无机非金属材料作业

5.5在玻璃性质随温度变化的曲线上有两个特征温度Tg和Tf，试说明这两个特征温度的含义及其相对应的黏度。

答：（1）脆性温度Tg。

它是玻璃出现脆性的最高温度，由于这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称为退火温度上限。

在Tg时相应的玻璃黏度约为10的11次幂~10的12次幂Pa-S。

（2）软化温度Tf。

它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度，指玻璃在自重的作用下开始出现变形的温度。

无论玻璃组成如何，在Tf时相应的玻璃黏度约为10的8次幂Pa-S。

Tf也是玻璃可拉成丝的最低温度。

5.6
5.7
5.8网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使氧硅比增加。

实验观察到当O/Si≈2.5~3.0时，即达到形成玻璃的极限，O/Si＞3时，则不能形成玻璃，为什么？
答：
5.9 试计算下列玻璃的结构参数：Na2O-SiO2，Na20-CaO-Al2O3-2SiO2，Na2O-1/3Al2O3-2SiO2。

5.10玻璃的组成为13Na2O-13CaO-74SiO2（质量分数，计算结构参数和非桥氧的质量分数。

5.11有一组二元硅酸盐熔体，其R值变化为：2、2.5、3、3.5、4.写出熔体一系列性质的变化规律：游离碱含量的变化；氧硅摩尔比的变化；低聚物数量；熔体黏度；形成玻璃的能力；析晶能力。

答：
5.12
答：
5.16 什么是硼反常现象？为什么会产生这些现象？答：。

一、名词解释可塑性：可塑性是指粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开裂，当外力除去以后，仍能保持该形状不变的性能。

结合性：它是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定的干燥强度的能力离子交换性：粘土粒子由于表面层的断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其他离子所置换。

这种性质称为粘土的离子交换性触变性：粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到搅拌或振动时，粘度降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复原来状态，这种性质称为触变性膨化性：粘土加水后，体积会在不同程度上有所增加，这种性质称为膨化性。

收缩：粘土和坯料的收缩实际上可分为三种：干燥收缩、烧成收缩和总收缩。

粘土经110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而产生的体积收缩，称为干燥收缩。

干燥后的粘土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔化等一系列的物理化学变化而导致的体积进一步收缩，称之为烧成收缩。

烧结温度：开口气孔率降至最低，收缩率达到最大，试样致密度最高。

此相应的温度称为完全烧结温度或简称烧结温度耐火度：耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。

二、问答题1. 粘土类原料的主要种类包括哪些？答：粘土是多种微细的矿物的混合体。

它主要是由铝硅酸盐类岩石(火成的、变质的、沉积的)如长石、伟晶花岗岩、斑岩、片麻岩等经长期风化而成。

2. 粘土类原料的化学组成与颗粒组成？答：由于粘土是含水铝硅酸盐的混合体，所以主要化学组成为SiO2、A12O3和结晶水，同时还含有少量的碱金属R2O（K2O、Na2O）与碱土金属氧化物（CaO、MgO），以及着色氧化物(Fe2O3、TiO2)等。

颗粒组成是指粘土中不同大小颗粒的百分比含量。

粘土矿物的颗粒很细，其直径一般小于1~2μm。

粘土的细颗粒（＜1μm的颗粒）愈多则可塑性愈强、干燥收缩大、干后强度高，而且烧结温度低。

3．1．4陶瓷坯料的制备将陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成形性能的多组分混合物称为坯料，根据成形方法的不同，坯料通常可分为三类：1、注浆坯料。

