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1、第二节第二节硅酸盐工业简介硅酸盐工业简介本节学习目标本节学习目标1、对硅酸盐工业及其产品有个大致的印象。、对硅酸盐工业及其产品有个大致的印象。2、通过联系生活、生产的实际，理解化学知、通过联系生活、生产的实际，理解化学知 识在生产生活中的作用。识在生产生活中的作用。3、扩大知识面，增强求知欲。、扩大知识面，增强求知欲。各种建筑玻璃各种建筑玻璃-住宅、车辆、有色玻璃、光学仪器住宅、车辆、有色玻璃、光学仪器各种陶瓷制品各种陶瓷制品-餐具、卫生洁具、艺术品餐具、卫生洁具、艺术品建筑材料建筑材料-水泥、砖、瓦等。水泥、砖、瓦等。以含硅物质为原料，经高温加热而生成的一大类硅酸盐产品，以含硅物质为原料，经
2、高温加热而生成的一大类硅酸盐产品，称硅酸盐工业。称硅酸盐工业。一、水泥一、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普通水泥普通水泥成分成分水泥水泥主要性质主要性质粘土、石灰石粘土、石灰石石英沙石英沙水泥水泥回转窑回转窑高温加热高温加热硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO2硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：铝酸三钙：3CaOAl2O3水硬性水硬性建筑用粘合剂建筑用粘合剂-水泥沙浆（混凝土）：水泥沙浆（混凝土）：水泥、石子、沙子按一定比例的混合物称混凝土，是现代建水泥、石子、沙子按一定比例的混合物称混凝土，是现代建 筑的必备材料。筑的必备材料。混凝土的优点：凝固后非常结实，且
3、和钢材具有相同的澎涨混凝土的优点：凝固后非常结实，且和钢材具有相同的澎涨 系数。系数。0.006619490.654219791.4619855.361998产量产量/亿吨亿吨6420时间时间/年年19491998年我国水泥年产量示意图年我国水泥年产量示意图小资料：水泥和混凝土发现小史小资料：水泥和混凝土发现小史 18世纪中叶，英国工业迅速崛起，建筑师斯密顿奉命在英世纪中叶，英国工业迅速崛起，建筑师斯密顿奉命在英吉利海峡上建造一座灯塔。面对波涛汹涌的大海，斯密顿犯了吉利海峡上建造一座灯塔。面对波涛汹涌的大海，斯密顿犯了愁，由于当时尚没有水泥，灰浆一见水就失去了粘合力，灯塔愁，由于当时尚没有水泥
4、，灰浆一见水就失去了粘合力，灯塔被冲的稀里花拉。于是他动手实验寻求代替石灰的新材料。当被冲的稀里花拉。于是他动手实验寻求代替石灰的新材料。当时粘土烧陶已是成熟的技术，一次斯密顿用石灰石、粘土、砂时粘土烧陶已是成熟的技术，一次斯密顿用石灰石、粘土、砂子和铁渣等经过煅烧，粉碎后用水调和，注入水中，发现这种子和铁渣等经过煅烧，粉碎后用水调和，注入水中，发现这种混合材料不但没有被水冲稀，反而越来越牢固。这样他终于在混合材料不但没有被水冲稀，反而越来越牢固。这样他终于在大海上建起了一座灯塔。大海上建起了一座灯塔。 19世纪中叶，法国建筑师克瓦涅在建造拦河大坝时发现水世纪中叶，法国建筑师克瓦涅在建造拦河大
