高二人教版化学选修一优质课件：3_3玻璃、陶瓷和水泥

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第三节 玻璃、陶瓷和水泥 第 3 章 探索生活材料 以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为 硅酸盐工业 , 如制造 玻璃、陶瓷、水泥 等产品的工业都属硅酸盐工业 。 很久以前 , 有一艘腓尼基人的大商船来到地中海沿岸的贝鲁斯河河口，船上装了许多天然苏打的晶体。 中午到了，他们决定在沙洲上埋锅造饭。可是沙洲上到处是软软的细沙，竟找不到可以支锅的石块。有人突然想起船上装的天然结晶苏打，于是大家搬来几十块垒起锅灶，然后架起木柴燃了起来。当他们吃完饭收拾餐具准备回船时，只见锅下沙子上有种东西晶莹发光，大家以为发现了宝贝。其实，这是在烧火做饭时，支着锅的苏打块在高温下和地上的石英砂发生了化学反应，形成了玻璃。 聪明的腓尼基人很快就学会了制作方法，他们把玻璃液制成大大小小的玻璃珠。这些好看的珠子很快就受到外国人的欢迎，一些有钱人甚至用黄金和珠宝来兑换，腓尼基人由此发了大财。 玻璃的发现 苏打块和石英砂在高温下发生了化学反应，形成了玻璃。 一、玻璃 讨论 : 同学们在日常生活中接触过哪些玻璃制品 ? 实验室玻璃仪器 石英玻璃管 玻璃杯 玻璃艺术品 玻璃金字塔 思考讨论： 1 、制造玻璃的主要原料是什么？ 2 、 玻璃窖 中主要发生了哪些反应？ 3 、玻璃的主要成分是什么？ 4 、玻璃为什么可以被人工吹成不同 形状的制品？ 一、玻璃 纯碱 ( Na 2 CO 3 ) 、石灰石 ( CaCO 3 ) 和石英 ( SiO 2 ) 2 、 反应原理： 复杂的 物理、化学 变化，主要反应： Na 2 CO 3 +SiO 2 === Na 2 SiO 3 +CO 2 ↑ 高温 CaCO 3 +SiO 2 === CaSiO 3 +CO 2 ↑ 高温 3 、 主要成分： 1 、 原料 ： 硅酸钠 ( Na 2 SiO 3 ) 、硅酸钙 ( CaSiO 3 ) 、二氧化硅 ( SiO 2 ) 学与问 玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品？ 玻璃没有一定的 熔点 ，而是在某个范围内 逐渐软化 ，在软化状态时，可以被吹成任何形状的制品． 玻璃态物质 定义 特性 实例 没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。（ 介于晶体与非晶体之间 。） 没有固定的熔点。 玻璃 特殊玻璃 ： 在生产过程中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃。 ⑴ 硼硅酸盐玻璃： 性能： 膨胀系数小、化学稳定性好，更耐高温和耐化学腐蚀． 用途 : 高级化学仪器 过量的 SiO 2 或加入 B 2 O 3 ⑵ 光学玻璃：　　 性能： 透光性能好、折光率高 用途： 眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等光学仪器 加入 PbO 蓝色 (Co 2 O 3 ) 　 红色 (Cu 2 O) 　淡绿色 (FeO) ⑶ 彩色玻璃： 金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现特征颜色。 方法： 普通玻璃在钢化炉里加热软化，取出后再急速冷却。 ⑷ 钢化玻璃 （工艺处理） 用途 : 工艺玻璃制品 用途 : 汽车或火车车窗 性能 : 机械强度大、抗震烈、不易破碎；碎块无棱角 变色玻璃 光 CuO 2AgBr 2Ag+Br 2 ● 资料卡片 含有 AgBr （或 AgCl ）和微量 CuO 的玻璃是一种变色玻璃。当受到太阳光或紫外线照射时，其中的 AgBr 发生分解，产生银原子。当银原子聚集到一定数量时，射在玻璃上的光大部分被吸收，原来无色透明的玻璃这时就会变成灰黑色。当把变色后的玻璃放到暗处时，在 CuO 的催化作用下，银原子和溴原子又会结合生成 AgBr 。于是，玻璃又变成无色透明。这就是变色玻璃变色的基本原理。 用变色玻璃制作窗玻璃，可使烈日下透过的光线变得柔和且有阴凉感。变色玻璃也可用于制作太阳镜片等。 夹层玻璃： 是由坚韧的聚乙烯醇缩丁醛（ PVB ） 胶片将两块玻璃板在一定温度和压 力下粘结成一个整体。 它可由退火玻璃、钢化玻璃或热增强 玻璃来制成。当夹层玻璃破碎时， 玻璃碎片粘在塑料中间层上。 因此，夹层玻璃可以减少玻璃碎片对 人身和财产的伤害。 开阔视野 * 中空玻璃的 特点 : 具有良好的保温、隔热、隔声等 性能。如在玻璃之间充以各种漫射光材料或电介质等，则可获得更好的声控、光控、隔热等效果。 * 中空玻璃的 用途 : 主要用于需要采暖、空调、防止噪音或结露以及需要无直射阳光和特殊光的建筑物上。 广泛应用于住宅、饭店、宾馆、办公楼、学校、医院、商店等需要室内空调的场合。