瓷、鈉米陶瓷等等，它們廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、原子能工業(yè)、宇航事業(yè)等方面。 三、水泥主要原料主要設(shè)備 反應(yīng)條件 主要成分 主要性能粘土石灰石石膏（輔料）水泥回轉(zhuǎn)窯高溫硅酸三鈣3CaOSiO2硅酸二鈣2CaOSiO2鋁酸三鈣3CaOAl2O3水硬性（水泥與水摻和、攪拌并經(jīng)靜置后很容易凝固變硬，這就叫做水泥的水硬性）原料研磨混合 煅燒 (回轉(zhuǎn)窯)水泥加入石膏水泥用途：水泥砂漿：水泥、沙子和水的混合物。是建筑

15、黏合劑?；炷粒核?、沙子和碎石的混合物?；炷脸Ｓ娩摻钭鼋Y(jié)構(gòu)，這就是常說的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水泥的性能是如何表示的？水泥回轉(zhuǎn)窯原料中的石膏的作用是什么？用強度等級來表示水泥的不同性能。常用的硅酸鹽水泥分為42.5、52.5、62.5三個等級。等級越高，性能越好。延緩水泥的硬化中國水泥工業(yè)明天更美好 撫今追昔，我國水泥工業(yè)在過去的歲月里經(jīng)歷了曲折而又輝煌的發(fā)展歷程。 1892年，啟新水泥廠在唐山建立，拉開了我國水泥工業(yè)發(fā)展的序幕。但由于戰(zhàn)亂不斷和外來侵略，到1949年新中國成立時，我國水泥生產(chǎn)技術(shù)仍非常落后 20世紀(jì)5060年代，我國水泥工業(yè)的發(fā)展取得長足進步。 20世紀(jì)7080年代，尤其是改革開放以來，國民經(jīng)濟的穩(wěn)步高速發(fā)展帶動了我國水泥工業(yè)技術(shù)的快速進步和水泥產(chǎn)量的迅猛增長。1985年產(chǎn)量達1.46億噸，居世界第一 。 目前，我國水泥工業(yè)正沿著國際水泥工業(yè)的發(fā)