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第三节无机非金属材料【学习目标】1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用；2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。
【知识点梳理】一、硅酸盐材料硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。
如制造陶瓷、玻璃、水泥等。
1．陶瓷（1）生产原料：黏土等。
（2）生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却。
（3）陶瓷种类：土器、陶器、炻器、瓷器等。
（4）性能及优点：抗氧化、耐酸碱、耐高温，绝缘，易加工成型等。
（5）特种陶瓷：精细陶瓷（高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能）。
2．玻璃（1）生产原料：纯碱、石灰石和石英石少（含硅物质）。
（2）生产设备：玻璃窑。
（3）生产过程：把原料粉碎，按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化，冷却后即得普通玻璃。
高温高温（4）主要反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
（5）主要成分：普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。
（6）重要性质：玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质。
没有固定的熔点，受热只能慢慢软化。
3．水泥（1）生产原料：石灰石、黏土和其他辅料（如石膏）。
（2）生产设备：水泥回转窑。
（3）生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。
再加入适量石膏磨成细粉，即得普通水泥。
（概括为：“两磨一烧加石膏”）（4）主要成分：硅酸三钙（3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）、铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3）、铁铝酸四钙（4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3）等的混合物。
（5）重要性质：水泥具有水硬性，而且在水中也可硬化。
贮存时应注意防水。
（6）主要用途：制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。
第五章 相 图相图中的一些基本概念：（1） 相（p ）——相是指系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分。
（2） 组份——系统中每一个能单独分离出来并独立存在的化学纯物质。
（3） 独立组份(c)——构成平衡物系所有各相组成所需要的最少组分数。
（4） 自由度(f)——即在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。
（5） 相律——n p c f +-=式中n 为外界的影响因素数。
对于凝聚系统而言，压力这一平衡因素可以忽略（如同电场、磁场对一般热力学体系相图的影响可以忽略一样），加以通常我们是在常压下研究体系和应用相图的，因而相律在凝聚系统中具有如下形式：1+-=p c f水型物质相图的特点：在水的相图上值得一提的是冰的熔点曲线oc 向左倾斜，斜率为负值。
这意味着压力增大，冰的熔点下降。
这是由于冰熔化成水时体积收缩而造成的。
oc 的斜率可以根据克劳修斯-克拉贝隆方程计算：V T H dT dP ∆∆=。
冰熔化成水时吸热△H ＞0，而体积收缩△V ＜0，因而造成dTdP ＜0。
像冰这样熔融时体积收缩的物质统称为水型物质，但这些物质并不多，铋、镓、锗、三氯化铁等少数物质属于水型物质。
可逆和不可逆多晶转变的单元相图：具有可逆多晶转变单元相图，其特点是晶型转变温度低于二个晶相的熔点，而且晶型转变温度点处在稳定相区之内。
即在一定的温度范围内都存在一个稳定的晶相，在晶型转变温度时二相可以互相转变，故称为可逆转变。
这种转变关系可表示为：熔体晶型晶型⇔-⇔-αβ。
具有不可逆多晶转变的单元相图，其特点是晶型转变温度高于二个晶相的熔点，并且晶型转变温度点处在稳定相区之内。
