高中化学选修一玻璃陶瓷水泥

1、 【学习目标【学习目标】 1.知道水泥、玻璃和陶瓷的主要成分、生产原料及用途。 2.认识到玻璃陶瓷在现代社会、现代科技中的重要作用。 【重点和难点重点和难点】 1.玻璃陶瓷和水泥的主要化学成分和生产原料。 硅酸盐工业硅酸盐工业: :以含硅物质为主要原料经加热制成硅酸盐材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。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。料的制造工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。一、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?实验室玻璃仪器实验室玻璃仪器石英玻璃管石英玻璃管玻璃杯玻璃杯玻璃艺术品玻璃艺术品玻璃金字塔 很久以前很久以前, ,有一艘腓尼基人的大商船来到地中海沿岸的

2、贝鲁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。斯河河口，船上装了许多天然苏打的晶体。 中午到了，他们决中午到了，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，大家收拾餐具准备回船时，只见锅下沙子上有种东西晶莹发光，

3、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。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。甚至用黄金和珠宝来兑换，腓尼基人由此发了大财。 苏打块和石英砂在高温下发生了化学反应，苏打块和石英砂在高

4、温下发生了化学反应，形成了玻璃。形成了玻璃。一、玻璃一、玻璃纯碱纯碱( (Na2CO3) )、石灰石、石灰石( (CaCO3) )和石英和石英( (SiO2) ) 2、反应原理：反应原理： 复杂的复杂的物理、化学物理、化学变化，主要反应：变化，主要反应：Na2CO3+SiO2= Na2SiO3+CO2 高温高温 CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2 高温高温3、主要成分：主要成分：1、原料原料：硅酸钠硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅、二氧化硅(SiO2)玻璃为什么可以被人工吹制玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品？成形状不同的制品？玻璃没有一定的玻

5、璃没有一定的熔点熔点，而是，而是在某个范围内在某个范围内逐渐软化逐渐软化，在，在软化状态时，可以被吹成任软化状态时，可以被吹成任何形状的制品何形状的制品玻玻璃璃态态物物质质定义定义特性特性实例实例 没有一定的熔点而在某一温度范没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。围内逐渐软化的物质。（介于晶体与非晶体之间。）（介于晶体与非晶体之间。）没有固定的没有固定的熔点。熔点。玻璃玻璃特殊玻璃：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。组成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃。硼硅酸盐玻璃：硼硅酸盐玻璃：性

6、能：性能：膨胀系数小、化学稳定性膨胀系数小、化学稳定性好，更耐高温和耐化学腐蚀好，更耐高温和耐化学腐蚀 用途用途: : 高级化学仪器高级化学仪器过量的过量的SiO2或加入或加入B2O3光学玻璃：光学玻璃：性能：性能：透光性能好、折光率高透光性能好、折光率高用途：用途：眼镜片、照相机、望眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等光远镜和显微镜中的透镜等光学仪器学仪器 加入加入PbOPbO蓝色蓝色(Co(Co2 2O O3 3) )红色红色 (Cu(Cu2 2O)O) 淡绿色淡绿色 (FeO(FeO) )彩色玻璃：彩色玻璃：金属氧化物均匀地分散到金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈玻璃态物质

7、里，使玻璃呈现特征颜色。现特征颜色。方法：方法：普通玻璃在钢化炉里加普通玻璃在钢化炉里加热软化，取出后再急速冷却。热软化，取出后再急速冷却。钢化玻璃钢化玻璃（工艺处理）（工艺处理）用途用途: : 工艺玻璃制品工艺玻璃制品用途用途: : 汽车或火车车窗汽车或火车车窗性能性能: : 机械强度大、抗震烈、机械强度大、抗震烈、不易破碎；碎块无棱角不易破碎；碎块无棱角 夹层玻璃：夹层玻璃：是由坚韧的聚乙烯醇缩丁醛是由坚韧的聚乙烯醇缩丁醛（PVBPVB） 胶片将两块玻璃板在一定温度和压胶片将两块玻璃板在一定温度和压 力下粘结成一个整体。力下粘结成一个整体。 它可由退火玻璃、钢化玻璃或热增强它可由退火玻璃、

