高中化學(xué)選修一玻璃陶瓷水泥

1、 【學(xué)習(xí)目標(biāo)【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)識到玻璃陶瓷在現(xiàn)代社會、現(xiàn)代科技中的重要作用。 【重點和難點重點和難點】 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)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。料的制造工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。一、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?實驗室玻璃儀器實驗室玻璃儀器石英玻璃管石英玻璃管玻璃杯玻璃杯玻璃藝術(shù)品玻璃藝術(shù)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來到地中海沿岸的

2、貝魯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。斯河河口，船上裝了許多天然蘇打的晶體。 中午到了，他們決中午到了，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，

3、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。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。 聰明的聰明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。甚至用黃金和珠寶來兌換，腓尼基人由此發(fā)了大財。 蘇打塊和石英砂在高溫下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，蘇打塊和石英砂在高

4、溫下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了玻璃。形成了玻璃。一、玻璃一、玻璃純堿純堿( (Na2CO3) )、石灰石、石灰石( (CaCO3) )和石英和石英( (SiO2) ) 2、反應(yīng)原理：反應(yīng)原理： 復(fù)雜的復(fù)雜的物理、化學(xué)物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)：變化，主要反應(yīng)：Na2CO3+SiO2= Na2SiO3+CO2 高溫高溫 CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2 高溫高溫3、主要成分：主要成分：1、原料原料：硅酸鈉硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅、二氧化硅(SiO2)玻璃為什么可以被人工吹制玻璃為什么可以被人工吹制成形狀不同的制品？成形狀不同的制品？玻璃沒有一定的玻

5、璃沒有一定的熔點熔點，而是，而是在某個范圍內(nèi)在某個范圍內(nèi)逐漸軟化逐漸軟化，在，在軟化狀態(tài)時，可以被吹成任軟化狀態(tài)時，可以被吹成任何形狀的制品何形狀的制品玻玻璃璃態(tài)態(tài)物物質(zhì)質(zhì)定義定義特性特性實例實例 沒有一定的熔點而在某一溫度范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)。圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。（介于晶體與非晶體之間。）（介于晶體與非晶體之間。）沒有固定的沒有固定的熔點。熔點。玻璃玻璃特殊玻璃：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)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。組成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃。硼硅酸鹽玻璃：硼硅酸鹽玻璃：性

6、能：性能：膨脹系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性膨脹系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好，更耐高溫和耐化學(xué)腐蝕好，更耐高溫和耐化學(xué)腐蝕 用途用途: : 高級化學(xué)儀器高級化學(xué)儀器過量的過量的SiO2或加入或加入B2O3光學(xué)玻璃：光學(xué)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：眼鏡片、照相機(jī)、望眼鏡片、照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡中的透鏡等光遠(yuǎn)鏡和顯微鏡中的透鏡等光學(xué)儀器學(xué)儀器 加入加入PbOPbO藍(lán)色藍(lán)色(Co(Co2 2O O3 3) )紅色紅色 (Cu(Cu2 2O)O) 淡綠色淡綠色 (FeO(FeO) )彩色玻璃：彩色玻璃：金屬氧化物均勻地分散到金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈玻璃態(tài)物質(zhì)

7、里，使玻璃呈現(xiàn)特征顏色?，F(xiàn)特征顏色。方法：方法：普通玻璃在鋼化爐里加普通玻璃在鋼化爐里加熱軟化，取出后再急速冷卻。熱軟化，取出后再急速冷卻。鋼化玻璃鋼化玻璃（工藝處理）（工藝處理）用途用途: : 工藝玻璃制品工藝玻璃制品用途用途: : 汽車或火車車窗汽車或火車車窗性能性能: : 機(jī)械強(qiáng)度大、抗震烈、機(jī)械強(qiáng)度大、抗震烈、不易破碎；碎塊無棱角不易破碎；碎塊無棱角 夾層玻璃：夾層玻璃：是由堅韌的聚乙烯醇縮丁醛是由堅韌的聚乙烯醇縮丁醛（PVBPVB） 膠片將兩塊玻璃板在一定溫度和壓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。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(qiáng)它可由退火玻璃、

8、鋼化玻璃或熱增強(qiáng) 玻璃來制成。玻璃來制成。當(dāng)夾層玻璃破碎時，當(dāng)夾層玻璃破碎時， 玻璃碎片粘在塑料中間層上。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因此，夾層玻璃可以減少玻璃碎片對 人身和財產(chǎn)的傷害。人身和財產(chǎn)的傷害。 * *中空玻璃的中空玻璃的特點特點: : 具有良好的保溫、隔熱、隔聲等性能。如在玻璃之間充具有良好的保溫、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?？?、隔熱等效果。 *中空玻璃的中空玻璃的用途用途 : 主要用于需要采暖、空調(diào)、防止噪音或結(jié)露以及需要無主要用