其含水率为28％~35％，如生产卫生陶瓷用的泥浆。

2、可塑坯料。

其含水率18％~25％。

如生产日用陶瓷用的泥团(饼)。

3、压制坯料。

含水率为3％~7％，称为干压坯料；含水率为8％~15％，称为半干压坯料，如生产建筑陶瓷用的粉料。

一、对坯料的质量要求对各种坯料的基本质量要求是配料比较准确，组分均匀，细度合理，所含空气量较少。

对某类坯料还有各自的具体要求，现分述如下。

（一）注浆坯料注浆坯料一般是各种原料和添加剂在水中悬浮的分散体系。

为了便于加工后的贮存、输送及成形，注浆坯料应满足以下要求：1、流动性好。

保证泥浆浇注成形时要能充满模型的各个部位。

流动性用100m1的泥浆从恩格拉粘度计中流出的时间来表示。

一般的瓷坯是10~15s，精陶坯为15~25s。

注浆成形时希望流动性好，但又不希望含水率太高。

因为含水率高会带来成坯速率低、易塌坯、石膏模易老化和坯体干燥慢等一系列困难。

2、悬浮性好。

浆料中各种固体颗粒能在较长的一段时间悬浮而不沉淀的性质称为泥浆的悬浮性。

它是保证坯体组分均匀和泥浆正常输送、贮放的重要性能之一。

粘土的种类和加入量对泥浆悬浮性影响较大，有时也用悬浮剂来提高泥浆的悬浮性能。

3、触变性适当。

受到振动和搅拌时，泥浆粘度会降低而流动性增加，静置后又恢复原状，此外，泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会变稠，这种性质称为触变性。

泥浆的触变性是用厚化系数来表征的，100ml泥浆在恩格拉粘度计中静置30min和30s 后，两者流出时间的比值就是厚化系数。

空心注浆的泥浆厚化系数为1.1~1.4，实心注浆为1.5~2.2。

泥浆触变性过大，容易堵塞泥浆管道，且坯体脱模后易塌落变形；触变性过小，生坯强度较低，影响脱模和修坯。

4、滤过性好。

滤过性也称渗模性，是指泥浆能够在石膏模中滤水成坯的性能。

《无机非金属材料》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握无机非金属材料的基本概念和基础知识，了解无机非金属材料在日常生活和工业生产中的应用，同时培养学生的实践操作能力和问题解决能力。

二、作业内容1. 课堂讨论：让学生分组讨论无机非金属材料的主要类型及其应用场景，每组选择一种典型材料进行详细介绍。

要求学生对材料的特点、制备工艺、应用领域等进行归纳总结。

2. 实验操作：选取一种无机非金属材料（如玻璃、陶瓷、水泥等）进行制备实验，包括材料的制备步骤、制备过程中的注意事项、材料的质量检测等。

要求学生按照实验指导书独立完成实验，并记录实验过程和结果。

3. 案例分析：选择一个实际的无机非金属材料生产案例，让学生分析生产过程中的工艺流程、技术要点、质量控制等，培养学生的工程思维和实践能力。

4. 自我总结：要求学生撰写一篇短文，总结本次课程所学到的无机非金属材料知识，包括基本概念、分类、制备方法、应用领域等，以及自己在实践操作和案例分析中的收获和体会。

三、作业要求1. 作业内容应围绕课程所学知识，结合实际应用进行讨论、实验和案例分析，避免空洞无物。

2. 实验操作应按照实验指导书进行，确保实验安全和材料质量。

3. 案例分析应分析透彻，提出改进建议，具有实际指导意义。

4. 总结短文应简洁明了，重点突出，字数在300字左右。

四、作业评价1. 评价标准：作业完成情况、讨论积极性、实验操作规范性、案例分析深度和广度等。

2. 评价方式：教师评分与学生互评相结合，确保评价的公正性和客观性。

五、作业反馈1. 学生应积极提交作业，并在作业中提出自己在课程学习中的疑惑和收获，以便教师更好地了解学生的学习情况。

2. 教师应对学生的作业进行及时反馈，包括优点和不足，并提出改进建议，以促进学生的学习进步。

3. 教师应收集学生的反馈意见，不断完善和调整作业设计方案，以提高课程质量和学生的学习效果。

通过本次作业设计方案，希望能够帮助学生更好地掌握无机非金属材料的相关知识，提高其实践操作能力和问题解决能力。

《无机非金属材料》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业设计旨在通过《无机非金属材料》的学习，使学生掌握无机非金属材料的基本概念、分类、性质和应用，理解其在日常生活和工业生产中的重要性，培养学生的化学实验能力和科学探究精神，提高学生的化学学科核心素养。