当系统温度低于晶型转变温度时，α相总有转变为β相的自发趋势，α相是不稳定的。
当熔体慢慢冷却时，不能析出α相，而是析出β相；只有当熔体快速冷却时，方能得到介稳的α相。
所以在一般情况下，α相可以转变为β相，但β相不能直接转变为α相，即是不可逆转变过程。
硅酸盐材料1．（双选)下列说法中正确的是（AD）A．普通玻璃呈浅绿色是由于含Fe2＋B．坩埚、烧杯都属于陶瓷制品C．唐三彩是一种玻璃制品D．高温下CaSiO3比CaCO3稳定解析:普通玻璃呈浅绿色是由于含Fe2＋，A正确；烧杯属于玻璃制品,B不正确；唐三彩属于陶瓷制品，C不正确；CaCO3和SiO2在高温下反应生成CaSiO3，所以CaSiO3比CaCO3稳定，D 正确.2．Al2O3·2SiO2·2H2O是一种(B)A．含氧酸B．硅酸盐C．铝酸盐D．混合物解析：硅酸盐常用氧化物的形式来表示。
3．（双选）关于玻璃的叙述中,错误的是（AC）A．是晶体，有一定的熔点B．普通玻璃组成可用Na2O·CaO·6SiO2表示C．氢氟酸能腐蚀玻璃，是因为氢氟酸是强酸D．制造普通玻璃的原料中，石英是过量的解析：普通玻璃的组成是Na2O·CaO·6SiO2,普通玻璃是一种混合物，没有一定的熔点；氢氟酸能腐蚀玻璃，是因为氢氟酸能和玻璃中的SiO2反应.4．下列说法中不正确的是(A）A．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅B．水泥、普通玻璃都是混合物C．生产水泥和玻璃都必须用石灰石D．用纯净的石英制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器解析：制水泥的原料是黏土和石灰石，制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。
纯碱、石灰石中都不含有硅。
5．根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是(D）①生成物是硅酸盐②反应条件是高温③含有硅的物质作原料④反应原理是一系列复杂的物理、化学变化A．①③B．①②③C．①③④D．①②③④解析：该题主要考查我们归纳知识的能力。
6．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说:“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。
"下列关于玻璃的叙述中，正确的是(C)A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英D．普通玻璃是由硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅简单地混合在一起形成的解析：由题意可知,陶器应是人类最早使用的硅酸盐材料。
日期4月10日星期四班级12应化节次5-6教学课题项目四、硅酸盐分析任务一：硅酸盐二氧化硅含量的测定计划学时 2教学目标知识目标：1.了解硅酸盐的种类；2.掌握硅酸盐的分解方法技能目标：会测定分解硅酸盐试样其他技能目标：课堂类型理论课主要教学方法讲述法、举例法、图示法教学重点硅酸盐的分解方法教学难点硅酸盐的分解方法参考资料<<工业分析技术>> 盛晓东编<<工业分析技术>> 王建梅，王桂芝著教研室主任：年月日教学内容及过程设计一、水分的测定水分可分为吸附水和化合水。
1、吸附水吸附水在105 ~110℃下烘2h，称重测定。
2、化合水化合水包括结晶水和结构水两部分。
结晶水是以H2O分子状态存在于矿物晶格中，如石膏CaSO4·2H2O。
结晶水通常在300 ℃以下灼烧即可排出。
结构水是以化合状态的氢或氢氧根存在于矿物的晶格中，需加热到300 ~1300℃才能分解而放出。
化合水的测定方法有重量法、气相色谱法、库仑法等。
二、烧失量的测定烧失量又称为灼烧减量，是试样在1000 ℃灼烧后所失去的质量。
烧失量主要包括化合水、二氧化碳、和少量的硫、氟、氯、有机质等。
烧失量是试样中各组分在灼烧时的各种化学反应所引起的质量增加和减少的代数和。
因此，当试样较为复杂时，一般不测烧失量。
三、二氧化硅含量的测定1、氯化铵重量法（1）原理试样用无水Na2CO3烧结，使不溶的硅酸盐转化为可溶性的硅酸钠，用盐酸分解熔融块。
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl再加入固体氯化铵，在沸水浴上加热蒸发，使硅酸脱水析出，沉淀用滤纸过滤后，灼烧，得到含有铁、铝等杂质的不纯二氧化硅。
用HF处理沉淀，使其中的SiO2以SiF4形式挥发，失去的质量即为纯SiO2的质量。
SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2OH2SiF6 = SiF4 ↑+ 2HF再用分光光度法测定滤液中可溶性的SiO2的量，二者之和即为SiO2的总量（GB/T176-1996中规定的基准法)。
项目一：水泥熟料中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO含量的测定（一）硅酸盐分析的项目和意义硅酸盐分析在国民经济中具有十分重要的意义。
在地质学中矿物质的定名需要全分析结果，根根据岩石全分析结果了解，岩石内部的含量变化、元素在地壳内部的迁移情况和变化规律、元素的集中和分散。
工业生产过程中常常需要对原料、中间产品、产品和废渣等进行与岩石分析相类似的全分析。
（二）实验原理水泥主要由硅酸盐组成。
水泥熟料是由水泥生料经1400℃以上的高温煅烧而成的。
一般的水泥由水泥熟料加入适量的石膏组成。
要控制水泥的质量，可通过水泥熟料的分析得以实现。
检验水泥熟料质量和烧成情况的好坏，根据分析结果，可及时调整原理的配比以控制生产。
水泥熟料的主要化学成分是SiO2（含量范围18%~24%）、Fe2O3（含量范围2.0%~5.5%）、Al2O3（含量范围4.0%~9.5%）、CaO（含量范围60%~67%）和MgO(含量范围<4.5%)。
（1）试样的分解：水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此易为酸分解。
水泥熟料主要为硅酸三钙、硅酸二钙、氯酸三钙和铁铝酸四钙等混合物。
这些化合物与盐酸作用时，生成硅酸和可溶性的氯化物，分析如下：4Ca O·Al2O3·Fe2O3+20HCl→4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O硅酸是一种无机酸，在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在，其化学反应以SiO2·H2O 表示。
再用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能是绝大部分硅酸水溶胶脱水成水凝胶析出，因此可以利用沉淀分离的方法把硅酸与水泥中的铁、铝、钙、镁等其它组分分开。
（2）SiO2测定的原理：本实验中以重量法测定SiO2的含量。
在水泥熟料经酸分解后的溶液中，采用加热蒸干和加固体氯化铵两种措施，是水溶性胶状硅胶尽可能全部脱水析出。
蒸发脱水是将溶液控制在100~110℃温度下进行，在水浴或电热板上加热10~15分钟。
硅酸盐物理化学第五章相图第五章 相 图相图中的一些基本概念：（1） 相（p ）——相是指系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分。
（2） 组份——系统中每一个能单独分离出来并独立存在的化学纯物质。
（3） 独立组份(c)——构成平衡物系所有各相组成所需要的最少组分数。
（4） 自由度(f)——即在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。
（5） 相律——n p c f +-=式中n 为外界的影响因素数。
对于凝聚系统而言，压力这一平衡因素可以忽略（如同电场、磁场对一般热力学体系相图的影响可以忽略一样），加以通常我们是在常压下研究体系和应用相图的，因而相律在凝聚系统中具有如下形式：1+-=p c f水型物质相图的特点：在水的相图上值得一提的是冰的熔点曲线oc 向左倾斜，斜率为负值。
这意味着压力增大，冰的熔点下降。
这是由于冰熔化成水时体积收缩而造成的。
oc 的斜率可以根据克劳修斯-克拉贝隆方程计算：V T H dT dP ∆∆=。
冰熔化成水时吸热△H ＞0，而体积收缩△V ＜0，因而造成dTdP ＜0。
像冰这样熔融时体积收缩的物质统称为水型物质，但这些物质并不多，铋、镓、锗、三氯化铁等少数物质属于水型物质。
可逆和不可逆多晶转变的单元相图：具有可逆多晶转变单元相图，其特点是晶型转变温度低于二个晶相的熔点，而且晶型转变温度点处在稳定相区之内。
即在一定的温度范围内都存在一个稳定的晶相，在晶型转变温度时二相可以互相转变，故称为可逆转变。
这种转变关系可表示为：熔体晶型晶型⇔-⇔-αβ。
具有不可逆多晶转变的单元相图，其特点是晶型转变温度高于二个晶相的熔点，并且晶型转变温度点处在稳定相区之内。
当系统温度低于晶型转变温度时，α相总有转变为β相的自发趋势，α相是不稳定的。
当熔体慢慢冷却时，不能析出α相，而是析出β相；只有当熔体快速冷却时，方能得到介稳的α相。