5、坝时发现水泥的强度仍不够，他从鱼骨中等到启发，把钢筋扎好后，在水泥的强度仍不够，他从鱼骨中等到启发，把钢筋扎好后，在水泥中加入石、沙，用水拌合，再灌入模型。克氏成功了，这种泥中加入石、沙，用水拌合，再灌入模型。克氏成功了，这种新产品在耐压、耐拉伸上的性能极其优良，这就是现代建筑上新产品在耐压、耐拉伸上的性能极其优良，这就是现代建筑上应用的应用的“混凝土混凝土”。 在斯密顿的启发下，另一英国建筑师亚斯普丁作了配方上在斯密顿的启发下，另一英国建筑师亚斯普丁作了配方上的改进，制成了在地面上干而不裂，在水中越来越硬的水泥，的改进，制成了在地面上干而不裂，在水中越来越硬的水泥，并于并于1824年申请了专
6、利。水泥发展到现在品种很多，但基本原年申请了专利。水泥发展到现在品种很多，但基本原料和配方仍沿用至今。料和配方仍沿用至今。二、玻璃二、玻璃阅读阅读P153内容，回答和玻璃有关的问题并完成表内容，回答和玻璃有关的问题并完成表主要原料主要原料 条件条件玻璃窑中发生的主要反应玻璃窑中发生的主要反应玻璃成分玻璃成分高温高温熔融熔融CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2高温高温Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2高温高温Na2SiO3CaSiO3SiO2纯纯 碱碱石石 英英石灰石石灰石几种玻璃的特性和用途几种玻璃的特性和用途种类种类特特 性性用用 途途普通玻璃普通玻
7、璃在较高温度下易软化在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃瓶和杯窗玻璃、玻璃瓶和杯钢化玻璃钢化玻璃耐高温、腐蚀，强度大，质轻抗震耐高温、腐蚀，强度大，质轻抗震运动器材运动器材,微波通讯微波通讯,车窗车窗石英玻璃石英玻璃膨涨系数小膨涨系数小,耐酸碱耐酸碱,质硬质硬,滤光滤光化学仪器，光导纤维，压化学仪器，光导纤维，压电晶体，高压水银灯电晶体，高压水银灯光学玻璃光学玻璃透光性能好，有折光和色散性透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜眼镜片，照相机，显微镜玻璃纤维玻璃纤维耐腐蚀耐腐蚀,不怕烧不导电不吸水不怕烧不导电不吸水,隔热隔热太空飞行服，玻璃钢太空飞行服，玻璃钢小资料：玻璃小资料：玻璃 现代社
8、会中可以说玻璃无处不在，正因为有了它们这个世现代社会中可以说玻璃无处不在，正因为有了它们这个世界才显的五彩缤纷。界才显的五彩缤纷。 我们的祖先在我们的祖先在3000多年前就能够制造玻璃了，距今多年前就能够制造玻璃了，距今3000多多年前的西周就已经将白色穿孔的玻璃珠作为饰品了。但那时的年前的西周就已经将白色穿孔的玻璃珠作为饰品了。但那时的技术不成熟，产量更稀少，古人技术不成熟，产量更稀少，古人“以铜为镜以铜为镜”是例证。没有玻是例证。没有玻璃用纸糊窗，采光性不好，隔热保暖性也差。璃用纸糊窗，采光性不好，隔热保暖性也差。 玻璃是人工制造的复杂的硅酸盐混合物，一般普通钠玻璃玻璃是人工制造的复杂的硅