二、作业内容（一）理论知识学习1. 要求学生预习《无机非金属材料》的课程内容，掌握无机非金属材料的定义、分类及常见材料。

2. 了解无机非金属材料的性质，如物理性质、化学性质及工艺性能等。

3. 理解无机非金属材料的应用领域及其在日常生活和工业生产中的作用。

（二）实验操作练习1. 实验准备：学生需提前准备好实验器材和试剂，如坩埚、电炉、酒精灯等。

2. 实验操作：进行硅酸盐类无机非金属材料的制备实验，包括硅酸盐的熔制、成型和性能测试等步骤。

3. 实验记录：要求学生记录实验过程中的数据，包括熔制温度、成型情况及性能测试结果等，为后续的作业分析提供依据。

（三）课后拓展研究1. 学生需通过互联网或图书馆等途径收集无机非金属材料的相关资料，了解其最新研究成果和应用前景。

2. 结合所学知识，分析无机非金属材料在环境保护方面的作用和意义，撰写一篇简短的报告或心得体会。

三、作业要求1. 理论知识学习部分要求学生在预习后能够准确回答相关问题，并能够用自己的语言解释无机非金属材料的基本概念和性质。

2. 实验操作练习部分要求学生按照实验步骤进行操作，并认真记录实验数据。

实验过程中要注意安全，遵守实验室规定。

3. 课后拓展研究部分要求学生积极收集资料，分析无机非金属材料的应用和发展趋势，并撰写一份内容充实、逻辑清晰的报告或心得体会。

报告中应包含对无机非金属材料在环境保护方面作用的详细分析。

四、作业评价教师将根据学生的理论知识掌握程度、实验操作能力及课后拓展研究的深度和广度进行评价。

评价标准包括知识的准确性、实验操作的规范性、数据的真实性以及报告的逻辑性和深度等。

五、作业反馈教师将对每位学生的作业进行详细批改，指出存在的问题和不足，并提出改进意见。

一、名词解释玻璃形成体:玻璃形成体——能单独形成玻璃，在玻璃中能形成个子特有的网络体系的氧化物，成为玻璃的网络形成体，如SiO2、B2O3和P2O5等。

玻璃调整体: 凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物，称为玻璃的网络外体。

它们往往起调整玻璃一些性质的作用。

常见的有Li2O，Na2O，K2O，MgO，CaO，SrO，BaO等。

玻璃中间体: 一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络形成体和网络外体之间的氧化物，称之为中间体，如A12O3，BeO，ZnO，Ga2O3，TiO2、PbO等。

二、问答题1、玻璃原料选择的一般原则？答：1）原料的质量，必须符合要求，而且成分稳定2）易于加工处理3）成本低，能大量供应4）少用过轻相对人体健康有害的原料5）对耐火材料的侵蚀要小2、设计玻璃组成应注意的原则？答：1）根据组成，结构和性质的关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求；2）根据玻璃形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃，析晶倾向小；3）根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制、成形、加工等工序的实际要求；4）所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得.3、试述晶子学说与无规则网络学说的异同点。

答：无规则网络学说：认为按照原子在晶体和玻璃中的作用，形成连续的三维空间网络结构，其结构单元（四面体或三面体）是相同的，但玻璃网络不如晶体网络，晶体网络是有规则、周期性重复排列；玻璃网络是不规则、非周期性的，因而它的内能大于晶体，同时带来了玻璃的各向同性和连续性。

晶子学说：硅酸盐玻璃是有无数“晶子”组成，“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成，所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大，“晶子”分散在无定形介质中，从“晶子”部分的过渡是逐步完成的，两者间无明显界限。