8、钢化玻璃或热增强 玻璃来制成。玻璃来制成。当夹层玻璃破碎时，当夹层玻璃破碎时， 玻璃碎片粘在塑料中间层上。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因此，夹层玻璃可以减少玻璃碎片对 人身和财产的伤害。人身和财产的伤害。 * *中空玻璃的中空玻璃的特点特点: : 具有良好的保温、隔热、隔声等性能。如在玻璃之间充具有良好的保温、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。控、隔热等效果。 *中空玻璃的中空玻璃的用途用途 : 主要用于需要采暖、空调、防止噪音或结露以及需要无主要用

9、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。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、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。冷冻柜的门窗等处。 钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃 都属于安全玻璃都属于安全玻璃 光光CuO2AgBr 2Ag+Br2 含有含有AgBr （或（或AgCl）和微量）和微量CuO的玻璃是一种变色的玻璃是一种变色玻璃。当玻璃。当受到太阳光或紫外线照射时，其中的受

10、到太阳光或紫外线照射时，其中的AgBr发生发生分解，产生银原子分解，产生银原子。当银原子聚集到一定数量时，射在玻。当银原子聚集到一定数量时，射在玻璃上的璃上的光大部分被吸收光大部分被吸收，原来无色透明的玻璃这时就会变，原来无色透明的玻璃这时就会变成成灰黑色灰黑色。当把变色后的玻璃放到。当把变色后的玻璃放到暗处暗处时，在时，在CuO的催化的催化作用下，银原子和溴原子又会作用下，银原子和溴原子又会结合生成结合生成AgBr。于是，玻。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。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用变色玻璃制作窗

11、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。柔和且有阴凉感。变色玻璃也可用于制作太阳镜片等。 从高纯度的石英玻璃（从高纯度的石英玻璃（SiO2）熔融体中，拉出直径约）熔融体中，拉出直径约100微米的细丝微米的细丝，就得到，就得到石英玻璃纤维石英玻璃纤维。其传导光的能力。其传导光的能力非常强，所以又称非常强，所以又称光导纤维光导纤维，简称，简称光纤光纤。 玻璃的新发展玻璃的新发展光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）图图3-32 光导纤维光导纤维2021-10-18二、陶瓷二、陶瓷 陶器是人类陶器是人类第一次学会用黏土第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物等天然物为原

12、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。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同学们在日常生活中接触过哪些陶瓷制品? ?图图3-25 秦兵马俑是陶制品秦兵马俑是陶制品图图3-26 景德镇瓷器闻名世界景德镇瓷器闻名世界我国我国陶都江苏宜兴陶都江苏宜兴的陶器和的陶器和瓷都江西瓷都江西景德镇景德镇的瓷器，在的瓷器，在世界上都享有声誉。世界上都享有声誉。瓷器（瓷器（英文名英文名china）成为中华民族文化成为中华民族文化的象征之一。的象征之一。2021-10-18中国陶瓷珍品之唐三彩中国陶瓷珍品之唐三彩 2021-10-18中中国国陶陶瓷瓷珍

13、珍品品之之明明青青花花中中国国陶陶瓷瓷珍珍品品之之清清青青花花2021-10-18 器别器别比较项比较项陶器陶器瓷器瓷器温度温度最低甚至达到最低甚至达到800800以下，以下，最高可达最高可达11001100左右左右 大都在大都在12001200以上，以上，甚至有的达到甚至有的达到14001400左右左右 质地质地陶器烧成温度低，坯体并未陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结，胎体硬度较差完全烧结，胎体硬度较差 瓷器的烧成温度高，瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结胎体基本烧结 原料原料黏土黏土 高岭土高岭土 透明度透明度不具备半透明特性不具备半透明特性 半透明半透明 釉料釉料陶器有不挂釉和挂釉的两种，陶

14、器有不挂釉和挂釉的两种，挂釉的陶器釉料在较低的温挂釉的陶器釉料在较低的温度下烧成度下烧成在高温下与胎体一在高温下与胎体一次烧成；次烧成；在高温素在高温素烧胎上再挂低温釉，烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成第二次低温烧成 陶器、瓷器的区别陶器、瓷器的区别二、陶瓷二、陶瓷主要原料主要原料生产过程生产过程反应条件反应条件种类种类性能性能黏土、黏土、高岭土高岭土 混合、成型混合、成型干燥、烧结干燥、烧结冷却冷却高温高温土器、陶器土器、陶器炻器、瓷器炻器、瓷器抗氧化、抗酸碱抗氧化、抗酸碱耐腐蚀、耐高温耐腐蚀、耐高温绝缘、易成型绝缘、易成型图3-27 陶器制造过程示意图复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变