9、酸盐混合物，一般普通钠玻璃可表示为可表示为Na2OCaO6SiO2。玻璃不是晶体，也不是液体，而。玻璃不是晶体，也不是液体，而是一种过冷的液体，或者是一种未结晶的粘滞液体，称玻璃态是一种过冷的液体，或者是一种未结晶的粘滞液体，称玻璃态物质。玻璃没有固定的熔点，它在一定的范围内软化，软化后物质。玻璃没有固定的熔点，它在一定的范围内软化，软化后可将玻璃加工成各种形状。可将玻璃加工成各种形状。 制造玻璃的原料有石英、石灰石和粘土。炼制过程中还要制造玻璃的原料有石英、石灰石和粘土。炼制过程中还要加辅料，如为了消除气泡，要加入加辅料，如为了消除气泡，要加入“澄清剂澄清剂”，常用的澄清剂，常用的澄清剂有砒
10、霜、芒硝等。这些物质分解生成许多气体，这些气体形成有砒霜、芒硝等。这些物质分解生成许多气体，这些气体形成大气泡可以把玻璃中的小气泡带走。制造特种玻璃还需添加不大气泡可以把玻璃中的小气泡带走。制造特种玻璃还需添加不同添加剂，如光学仪器用的铅玻璃、眼镜片用的有色玻璃等。同添加剂，如光学仪器用的铅玻璃、眼镜片用的有色玻璃等。 玻璃有许多优良的性能，如透光性、折光性、除氢氟酸和玻璃有许多优良的性能，如透光性、折光性、除氢氟酸和热磷酸外，几乎不受酸碱腐蚀。玻璃的硬度仅次于金刚石、碳热磷酸外，几乎不受酸碱腐蚀。玻璃的硬度仅次于金刚石、碳化硅，比一般的金属都硬，但它很脆，这是一大缺点。化硅，比一般的金属都硬
11、，但它很脆，这是一大缺点。 玻璃的种类很多，普通钠玻璃、光学铅玻璃、耐酸碱耐高玻璃的种类很多，普通钠玻璃、光学铅玻璃、耐酸碱耐高温的硼酸盐玻璃、高强度的钢化玻璃、做镜片的有色玻璃、防温的硼酸盐玻璃、高强度的钢化玻璃、做镜片的有色玻璃、防盗的金属夹丝玻璃、折光性能优良的石英玻璃等。盗的金属夹丝玻璃、折光性能优良的石英玻璃等。 有色玻璃是在普通玻璃中加入有色的金属氧化物而等到的，有色玻璃是在普通玻璃中加入有色的金属氧化物而等到的，如红色的玻璃中加入了如红色的玻璃中加入了Cu2O，蓝色的玻璃中加入了，蓝色的玻璃中加入了Co2O3。戴。戴黄色的镜片看东西最清楚；绿色和茶色镜片能吸收紫外线和红黄色的镜片
12、看东西最清楚；绿色和茶色镜片能吸收紫外线和红外线；灰色镜片是中性的，既能阻挡阳光又不改变外界景物的外线；灰色镜片是中性的，既能阻挡阳光又不改变外界景物的颜色。变色镜是在普通玻璃中加入金属卤化物如颜色。变色镜是在普通玻璃中加入金属卤化物如AgBr等制得的。等制得的。 钢化玻璃象钢一样坚硬，它是普通玻璃熔融后急速冷却钢化玻璃象钢一样坚硬，它是普通玻璃熔融后急速冷却制得的。一个制得的。一个800克的钢球从克的钢球从1米高处落到米高处落到6毫米厚的钢化玻璃毫米厚的钢化玻璃上，钢化玻璃毫不受损，而普通玻璃即使上，钢化玻璃毫不受损，而普通玻璃即使10张叠在一起也早张叠在一起也早已粉身碎骨了。钢化玻璃的另一
13、个优点是，不破碎则已，一已粉身碎骨了。钢化玻璃的另一个优点是，不破碎则已，一旦破碎就会变成了碎粒，且无坚锐的棱角，不会伤人。旦破碎就会变成了碎粒，且无坚锐的棱角，不会伤人。三、陶瓷三、陶瓷阅读阅读P154内容，了解下列内容：内容，了解下列内容：主要主要原料原料生产过程生产过程反应反应条件条件种类种类性能性能土器土器-砖、瓦。含杂质的粘土在一定温度下烧制而成。砖、瓦。含杂质的粘土在一定温度下烧制而成。陶器陶器-陶罐、紫砂壶、兵马俑等。陶罐、紫砂壶、兵马俑等。炻器炻器-水缸、砂锅。水缸、砂锅。瓷器瓷器-餐具、艺术品、绝缘瓷、坩埚、蒸发皿。餐具、艺术品、绝缘瓷、坩埚、蒸发皿。 纯净的粘土，烧制温度较