相同点：（1）最小的结构单元是[SiO4]四面体；（2）玻璃具有近程有序、远程无序的结构特点；不同点：两种学说强调的内容不同。

第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料[预习作业]一、硅酸盐材料1．传统的无机非金属材料多为________材料，硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度________、________溶于水、________、________等特点。

2．陶瓷：是以________为主要原料，经高温烧结而成的。

3．玻璃：普通玻璃的主要成分为________、________和________，它是以________、________和________为原料，经混合、粉碎，在________中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。

4．水泥：以________、________为主要原料，在________中煅烧，再加入适量________调节水泥硬化速率后制得产品成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。

二、新型无机非金属材料1．硅和二氧化硅(1)硅元素位于元素周期表中第________周期、第________族，处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于____________________之间，是应用最为广泛的________材料。

(2)硅在自然界主要以________和________的形式存在。

(3)制取粗硅的反应方程式为________________________________________。

(4)二氧化硅可用来生产高性能的现代通信材料________。

2．新型陶瓷：高温结构陶瓷如碳化硅(俗称________)具有硬度________、______________性能。

3．碳纳米材料：主要包括________、______________、________等。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)硅元素在自然界中既有化合态，又有游离态。

( )(2)水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。

( )(3)光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”。

5.3.1传统无机非金属材料1．下列不属于传统硅酸盐产品的是A ．玻璃B ．水泥C ．石墨烯D ．陶瓷2．石灰石是一种重要的工业原料，以下生产所用原料中，不需要．．．石灰石的是 A ．生产玻璃 B ．生产水泥 C ．生产生石灰 D ．生产陶瓷3．常见玻璃为淡绿色，因为原料中混有A ．氧化钴B ．氧化亚铜C ．三价铁离子D ．亚铁离子4．熔融苛性钠应选用的器皿是A ．陶瓷坩埚B ．石英坩埚C ．普通玻璃坩埚D ．铁坩埚5．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡——福建德化县。

德化陶瓷早在宋元时期就是“海上丝绸之路”的重要出口商品。

下列说法不正确．．．的是A ．陶瓷、玻璃和水泥均属于传统无机非金属材料B ．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe 2O 3C ．高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能D ．陶瓷是以粘土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成6．玻璃、水泥、陶瓷和砖瓦都是传统硅酸盐产品，下列关于它们的说法不正确的是A ．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙B ．黑砖中的铁元素主要以氧化铁形式存在C ．《陶者》“陶尽门前土，屋上无片瓦。

十指不沾泥，粼粼居大厦。

”黏土烧制陶器的过程中发生了化学变化D ．工艺师用氢氟酸来腐蚀雕刻玻璃制品7．钾长石(38KAlSi O )是一种钾的铝硅酸盐，可用于制备23Al O 、23K CO 等物质，制备流程如图所示：下列有关说法正确的是A ．上述流程中可以重复利用的物质只有23Na COB ．钾长石用氧化物的形式可表示为2232K O Al O 3SiO ⋅⋅C ．煅烧过程中Si 、K 和Al 元素转化为3CaSiO 、2KAlO 和2NaAlOD ．沉淀过程中的离子方程式为222233CO 2AlO 3H O CO 2Al(OH)--++=+↓ 8．粉上多彩高温瓷器为宋代衡山窑首创，也是我国宋元陶瓷史上的艺术瑰宝。

化学家对元代的粉上多彩高温瓷器文物进行分析发现，其中含有石英颗粒，还有一定量的莫来石(2322Al O SiO x ⋅，1<x<2)、氧化铁、氧化钙和氧化镁。

问答题1、硅酸盐水泥生料在煅烧过程中的物理化学变化？1）干燥与脱水——干燥是物理水的蒸发，脱水是粘土矿物分解放出化合水；2）碳酸盐分解——MgCO 3 = MgO 十CO 2，CaCO 3 = CaO 十CO 2；3）固相反应——形成低钙矿物；4）液相和熟料的烧结——出现液相，C 3S 等形成，形成熟料；5）熟料冷却——熟料温度降低至室温。