也可用于火车、汽车、轮船、冷冻柜的门窗等处 。 钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃 都属于 安全玻璃 开阔视野 玻璃是一种价格低廉的人造宝石，用于仿制天然珠宝玉石，如玉髓、石英、绿柱石 ( 祖母绿和海蓝宝石 ) 、翡翠、软玉和黄玉等等。宝石学上所指的用于仿宝石的玻璃是由石英和少量碱金属元素如钙、钠、钾或铅、硼、铝、钡的氧化物组成。  区分玻璃和宝石 ：用手触摸样品，天然宝石有一种冰凉感 , 而玻璃则有温感。宝石都是晶体，传热比较快，玻璃是没结晶的非晶质，传热比较慢。用舌尖舐样品确定凉或温会更灵敏些。 此外 , 用放大镜观察 , 玻璃的表面和内部常有弯曲或旋涡状的细线纹，其外观很象将蜂蜜或胶水倒入清水后加以搅拌时，由于混合不均匀所产生的现象 ; 玻璃内部还经常出现圆珠状、椭圆状、扁平状等各种各样的气泡，用放大镜也很容易观察到。 开阔视野 玻璃 与 宝石 从高纯度的石英玻璃（ SiO 2 ）熔融体中，拉出直径约 100 微米的细丝，就得到 石英玻璃纤维 。其传导光的能力非常强，所以又称 光导纤维 ，简称 光纤 。 玻璃的新发展 1. 光导纤维（光纤） 图 3-32 光导纤维 优点： ① 信息容量大。可同时容纳 10 亿人通话或传送多套电视节目 ② 质量小而且细：每千米 27g 不怕腐蚀，铺设方便 ③ 抗干扰性能好，通讯质量高，能防窃听； ④ 成本低：每千米 1 万元左右 医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明 1. 普通玻璃是 （混合物、纯净物），可在一定温度范围内软化，这是因为玻璃是一种 物质，没有固定的 。 混合物 玻璃态 熔点 反馈练习： 2. 下列关于玻璃的叙述正确的是（ ） A. 制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英 B. 普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 C. 玻璃是几种成分熔化在一起的晶体 D. 玻璃是硅酸钠盐，有一定的熔点 AB 3. 工业上制造一般的光学玻璃用到的原料是（ ） A 、硼砂、烧碱、氧化铜、石英砂 B 、纯碱、黏土、石英、氧化铜 C 、氧化铅、纯碱、石灰石、石英 D 、石灰石、纯碱、黏土、硼砂 4. 与普通玻璃具有相同组成的是（ ） A 、光学玻璃 B 、有色玻璃 C 、钢化玻璃 D 、有机玻璃 C C (1) 由玻璃的成分决定的。 (2) 尽可能回收玻璃瓶，其中一部分可重新制造玻璃制品，一部分经消毒可再利用。 思考 1. 玻璃的性能和用途是由什么决定的？如何减少和利用玻璃垃圾？ 2 、什么叫硅酸盐工业？试举出三种硅酸盐工业产品。 是以含硅物质为主要原料经加热制成硅酸盐材料的制造工业叫硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。 4 、 制造玻璃的主要设备和反应条件是什么？ 3 、 制造玻璃的主要原料是什么？ 纯碱、石灰石、石英 玻璃窑（玻璃熔炉）；反应条件是高温 普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、玻璃纤维、有色玻璃等 蓝色： Co 2 O 3 （氧化钴）； 红色： Cu 2 O （氧化亚铜）； 淡绿色是因为混有二价亚铁离子 硅酸钠（ Na 2 SiO 3 ）、硅酸钙（ CaSiO 3 ）、二氧化硅（ SiO 2 ） 7 、 玻璃的种类很多，试举出五种玻璃名称 5 、 玻璃的主要成分是什么？ 6 、 制造玻璃过程中，加入什么物质后玻璃呈蓝色？加入什么呈红色？普通玻璃呈淡绿色是因为混有什么？ 二、陶瓷 陶器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，是人类第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物理方法和化学反应制造出来的一种有用的人造材料。 同学们在日常生活中接触过哪些陶瓷制品 ? 讨论 : 图 3-25 秦兵马俑是陶制品 图 3-26 景德镇瓷器闻名世界 我国 陶都江苏宜兴 的陶器和 瓷都江西景德镇 的瓷器，在世界上都享有声誉。瓷器（ 英文名 china ）成为中华民族文化的象征之一。 器别比较项 陶器 瓷器 温度 最低甚至达到 800℃ 以下，最高可达 1100℃ 左右 大都在 1200℃ 以上，甚至有的达到 1400℃ 左右 质地 陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结，胎体硬度较差 瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结 原料 黏土 高岭土 透明度 不具备半透明特性 半透明 釉料 陶器有不挂釉和挂釉的两种，挂釉的陶器釉料在较低的温度下烧成 ① 在高温下与胎体一次烧成；②在高温素烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成 陶器、瓷器的区别 比较： 二、陶瓷 主要原料 生产过程 反应条件 种类 性能 黏土、 高岭土 混合、成型干燥、烧结冷却 高温 土器、陶器炻器、瓷器 抗氧化、抗酸碱耐腐蚀、耐高温绝缘、易成型 图 3-27 陶器制造过程示意图 一般烧制的陶瓷制品，表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。