14、高，比陶器瓷体白净、质密。纯净的粘土，烧制温度较高，比陶器瓷体白净、质密。 混合；混合；成型；成型；干燥；干燥；烧结；烧结；冷却。冷却。粘土粘土高温高温土器土器陶器陶器炻器炻器瓷器瓷器抗氧化、抗酸碱腐蚀、抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘耐高温、绝缘易成型。易成型。 陶器的生产是人类发展史上的一个里程碑，是人类最早不陶器的生产是人类发展史上的一个里程碑，是人类最早不用大自然的现成材料而制成的器具，制陶技术可以说是最古老用大自然的现成材料而制成的器具，制陶技术可以说是最古老的材料科学，是人类材料技术的发端。因此，恩格斯把陶器的的材料科学，是人类材料技术的发端。因此，恩格斯把陶器的出现作为新石器时代
15、开始的标志。出现作为新石器时代开始的标志。 一般陶瓷缺点：表面粗糙，有不同程度的渗透性。易破碎。一般陶瓷缺点：表面粗糙，有不同程度的渗透性。易破碎。彩釉：彩釉： 以粘土、石英、长石、硼砂等为原料制成的东西，涂在以粘土、石英、长石、硼砂等为原料制成的东西，涂在瓷器、陶器外表，烧制后发出玻璃光泽，可增强陶瓷的机械强瓷器、陶器外表，烧制后发出玻璃光泽，可增强陶瓷的机械强度、光滑度、绝缘性、防渗漏等。度、光滑度、绝缘性、防渗漏等。彩釉中的彩釉中的金属元素金属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Fe黄黄、红红、褐褐、黑、黑蓝蓝、绿绿Cu蓝蓝、绿绿红红M
16、n紫紫、褐褐褐褐、黑褐黑褐Cr黄黄、绿绿、褐褐蓝绿蓝绿小资料：粘土、青砖和红砖小资料：粘土、青砖和红砖 粘土是某些铝硅酸盐矿物长时间风化的产物，具有较强的粘粘土是某些铝硅酸盐矿物长时间风化的产物，具有较强的粘性而得名。将粘土用水调合后制成砖坯，放在窑中煅烧性而得名。将粘土用水调合后制成砖坯，放在窑中煅烧(约约1000)便制成砖。便制成砖。 我国秦汉时代，制砖我国秦汉时代，制砖(包括陶瓷包括陶瓷)工艺已有相当高的水平。所工艺已有相当高的水平。所谓谓“秦砖汉瓦秦砖汉瓦”是中华民族的骄傲，成为各博物馆的珍藏。是中华民族的骄傲，成为各博物馆的珍藏。 砖的作用虽有几千年历史，但由于取材容易、制造方便、砖
17、的作用虽有几千年历史，但由于取材容易、制造方便、工艺简单和价格便宜，现今仍是各类建筑的墙体材料。工艺简单和价格便宜，现今仍是各类建筑的墙体材料。 砖有红砖和青砖之分，这主要是由于烧制工艺不同的差别：砖有红砖和青砖之分，这主要是由于烧制工艺不同的差别：粘土中含杂质铁粘土中含杂质铁(以氧化物或离子形式存在以氧化物或离子形式存在)，如果砖窑后期不，如果砖窑后期不密封，空气流通，燃烧充分，砖坯在氧化气氛中烧制，粘土中密封，空气流通，燃烧充分，砖坯在氧化气氛中烧制，粘土中的铁就会充分氧化为红色的的铁就会充分氧化为红色的Fe2O3，这就是红砖。如砖窑密封，这就是红砖。如砖窑密封，同时在烧制后期，从窑顶注水
18、，水蒸气跟灼热的煤或炭生成水同时在烧制后期，从窑顶注水，水蒸气跟灼热的煤或炭生成水煤气煤气(CO和和H2)，造成室内的还原气氛，砖坯中的铁转化为氧化，造成室内的还原气氛，砖坯中的铁转化为氧化亚铁，此时砖呈青灰色，是为青砖。青砖质地较质密，硬度和亚铁，此时砖呈青灰色，是为青砖。青砖质地较质密，硬度和强度均优于红砖，但对工艺要求高，制造成本较高。强度均优于红砖，但对工艺要求高，制造成本较高。小资料：陶瓷为何容易破裂？小资料：陶瓷为何容易破裂？ 俗话说：俗话说：“打破沙锅问（纹）到底。打破沙锅问（纹）到底。”沙锅及其他陶瓷制沙锅及其他陶瓷制品脆性大，韧性差，抗拉强度低，耐温变能力也差，这是传统品脆性