2、影响碳酸钙分解速度的因素？1) 温度：随温度升高，分解速度常数K 和压力的倒数差（011p p ）都相应增加，分解时间缩短，分解速度增加。

但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗；预热器和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。

2) 窑系统的CO 2分压：通风良好，CO 2分压较低，有利了碳酸钙的分解。

3) 生料细度和颗粒级配：生料细度细，颗粒均匀，粗粒少，分解速度快。

4) 生料悬浮分散程度：生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。

因此，生料悬浮分散程度是决定分解速度的一个非常重要的因素。

这也是在悬浮预热器和分解炉内的碳酸钙分解速度较回转窑、立波尔窑内快的主要原因之一。

5) 石灰石的种类和物理性质：结构致密、结晶粗大的石灰石，分解速度慢。

6) 生料中粘土质组分的性质：高岭土类活性大、蒙脱石、伊利石次之，石英砂较差。

活性越大的，在800℃下越能和氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反应，生成低钙矿物，可以促进碳酸钙的分解过程。

3、固相反应的影响因素？1．温度、温度梯度和反应时间2．生料的细度及均匀性3．原料性质4．矿化剂4、熟料在烧结过程的影响因素？1) 最低共熔温度2) 液相量3) 液相粘度4) 液相的表面张力5) 氧化钙溶解于熟料液相的速率6) 反应物存在的状态7)熟料形成热化学5、湿法长窑、预热器窑及窑外分解窑的带是如何划分的？各带经历了哪些的物理化学变化？干燥带,这个带的作用主要是自由水的蒸发，因此需要消耗大量的热，该带耗热大约占总热耗的30%~35％。

课下作业(十七)硅二氧化硅无机非金属材料一、选择题(本题包括10个小题，每小题5分，共50分。

每小题只有一个选项符合题意)1．以石灰石、食盐、焦炭、水和空气为主要原料，不能生产的化工产品是() A．漂白粉B．烧碱C．硝酸铵D．玻璃解析：选D。

生产玻璃的原料有纯碱、石灰石、石英。

2．下列表述不．正确的是() A．人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是Al2O3B．化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无机溶剂合成，玛瑙的主要成分是SiO2C．提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料D．用于现代通讯的光导纤维的主要成分是高纯度的硅解析：选D。

光导纤维的主要成分是SiO2，故D错。

3．(2011年东城模拟)下列叙述正确的是() A．含有食品添加剂的食物都对人体有害B．SO2、NO2或CO2都会导致酸雨的形成C．玻璃、水泥的生产都要用石灰石做原料D．棉、毛及合成纤维完全燃烧都只生成CO2和H2O解析：选C。

A项加碘食盐中的KIO3就是一种食品添加剂，对人体健康有利。

B项CO2可导致温室效应，但不能导致酸雨的形成。

D项毛的主要成分为蛋白质，完全燃烧时还产生N2、SO2等。

4．超临界流体(Supercritical Fluid)是温度和压力同时高于临界值的液体，也即压缩到具有接近液体密度的气体，是物质介于气态和液态之间的一种新的状态。

目前应用最广的是超临界二氧化碳，它在中药、香料的萃取分离以及作为溶剂、发泡剂取代氟利昂等方面具有重要价值，下列有关说法中错误的是() A．超临界二氧化碳与CO2的物理性质不同，化学性质相同B．超临界二氧化碳是新合成的一种物质，可能是一种原子晶体C．用超临界二氧化碳溶解萃取物质，可在常温常压下使二氧化碳挥发除去，符合绿色化学的思想D．用超临界二氧化碳代替氟利昂可减轻对臭氧层的破坏解析：选B。

从题给信息可知，超临界流体是指物质介于气态和液态之间的一种新的状态，而不是新合成的一种物质，故B错误。