15、化 黏土（黏土（AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O）高岭石Al4(Si4O10)OH8，除Al2O3外，还含SiO2。唐唐三三彩彩 在普通釉料中加入一些重金属离子，可制成彩釉。将彩釉在普通釉料中加入一些重金属离子，可制成彩釉。将彩釉涂在坯体上进行烧制即制成绚丽多彩的瓷器。涂在坯体上进行烧制即制成绚丽多彩的瓷器。景景泰泰蓝蓝 对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎样对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎样弥补？弥补？ 表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。烧制前在坯表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。烧制前在坯体表面涂上一层釉，使成品光滑，不渗

16、水。体表面涂上一层釉，使成品光滑，不渗水。 在普通釉料中加入一些重金属离子即可制得彩釉。在普通釉料中加入一些重金属离子即可制得彩釉。加入加入的重金属离子不同，空气用量不同，彩釉的颜色不同。的重金属离子不同，空气用量不同，彩釉的颜色不同。加入釉料的金属加入釉料的金属元素元素烧制时的空气用量与彩釉颜色烧制时的空气用量与彩釉颜色空气过量空气过量空气不足空气不足FeFe黄、红、褐、黑黄、红、褐、黑蓝、绿蓝、绿CuCu蓝绿蓝绿红红MnMn紫、褐紫、褐紫、黑褐紫、黑褐CrCr黄、绿、褐黄、绿、褐蓝绿蓝绿CoCo蓝、淡蓝蓝、淡蓝蓝蓝 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、

17、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。替钢材使用。生活餐具、电器绝缘瓷、实验室坩埚和蒸发生活餐具、电器绝缘瓷、实验室坩埚和蒸发皿。皿。陶瓷的应用陶瓷的应用耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等密度小等制造发动机和航天飞机的防护片制造发动机和航天飞机的防护片陶瓷的新发展陶瓷的新发展高温结构陶瓷高温结构陶瓷性能性能用途用途陶瓷发动机陶瓷发动机氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷性性 能能 用用 途途 熔点高熔点高 坩埚、高温炉管坩埚、高温炉管 硬

18、度大硬度大 刚玉球磨机刚玉球磨机 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管高压钠灯灯管 备注：钠蒸气放电发光问题早在备注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400）强烈腐蚀的特）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。高纯氧化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品陶瓷的新发展陶瓷的新发展高温结构陶瓷高温结构陶瓷红宝石和蓝宝石及人造宝石红宝石和蓝宝石及人造宝石压电陶瓷压电陶瓷 利用陶瓷，还可实现利用陶瓷，还可实现多种功能互换。如

19、安多种功能互换。如安放在打火机中的压电放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将产生一个电火花，将机械能转变成电能。机械能转变成电能。 超导陶瓷：超导陶瓷： 所谓超导现象就是金属的电所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电金属的温度降低时，它的电阻减小阻减小, ,当温度降到当温度降到-269-269（液氮温度，为（液氮温度，为4K4K）左右时，）左右时，水银的电阻变为零，这种现水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象象叫超导现象 我国研制的超导陶瓷的临界我国研制的超导陶瓷的临界温度为温度为77K77K，处于世界领

20、先，处于世界领先水平。水平。 高楼大厦高楼大厦 砖房砖房三、水泥三、水泥主要原料主要原料主要设备主要设备 反应条件反应条件 主要成分主要成分 主要性能主要性能粘土粘土石灰石石灰石石膏石膏（辅料）（辅料）水泥回转水泥回转窑窑高温高温硅酸三钙硅酸三钙3CaO3CaOSiOSiO2 2硅酸二钙硅酸二钙2CaO2CaOSiOSiO2 2铝酸三钙铝酸三钙3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3水硬性水硬性（水泥与水掺水泥与水掺和、搅拌并经和、搅拌并经静置后很容易静置后很容易凝固变硬，这凝固变硬，这就叫做水泥的就叫做水泥的水硬性）水硬性） 煅烧煅烧 (回转窑回转窑)水泥水泥加入加入石膏石膏水泥的性能是如何表示的？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？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用强度等级来表示水泥的