但日常生活中的许多陶瓷制品，表面光滑、不渗水，而且色彩丰富，非常漂亮。 这是因为烧制前在坯体表面涂上一层彩釉的缘故。 在普通釉料中加入一些重金属离子即可制得彩釉。 加入的重金属离子不同，空气用量不同，彩釉的颜色不同。 加入釉料的金属元素 烧制时的空气用量与彩釉颜色 空气过量 空气不足 Fe 黄、红、褐、黑 蓝、绿 Cu 蓝绿 红 Mn 紫、褐 紫、黑褐 Cr 黄、绿、褐 蓝绿 Co 蓝、淡蓝 蓝 在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时的空气用量不同，都会影响彩釉的颜色，这对你有什么启示？ 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。一些耐高温、耐高压的新型陶瓷被用来代替钢材使用。 生活餐具、电器绝缘瓷、实验室坩埚和蒸发皿。 学 与 问 1 、在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时生成不同的金属氧化物，不同金属氧化物的颜色不同； 2 、烧制时空气用量不同，得到金属离子的氧化态不同，颜色也不同 享有盛誉的中国古代陶瓷 耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等 制造发动机和航天飞机的防护片 陶瓷的新发展 2. 高温结构陶瓷 性能 用途 氮化硅陶瓷硬度大，本身具有润滑性，耐磨损，抗腐蚀，抗氧化，能抵抗冷热冲击，可用来制造轴承、汽轮机叶片、永久性模具、机械密封环等机械构件，还可以用来制柴油机。 陶瓷发动机 —— 氮化硅陶瓷 新型结构陶瓷除 氮化硅 陶瓷外，还有很多品种，如 碳化硼 陶瓷、 二氧化锆 陶瓷、 碳化硅 陶瓷、 钠米 陶瓷等等，它们广泛应用在工农业生产、原子能工业、宇航事业等方面。 高温结构陶瓷 思考： 1 、假如一辆普通的汽车在沙漠里行驶，在汽车零件不坏的情况下，最怕遇到的问题是什么 ? 缺水 为了散热，因为汽车的发动机多是由金属制作，它们在高温时容易损坏，必须用水来冷却。 2 、汽车行驶时，为什么经常要加水 ? 三、水泥 主要原料 主要设备 反应条件 主要成分 主要性能 粘土 石灰石 石膏（辅料） 水泥回转 窑 高温 硅酸三钙 3CaO•SiO 2 硅酸二钙 2CaO•SiO 2 铝酸三钙 3CaO•Al 2 O 3 水硬性 （ 水泥与水掺 和、搅拌并经 静置后很容易 凝固变硬，这 就叫做水泥的 水硬性） 原料 研磨混合 煅烧 ( 回转窑 ) 水泥 加入石膏 水泥用途： ① 水泥砂浆： 水泥、沙子和水的混合物。是建筑黏合剂。 ② 混凝土： 水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土常用钢筋做结构，这就是常说的 钢筋混凝土结构 。 水泥的性能是如何表示的？ 水泥回转窑 原料中的石膏的作用是什么？ 用强度等级来表示水泥的不同性能。常用的硅酸盐水泥分为 42.5 、 52.5 、 62.5 三个等级。等级越高，性能越好。 延缓水泥的硬化 中国水泥工业明天更美好 抚今追昔，我国水泥工业在过去的岁月里经历了曲折而 又辉煌的发展历程。 1892 年，启新水泥厂在唐山建立，拉开了我国水泥工业 发展的序幕。但由于战乱不断和外来侵略，到 1949 年新 中国成立时，我国水泥生产技术仍非常落后 20 世纪 50 ～ 60 年代，我国水泥工业的发展取得长足进步。 20 世纪 70 ～ 80 年代，尤其是改革开放以来，国民经济的 稳步高速发展带动了我国水泥工业技术的快速进步和水泥 产量的迅猛增长。 1985 年产量达 1.46 亿吨，居世界第一 。 目前，我国水泥工业正沿着国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、提高水泥质量和提高劳动生产率为中心，走可持续发展的道路。 1 、下列物质有固定熔点的是： （ ） A 、钢化玻璃 B 、水泥 C 、碳酸钠 D 、水玻璃 2 、在制取水泥、玻璃的生产中，共同使用的原料是 （ ） A 、纯碱 B 、石灰石 C 、石英 D 、焦炭 C B 3 、熔融烧碱应选用的器皿是 （ ） A 、石英坩埚 B 、普通玻璃坩埚 C 、生铁坩埚 D 、陶瓷坩埚 C 4 、某型号水泥主要成分为 Ca 2 SiO x 、 Ca 3 SiO y 、 Ca 3 Al 2 O z 则： X= —— y= —— z= —— 4 5 6 反馈练习：