19、大，韧性差，抗拉强度低，耐温变能力也差，这是传统陶瓷不容置疑的缺点。那么，陶瓷为什么容易破裂呢？陶瓷不容置疑的缺点。那么，陶瓷为什么容易破裂呢？ 陶瓷脆性大，经不起外力撞击，也不能急冷急热。前者是陶瓷脆性大，经不起外力撞击，也不能急冷急热。前者是陶瓷抗机械冲击性差，后者是抗热冲击性差。两者破裂的过程陶瓷抗机械冲击性差，后者是抗热冲击性差。两者破裂的过程首先都是从陶瓷内部已经存在的微裂纹开始，裂纹逐渐扩展，首先都是从陶瓷内部已经存在的微裂纹开始，裂纹逐渐扩展，直到全部断裂，而且裂纹扩展速度极快，一眨眼就直到全部断裂，而且裂纹扩展速度极快，一眨眼就“纹到底纹到底”了。了。 陶瓷内部的微裂痕是陶瓷易
20、破裂的第一诱因，显微镜下陶瓷内部的微裂痕是陶瓷易破裂的第一诱因，显微镜下可见到陶瓷内部颗粒粗大，有许多气孔，还能发现许多晶体可见到陶瓷内部颗粒粗大，有许多气孔，还能发现许多晶体结构缺陷，如空位、位错和晶界等。这是陶瓷破裂的发源地。结构缺陷，如空位、位错和晶界等。这是陶瓷破裂的发源地。第二，陶瓷不像金属对外界作用能产生塑性形变，进而吸收第二，陶瓷不像金属对外界作用能产生塑性形变，进而吸收扩展裂纹的能量，起到止裂作用。陶瓷属于脆性材料，一旦扩展裂纹的能量，起到止裂作用。陶瓷属于脆性材料，一旦破裂，内部产生的应力立即集中在裂纹尖端，推动裂纹迅速破裂，内部产生的应力立即集中在裂纹尖端，推动裂纹迅速扩展
21、，直到断裂。如果在热冲击下，还由于陶瓷的导热性差，扩展，直到断裂。如果在热冲击下，还由于陶瓷的导热性差，热膨涨系数大，热应力因此增加，促使裂纹迅速扩展。热膨涨系数大，热应力因此增加，促使裂纹迅速扩展。 搪瓷是在金属制品的表面涂上类似玻璃的瓷釉，然后在高搪瓷是在金属制品的表面涂上类似玻璃的瓷釉，然后在高温下烧结而得到的一种金属与无机材料结合的复合材料。搪瓷温下烧结而得到的一种金属与无机材料结合的复合材料。搪瓷一般常用钢板、铁、铝、铜、银等作坯体，外层的瓷釉对金属一般常用钢板、铁、铝、铜、银等作坯体，外层的瓷釉对金属起到了保护和装饰的作用。如常用的搪瓷盆、碗、杯、锅等，起到了保护和装饰的作用。如常
22、用的搪瓷盆、碗、杯、锅等，有些电器的外壳也是搪瓷的。有些电器的外壳也是搪瓷的。 我国很早以前就掌握了烧制搪瓷的工艺，明朝宣德至景泰我国很早以前就掌握了烧制搪瓷的工艺，明朝宣德至景泰年间生产出的精细铜胎搪瓷工艺品景泰蓝，至今仍是人们喜爱年间生产出的精细铜胎搪瓷工艺品景泰蓝，至今仍是人们喜爱和珍藏的艺术品。多少年来，搪瓷工艺不断进步、发展，已能和珍藏的艺术品。多少年来，搪瓷工艺不断进步、发展，已能应用于现代化学工业、现代科技等许多领域。例如：化学工业应用于现代化学工业、现代科技等许多领域。例如：化学工业中的反应塔；汽车、火车的排气管；飞机、火箭的耐高温部件中的反应塔；汽车、火车的排气管；飞机、火箭的耐高温部件等都用到了搪瓷。搪瓷还应用于电子、红外、激光、同位素等等都用到了搪瓷。搪瓷还应用于电子、红外、激光、同位素等高技术领域。高技术领域。
