高中化学专题四材料加工与性能优化4.1材料的加工处理省公开课一等奖新名师优质课获奖PPT课件.pptx

,自主探究,精要解读,单击此处编辑母版文本样式,第一单元材料加工处理,1,已知氧化性,Fe,3,Cu,2,，写出,Fe,3,与,Cu,反应离子方程式？,提醒,2Fe,3,Cu=2Fe,2,Cu,2,1/31,2,什么是电解？,提醒,在外加直流电作用、阴、阳离子分别在两极上发生氧化反应和还原反应，由电能转化为化学能。,3,氢氟酸是一个弱酸，为何它还能够蚀刻玻璃？,提醒,HF,含有很强腐蚀性，可与玻璃中,SiO,2,反应。,4HF,SiO,2,=SiF,4,2H,2,O,。,2/31,1,知道材料是社会进步物质基础，了解材料加工和性能优化与化学科学发展之间关系。,2,知道金属表面处理技术主要性。经过试验探究活动，了解铝阳极氧化，了解利用电解原理进行金属表面处理方法。,3,以氢氟酸蚀刻玻璃、用氯化铁制作电子线路板工艺为例，了解化学腐蚀在材料加工处理中应用。,3/31,1.,铝阳极氧化,(1),铝及铝合金,，能使铝及铝合金表面生成,。,(2),铝阳极氧化：把铝片接到电源,，在稀硫酸中用直流电电解，铝片表面生成较厚,，这种方法叫做阳极氧化。经过抛光处理铝制品，表面再经过阳极氧化生成透明,，增强了铝制品,和,能力。阳极氧化膜中有微孔，在靠近,100,水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中微孔被挤紧堵塞。因为有孔层含有很强吸附性能，在封孔处理前，添加有机染料能够将膜染成各种鲜艳颜色。,阳极氧化,致密氧化膜,正极,氧化铝绝缘膜,阳极氧化膜,抗腐蚀,抗机械划伤,4/31,2,电镀,(1),概念：电镀是利用,原理，在金属器件表面形成一薄层有,、,金属镀膜过程。,(2),电镀原理：通常，在镀槽中，待镀金属器件与电源,极连接作阴极，镀层金属与电源,极连接作,极，所使用电镀液含有镀层金属离子。通电后，电镀液中金属离子在,作用下移动到阴极放电形成电镀层，,极金属形成金属离子进入电镀液，使得电镀液中镀层金属离子浓度,。,电解,抗腐蚀,抗磨损能力,负,正,阳,电位差,阳,几乎保持不变,5/31,1.,氢氟酸蚀刻玻璃,(1),氢氟酸：氢氟酸是一个,酸，是,水溶液。氟化氢是,色,体，,毒，,溶于水，它水溶液,(,或氢氟酸,),能与玻璃中二氧化硅反应生成,气体，反应方程式为,。,(2),蚀刻玻璃：利用氢氟酸对玻璃腐蚀作用能够将玻璃一面腐蚀，使之变得不透明，制成,“,”,，也可利用这一方法在玻璃上雕刻,、,。,弱,氟化氢,气,极易,四氟化硅,4HF,SiO,2,=,SiF,4,2H,2,O,毛玻璃,花纹图案,制成工艺品,无,有,6/31,2,电路板制作,(1)Fe,3,氧化性：,Fe,3,含有氧化性，在酸性溶液中其氧化性较强。如它在酸性溶液中与,KI,溶液混合，生成,Fe,2,和,I,2,，反应离子方程式为：,再如,Fe,3,在酸性溶液中氧化,Cu,，反应离子方程式为：,2Fe,3,2I,=,2Fe,2,I,2,2Fe,3,Cu,=,2Fe,2,Cu,2,7/31,(2),浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板：在电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作,是化学腐蚀加工另一个常见例子。,在敷铜板上，用类似摄影复印方法将设计好电子线路用,印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护铜箔用浓三氯化铁溶液腐蚀除去，反应化学方程式为：,上述反应中，,Cu,在,FeCl,3,浓溶液中被,为,Cu,2,，,Fe,3,被,为,Fe,2,。,2FeCl,3,Cu,=,2FeCl,2,CuCl,2,印刷电路板,感光胶,氧化,还原,8/31,氢氟酸有毒，在试验室做试验时剩下氢氟酸应该怎样处理？,提醒,氢氟酸是有毒气体,HF,水溶液，试验时要注意安全，试验后废液及剩下氢氟酸要放到指定容器中，不能任意排放，以免污染环境。,【,慎思,1】,9/31,经过铝阳极氧化形成氧化膜其孔隙应用什么封闭？为何？