9、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。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、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。冷凍柜的門窗等處。 鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃 都屬于安全玻璃都屬于安全玻璃 光光CuO2AgBr 2Ag+Br2 含有含有AgBr （或（或AgCl）和微量）和微量CuO的玻璃是一種變色的玻璃是一種變色玻璃。當(dāng)玻璃。當(dāng)受到太陽光或紫外線照射時，其中的受

10、到太陽光或紫外線照射時，其中的AgBr發(fā)生發(fā)生分解，產(chǎn)生銀原子分解，產(chǎn)生銀原子。當(dāng)銀原子聚集到一定數(shù)量時，射在玻。當(dāng)銀原子聚集到一定數(shù)量時，射在玻璃上的璃上的光大部分被吸收光大部分被吸收，原來無色透明的玻璃這時就會變，原來無色透明的玻璃這時就會變成成灰黑色灰黑色。當(dāng)把變色后的玻璃放到。當(dāng)把變色后的玻璃放到暗處暗處時，在時，在CuO的催化的催化作用下，銀原子和溴原子又會作用下，銀原子和溴原子又會結(jié)合生成結(jié)合生成AgBr。于是，玻。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。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用變色玻璃制作窗

11、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。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（從高純度的石英玻璃（SiO2）熔融體中，拉出直徑約）熔融體中，拉出直徑約100微米的細(xì)絲微米的細(xì)絲，就得到，就得到石英玻璃纖維石英玻璃纖維。其傳導(dǎo)光的能力。其傳導(dǎo)光的能力非常強(qiáng)，所以又稱非常強(qiáng)，所以又稱光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維，簡稱，簡稱光纖光纖。 玻璃的新發(fā)展玻璃的新發(fā)展光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)纖維（光纖）圖圖3-32 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維2021-10-18二、陶瓷二、陶瓷 陶器是人類陶器是人類第一次學(xué)會用黏土第一次學(xué)會用黏土等天然物為原料，通過物等天然物為原

12、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。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)們在日常生活中接觸過哪些陶瓷制品同學(xué)們在日常生活中接觸過哪些陶瓷制品? ?圖圖3-25 秦兵馬俑是陶制品秦兵馬俑是陶制品圖圖3-26 景德鎮(zhèn)瓷器聞名世界景德鎮(zhèn)瓷器聞名世界我國我國陶都江蘇宜興陶都江蘇宜興的陶器和的陶器和瓷都江西瓷都江西景德鎮(zhèn)景德鎮(zhèn)的瓷器，在的瓷器，在世界上都享有聲譽。世界上都享有聲譽。瓷器（瓷器（英文名英文名china）成為中華民族文化成為中華民族文化的象征之一。的象征之一。2021-10-18中國陶瓷珍品之唐三彩中國陶瓷珍品之唐三彩 2021-10-18中中國國陶陶瓷瓷珍

13、珍品品之之明明青青花花中中國國陶陶瓷瓷珍珍品品之之清清青青花花2021-10-18 器別器別比較項比較項陶器陶器瓷器瓷器溫度溫度最低甚至達(dá)到最低甚至達(dá)到800800以下，以下，最高可達(dá)最高可達(dá)11001100左右左右 大都在大都在12001200以上，以上，甚至有的達(dá)到甚至有的達(dá)到14001400左右左右 質(zhì)地質(zhì)地陶器燒成溫度低，坯體并未陶器燒成溫度低，坯體并未完全燒結(jié)，胎體硬度較差完全燒結(jié)，胎體硬度較差 瓷器的燒成溫度高，瓷器的燒成溫度高，胎體基本燒結(jié)胎體基本燒結(jié) 原料原料黏土黏土 高嶺土高嶺土 透明度透明度不具備半透明特性不具備半透明特性 半透明半透明 釉料釉料陶器有不掛釉和掛釉的兩種，陶

14、器有不掛釉和掛釉的兩種，掛釉的陶器釉料在較低的溫掛釉的陶器釉料在較低的溫度下燒成度下燒成在高溫下與胎體一在高溫下與胎體一次燒成；次燒成；在高溫素在高溫素?zé)ド显賿斓蜏赜?，燒胎上再掛低溫釉，第二次低溫?zé)傻诙蔚蜏責(zé)?陶器、瓷器的區(qū)別陶器、瓷器的區(qū)別二、陶瓷二、陶瓷主要原料主要原料生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程反應(yīng)條件反應(yīng)條件種類種類性能性能黏土、黏土、高嶺土高嶺土 混合、成型混合、成型干燥、燒結(jié)干燥、燒結(jié)冷卻冷卻高溫高溫土器、陶器土器、陶器炻器、瓷器炻器、瓷器抗氧化、抗酸堿抗氧化、抗酸堿耐腐蝕、耐高溫耐腐蝕、耐高溫絕緣、易成型絕緣、易成型圖3-27 陶器制造過程示意圖復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變

