高中化學(xué)選修一玻璃陶瓷水泥

第三節(jié)玻璃、陶瓷和水泥第3章探索生活材料

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.知道水泥、玻璃和陶瓷的主要成分、生產(chǎn)原料及用途。

2.認(rèn)識(shí)到玻璃陶瓷在現(xiàn)代社會(huì)、現(xiàn)代科技中的重要作用。

【重點(diǎn)和難點(diǎn)】

1.玻璃陶瓷和水泥的主要化學(xué)成分和生產(chǎn)原料。

硅酸鹽工業(yè):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)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。一、玻璃討論:同學(xué)們?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|過哪些玻璃制品?實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器石英玻璃管玻璃杯玻璃藝術(shù)品玻璃金字塔

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(shí)，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(shí)，這是在燒火做飯時(shí)，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。聰明的腓尼基人很快就學(xué)會(huì)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(cái)。

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+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(diǎn)，而是在某個(gè)范圍內(nèi)逐漸軟化，在軟化狀態(tài)時(shí)，可以被吹成任何形狀的制品．玻璃態(tài)物質(zhì)定義特性實(shí)例沒有一定的熔點(diǎn)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(diǎn)。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。⑴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:

高級(jí)化學(xué)儀器過量的SiO2或加入B2O3⑵光學(xué)玻璃：性能：透光性能好、折光率高用途：眼鏡片、照相機(jī)、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)⑶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。⑷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(jī)械強(qiáng)度大、抗震烈、不易破碎；碎塊無棱角

夾層玻璃：是由堅(jiān)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(gè)整體。

它可由退火玻璃、鋼化玻璃或熱增強(qiáng)玻璃來制成。當(dāng)夾層玻璃破碎時(shí)，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(duì)人身和財(cái)產(chǎn)的傷害。開闊視野

*中空玻璃的特點(diǎn):

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(chǎng)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變色玻璃

光CuO2AgBr2Ag+Br2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(shí)，其中的AgBr發(fā)生分解，產(chǎn)生銀原子。當(dāng)銀原子聚集到一定數(shù)量時(shí)，射在玻璃上的光大部分被吸收，原來無色透明的玻璃這時(shí)就會(huì)變成灰黑色。當(dāng)把變色后的玻璃放到暗處時(shí)，在CuO的催化作用下，銀原子和溴原子又會(huì)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。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(qiáng)，所以又稱光導(dǎo)纖維，簡稱光纖。

玻璃的新發(fā)展光導(dǎo)纖維（光纖）圖3-32

光導(dǎo)纖維優(yōu)點(diǎn)：①信息容量大?？赏瑫r(shí)容納10億人通話或傳送多套電視節(jié)目②質(zhì)量小而且細(xì)：每千米27g不怕腐蝕，鋪設(shè)方便③抗干擾性能好，通訊質(zhì)量高，能防竊聽；④成本低：每千米1萬元左右醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測(cè)遙控、照明光纖光纜普通電纜信息量大,每根光纖理論上可同時(shí)通過10億路電話8管同軸電纜每條通話1800路原料來源廣(石英玻璃),節(jié)約有色金屬資源較少質(zhì)量小,每公里27g,不怕腐蝕,鋪設(shè)方便每公里1.6t成本低,每公里1萬元左右每公里20萬元性能好,抗電磁干擾保密性強(qiáng),能防竊聽,不發(fā)生電輻射光學(xué)纖維胃鏡現(xiàn)代通信用光纜用光導(dǎo)纖維做手術(shù)，不用開刀1/15/2023二、陶瓷陶器是人類第一次學(xué)會(huì)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?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|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(yù)。瓷器（英文名china）成為中華民族文化的象征之一。1/15/2023中國陶瓷珍品之唐三彩1/15/2023中國陶瓷珍品之明青花中國陶瓷珍品之清青花1/15/2023器別比較項(xiàng)陶器瓷器溫度最低甚至達(dá)到800℃以下，最高可達(dá)1100℃左右大都在1200℃以上，甚至有的達(dá)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①在高溫下與胎體一次燒成；②在高溫素?zé)ド显賿斓蜏赜裕诙蔚蜏責(zé)商掌?、瓷器的區(qū)別二、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復(fù)雜的物理、化學(xué)變化黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）高嶺石Al4(Si4O10)OH8，除Al2O3外，還含SiO2。唐三彩在普通釉料中加入一些重金屬離子，可制成彩釉。將彩釉涂在坯體上進(jìn)行燒制即制成絢麗多彩的瓷器。景泰藍(lán)對(duì)于一般燒制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎樣彌補(bǔ)？表面比較粗糙，而且有不同程度的滲透性。燒制前在坯體表面涂上一層釉，使成品光滑，不滲水。

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(shí)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)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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)室坩堝和蒸發(fā)皿。陶瓷的應(yīng)用耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等制造發(fā)動(dòng)機(jī)和航天飛機(jī)的防護(hù)片陶瓷的新發(fā)展高溫結(jié)構(gòu)陶瓷性能用途陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)——氮化硅陶瓷氮化硅基陶瓷具有密度小、高強(qiáng)、高硬、高韌性、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、自潤滑、隔熱、電絕緣等一系列優(yōu)良性能。制造發(fā)動(dòng)機(jī)部位的受熱面，提高柴油機(jī)的質(zhì)量，節(jié)省燃料（不用水冷卻，減少熱散失）。Si3N4基陶瓷球軸承沙漠車氮化硅陶瓷部件氧化鋁陶瓷性

能用

途熔點(diǎn)高坩堝、高溫爐管硬度大剛玉球磨機(jī)透明、耐高溫高壓鈉燈燈管備注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（1400℃）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈。高純氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品陶瓷的新發(fā)展高溫結(jié)構(gòu)陶瓷——人造寶石紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是Al2O3（剛玉）。紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物；而藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物。

1900年，科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為2g-4g的紅寶石?，F(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍(lán)寶石。紅寶石和藍(lán)寶石及人造寶石壓電陶瓷利用陶瓷，還可實(shí)現(xiàn)多種功能互換。如安放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打即刻產(chǎn)生一個(gè)電火花，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。

超導(dǎo)陶瓷：所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電阻隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬的溫度降低時(shí)，它的電阻減小,當(dāng)溫度降到-269℃（液氮溫度，為4K）左右時(shí)，水銀的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象．我國研制的超導(dǎo)陶瓷的臨界溫度為77K，處于世界領(lǐng)先水平。高樓大廈磚房三、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3CaO?SiO2硅酸二鈣2CaO?SiO2鋁酸三鈣3CaO?Al2O3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：①水泥砂漿：水泥、沙子和水的混合物。是建筑黏合劑。②混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土常用鋼筋做結(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(qiáng)度等級(jí)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(gè)等級(jí)。等級(jí)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