第七章 第二节 硅酸盐工业简介
新型无机非金属材料
主讲人：王立新
[基础知识]
（一）第二节
硅酸盐工业是指以含硅物质为原料经加热制成硅酸盐产品（如水泥、玻璃、陶瓷等）的工业。
1.了解水泥、玻璃制造的主要原料和主要化学反应及水泥、玻璃的主要成份、性质及用途。
2.对陶瓷材料的性能有大致印象。
3.根据制取玻璃投料的质量配比，计算氧化物的组成。
4.使学生对化学与生产、生活实际的联系有进一步认识。
（二）第三节
对新型无机非金属材料有一大致印象，使学生了解一些当今前沿的新材料，激发学生学习兴趣和热情。
1.无机非金属材料。
2.高温结构陶瓷。
3.光导纤维。
[学习指导]
1.硅酸盐工业的特点是什么？其主要产品是什么？
答：硅酸盐工业的特点是：①原料为含硅的化合物；②生产时需要高温；③生产过程中有物理变化和化学变化；④产品是硅酸盐。
硅酸盐工业产品是：玻璃、水泥、陶瓷。
2.制造玻璃的主要原料在玻璃窑中熔化后，发生了哪些主要的化学反应？写出有关化学反应方程式。
答：制玻璃的主要原料在玻璃窑中的反应：
3.无机非金属材料分为哪两类？
答：无机非金属材料分为：①传统无机非金属材料即硅酸盐材料；②新型无机非金属材料。包括半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等等。
4.光缆通讯的优点有哪些？
答：容量大，抗干扰性好，不发生是磁辐射，通讯质量高；防窃听（安全性能高）等。
5.人造宝石主要有哪几种？其化学组成分别是什么？人造宝石的主要性能和用途有哪些？
答：人造宝石主要有：人造金刚石、人造红宝石和蓝宝石。
其组成：人造金刚石为碳；人造红宝石为（刚玉）和少量氧化铬；人造蓝宝石为（刚玉）和少量钛。
主要性能：高硬度；优良的光学性能。
用途：装饰品；工业材料。如人造红宝石常用来制造钟表的轴承，还可用作固体激光器。人造蓝宝石可用于制造光学仪器。人造金刚石也可用在钻探、磨削等行业。
例题精析
6.普通玻璃的主要成分为。
（1）试计算普通玻璃中相当含有，和的质量分数各是多少？
（2）制造50普通玻璃，需要纯碱，碳酸钙和二氧化硅各多少千克？
分析：可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成为：6
解：（1）∵M（）=，M（）=，M（）=
∴的质量分数为：
=
的质量分数为：
=
的质量分数为：
=
（2）由普通玻璃中各氧化物的质量分数，可计算出50普通玻璃中、、的含量。
∵m（），
m（），
m（），
∴m（）：
=
m（）：
=
m（）：
答：
（1）普通玻璃中的质量分数为13%，的质量分数为11.7%，的质量分数为75.3%。
（2）制50普通玻璃，需要纯碱11.11，碳酸钙10.45,二氧化硅37.65.
7.下列溶液中可以盛在玻璃瓶中但不能用磨口玻璃塞的是（ ）
A．硅酸钠溶液 B.氢氟酸
C.氢氧化钠溶液 D.氯化钠溶液
分析：玻璃的主要成份之一是二氧化硅，它能与氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅与氢氧化钠溶液反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞。氯化钠溶液不与玻璃中各成分反应。
答案：A、C.
8.某玻璃厂备有石灰石500吨，纯碱750吨，石英2400吨。计算上述原料能生产普通玻璃多少吨？（普通玻璃成分为13%，11.7%,75.3%）
分析：关系式法。因普通玻璃制作时，对三种原料的需要量是按比例的，现给定三种质量，首先要进行计算，确定题中所给三个质量中最小量为标准，以推算玻璃的产量。
解：普通玻璃中，各氧化物的物质的量之比为
n（）:n（）:n（）
∴n（）:n（）:n（）=1:1:6
而题中所给原料的物质的量之比为
n（）:n（）:n（）
显然、有剩余。
设500吨石灰石折合吨
～
56 100 =280吨
500吨
∴普通玻璃为280吨11.7%=2393.16吨
答:制得普通玻璃2393.16吨.
[巩固提高]
一.选择题.