15、化 黏土（黏土（AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O）高嶺石Al4(Si4O10)OH8，除Al2O3外，還含SiO2。唐唐三三彩彩 在普通釉料中加入一些重金屬離子，可制成彩釉。將彩釉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。涂在坯體上進(jìn)行燒制即制成絢麗多彩的瓷器。景景泰泰藍(lán)藍(lán) 對于一般燒制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎樣對于一般燒制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎樣彌補？彌補？ 表面比較粗糙，而且有不同程度的滲透性。燒制前在坯表面比較粗糙，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

16、水。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。在普通釉料中加入一些重金屬離子即可制得彩釉。加入加入的重金屬離子不同，空氣用量不同，彩釉的顏色不同。的重金屬離子不同，空氣用量不同，彩釉的顏色不同。加入釉料的金屬加入釉料的金屬元素元素?zé)茣r的空氣用量與彩釉顏色燒制時的空氣用量與彩釉顏色空氣過量空氣過量空氣不足空氣不足FeFe黃、紅、褐、黑黃、紅、褐、黑藍(lán)、綠藍(lán)、綠CuCu藍(lán)綠藍(lán)綠紅紅MnMn紫、褐紫、褐紫、黑褐紫、黑褐CrCr黃、綠、褐黃、綠、褐藍(lán)綠藍(lán)綠CoCo藍(lán)、淡藍(lán)藍(lán)、淡藍(lán)藍(lán)藍(lán) 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、

17、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。替鋼材使用。生活餐具、電器絕緣瓷、實驗室坩堝和蒸發(fā)生活餐具、電器絕緣瓷、實驗室坩堝和蒸發(fā)皿。皿。陶瓷的應(yīng)用陶瓷的應(yīng)用耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等密度小等制造發(fā)動機(jī)和航天飛機(jī)的防護(hù)片制造發(fā)動機(jī)和航天飛機(jī)的防護(hù)片陶瓷的新發(fā)展陶瓷的新發(fā)展高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷性能性能用途用途陶瓷發(fā)動機(jī)陶瓷發(fā)動機(jī)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷性性 能能 用用 途途 熔點高熔點高 坩堝、高溫爐管坩堝、高溫爐管 硬

18、度大硬度大 剛玉球磨機(jī)剛玉球磨機(jī) 透明、耐高溫透明、耐高溫 高壓鈉燈燈管高壓鈉燈燈管 備注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在備注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決，由年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（1400）強(qiáng)烈腐蝕的特）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈。年才制取第一支高壓鈉燈。高純氧化鋁透明陶瓷管高純氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品氧化鋁陶瓷制品陶瓷的新發(fā)展陶瓷的新發(fā)展高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷紅寶石和藍(lán)寶石及人造寶石紅寶石和藍(lán)寶石及人造寶石壓電陶瓷壓電陶瓷 利用陶瓷，還可實現(xiàn)利用陶瓷，還可實現(xiàn)多種功能互換。如

19、安多種功能互換。如安放在打火機(jī)中的壓電放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打即刻陶瓷，一經(jīng)敲打即刻產(chǎn)生一個電火花，將產(chǎn)生一個電火花，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 超導(dǎo)陶瓷：超導(dǎo)陶瓷： 所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電阻隨溫度的升高而增大，當(dāng)阻隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬的溫度降低時，它的電金屬的溫度降低時，它的電阻減小阻減小, ,當(dāng)溫度降到當(dāng)溫度降到-269-269（液氮溫度，為（液氮溫度，為4K4K）左右時，）左右時，水銀的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)水銀的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象象叫超導(dǎo)現(xiàn)象 我國研制的超導(dǎo)陶瓷的臨界我國研制的超導(dǎo)陶瓷的臨界溫度為溫度為77K77K，處于世界領(lǐng)

20、先，處于世界領(lǐng)先水平。水平。 高樓大廈高樓大廈 磚房磚房三、水泥三、水泥主要原料主要原料主要設(shè)備主要設(shè)備 反應(yīng)條件反應(yīng)條件 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（輔料）（輔料）水泥回轉(zhuǎn)水泥回轉(zhuǎn)窯窯高溫高溫硅酸三鈣硅酸三鈣3CaO3CaOSiOSiO2 2硅酸二鈣硅酸二鈣2CaO2CaOSiOSiO2 2鋁酸三鈣鋁酸三鈣3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3水硬性水硬性（水泥與水摻水泥與水摻和、攪拌并經(jīng)和、攪拌并經(jīng)靜置后很容易靜置后很容易凝固變硬，這凝固變硬，這就叫做水泥的就叫做水泥的水硬性）水硬性） 煅燒煅燒 (回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯)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？水泥回轉(zhuǎn)窯原料中的石膏的作用是什么？原料中的石膏的作用是什么？用強(qiáng)度等級來表示水泥的不同性能。常用的硅酸鹽水泥分用強(qiáng)度等級來表示水泥的