1.下列物质有固定熔沸点的是( )
A．玻璃 B．水玻璃
C．漂白粉 D．
2.水泥中加入石膏的作用是( )
A．增加水泥的机械强度
B．调节水泥的硬化速率
C．降低水泥成本
D．扩大水泥的使用范围
3.下列物质不属于硅酸盐类的是( )
A．粘土 B．硅石
C． D．
4.制水泥、陶瓷都需要的原料是（ ）
A．纯碱 B．石英 C．粘土 D．石灰石
5.石灰石是许多工业的原料之一,但制取下列物质不需用石灰石的是( )
A．制漂白粉 B．制水泥
C．制玻璃 D．制烧碱
6.下列硅酸盐用氧化物形式表示,错误的是( )
A．表示为
B．
C．表示为
D．
7.某玻璃中含、、的质量比为10:9:58，则玻璃的组成为（ ）
A．
B．
C．
D．
8.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
9.在一定条件下，下列物质不能和二氧化碳反应的是（ ）
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤高氯酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氢化亚铁 ⑧氮气
A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧
C．⑤⑧ D．只有⑤
10.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（ ）
A．它是一种矿物胶，即不燃烧，也不受腐蚀
B．在建筑工业上可以作粘合剂，耐酸水泥掺料
C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定、在空气中不易变质
二.填空题.
1.制玻璃、水泥的共同原料是______。
2.在普通玻璃中加入______后，玻璃呈蓝色；加入______，玻璃呈红色；加入______，玻璃呈浅绿色。
3.人类制造和使用的第一种材料是______。
4.新型的氮化硅陶瓷柴油机具有多方面的优越性，它主要利用了氮化硅陶瓷______且______的性质。
5.某型号水泥主要成分有：以Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2O3则x=__ y=__ z=__
6.氢氧化铝胶囊、碳酸氢钠粉剂都因能同胃酸反应，曾用来治疗胃酸过多。三硅酸镁（2MgO·3SiO2·nH2O）和氧氢化铝胶囊一样，在治疗时作用更持久。试写出三硅酸镁同胃酸的主要成分作用的离子反应方程式
_______________________________________
三.计算题.
钾玻璃比普通玻璃（即钠玻璃）具有更好的性能。已知钾玻璃中含15.3%,7.84%,32.94%,43.92%O ①试用氧化物的形式表示钾玻璃的组成。②制100吨这种钾玻璃需的质量是多少？
[自我反馈]
一.填空题
1.D
2.B
3.B
4.C
5.D
6.D
7.A ∵m（）:m（）:m（）=10:9:58
∴n（）：n（）：n（）=
8.C ∵A、B、D三种坩埚的组成成分中含，能跟烧碱反应受到腐蚀：
而生铁坩埚与烧碱不反应。
9.B
10.D
二.填空题.
1.石灰石
2.
3.陶
4.耐高温 不易传热
5.4，5，6
∵Ca2SiOx→2CaO·SiO2 ∴x=4
Ca3SiOy→3CaO·SiO2 ∴y=5
Ca3Al2O3→3CaO·Al2O3 ∴z=6
6.2MgO·3SiO2·nH2O+4H+==2Mg2++3SiO2+(n+2)H2O
三.计算题.
解：（1）钾玻璃中、、、四种元素的原子个数比为：
即钾玻璃的化学式为
，转化为氧化物的形式为：
（2）设的质量为，由元素守恒可得
～
510
100吨
=27.1吨
答：钾玻璃的组成为，需要27.1吨。
解析1
水泥
主要原料––––––主要设备––––––普通水泥主要成分––––––主要性质
硅酸三钙（）
水泥回转窑 硅酸二钙（） 水硬性
铝酸三钙（）
水泥是重要的建筑材料，也是水下工程必不可少的材料。水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆，是建筑用粘合剂。水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。混凝土常用钢筋做结构，这就是我们常说的钢筋混凝土结构，其强度大。
玻璃
主要原料––––––––玻璃窑中发生的主要反应––––––––主要成分––––––––种类
纯碱 普通玻璃
石灰石 石英玻璃
石英（过量） 光学玻璃
解析2
陶瓷
主要原料––––––––生产过程––––––––种类––––––––性能
粘土 混合、成型、干 土器、陶器、 抗氧化、抗酸碱腐蚀
燥、烧结、冷却 瓷器、炻器 耐高温、绝缘、易成型
解析3
1．传统无机非金属材料即硅酸盐材料，具有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但是质脆，经不起热冲击。
2．新型无机非金属材料包括半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等等，其主要特性有：
能承受高温，强度高。
具有光学特性。
具有电学特性。
具有生物功能。
解析4
1．高温结构陶瓷具有能承受高温、不怕氧化、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，弥补了金属材料的不足。
2．高温结构陶瓷包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等多个品种。
解析5
光导纤维即光纤，是利用光纤材料较大的折射率来高质量传导光的纤维，在通讯、医疗、信息处理等多方面有广泛的用途。
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