,提醒,沸水,使电解时生成氧化铝转化为水合氧化铝,(Al,2,O,3,H,2,O,或,Al,2,O,3,3H,2,O),、体积增大,(33%,至,100%),，这是铝氧化膜水化后能够封闭孔隙原因。,【,慎思,2】,10/31,电镀时，添加剂作用是什么？,提醒,电镀工艺要求镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金属附着力强，所以需加表面活性剂改进镀层性能；加配合剂，控制金属在镀件上析出速率；加入一定量糖作整平剂；缓冲剂可稳定镀层酸度等。如在铜上镀银试验中：加味精降低溶液表面张力；加乙二胺四乙酸钠盐为配合剂，控制金属析出速率；加醋酸钠作为缓冲剂，稳定镀层酸度；加尿素为缓冲剂，预防银镀层泛黑，提升镀层光泽亮度；加少许蔗糖作整平剂等。,【,慎思,3】,11/31,金属材料表面耐腐蚀性能提升方法：用化学方法改变金属材料表面成份。常见有：,(1),在足够高温度下，金属表面渗透一些其它元素；,(2),用电化学方法或其它化学方法在金属表面形成含有防腐性能氧化物膜或金属盐膜。,12/31,本方法是利用电化学方法使铝及铝合金表面生成致密氧化 膜。,(1),铝阳极氧化试验装置,(,装置图以下,),1.,铝阳极氧化,13/31,(2),装置特点：铝片与直流电源正极相连作阳极；阴极材料可用碳棒；电解质溶液为,20%,硫酸。,(3),阳极氧化法处理铝优点：增强了铝制品抗腐蚀和抗机械划伤能力，外表愈加美观。,(4),钢铁为何进行发蓝处理,普通钢铁轻易生锈，假如将钢铁零件表面进行发蓝处理，就能大大增强抗蚀能力，延长使用寿命。像武器、弹簧、钢丝等，就是惯用这种方法来保护。铁在含有氧化剂和苛性钠混合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠,(Na,2,FeO,2,),和铁酸钠,(Na,2,Fe,2,O,4,),，亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为：,14/31,3Fe,NaNO,2,5NaOH=3Na,2,FeO,2,H,2,O,NH,3,6Na,2,FeO,2,NaNO,2,5H,2,O=3Na,2,Fe,2,O,4,NH,3,7NaOHNa,2,FeO,2,Na,2,Fe,2,O,4,2H,2,O=Fe,3,O,4,4NaOH,这层氧化膜呈黑色或黑蓝色，它结构致密，含有较强抗腐蚀能力。,15/31,(1),定义：电镀是指利用电解原理，在金属器件表面形成一薄层有抗腐蚀、抗磨损能力金属镀膜过程。,(2),电镀装置特点：待镀金属器件与直流电源负极相连作阴极，镀层金属与电源正极相连作阳极，含有镀层金属阳离子电解质溶液作电镀液。,(3),电镀是电解原理应用之一。电镀基本原理是电镀液中金属离子在电位差作用下移动到阴极表面放电,(,析出金属,),形成电镀层，阳极金属形成金属离子进入电镀液，电镀液中镀层金属离子浓度几乎保持不变。,2,电镀,16/31,(4),电镀工艺要求：镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属附着力强。,表面活性剂：其作用有两方面：,a.,除去表面油污，使镀液易于在电极表面均匀铺展开来；,b.,附着在电极表面，对金属离子在电极上放电起到一定妨碍作用，使金属镀层细致均匀。,配合剂：,a,其作用为使金属离子与其形成配合离子，显著降低金属离子浓度，使金属在镀件上析出速率得到控制，从而得到质量很好镀层。,b,从前使用配合剂氰化物有剧毒，应尽可能降低其使用，更环境保护替换品正在不停研究中。,17/31,以下叙述正确是,(,),。,锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少许硫酸铜溶液能加紧反应速率,镀层破损后，白铁,(,镀锌铁,),比马口铁,(,镀锡铁,),更易腐蚀,电镀时，应把镀件置于电解槽阴极,冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解,钢铁表面常易锈蚀生成,Fe,2,O,3,n,H,2,O,A,B,C,D,【,例,1】,18/31,解析,Zn,置换出,Cu,，,Cu,附在,Zn,表面，可形成,Cu,Zn,原电池，使,Zn,被腐蚀速率加紧，也就是产生,H,2,速率加紧。正确。镀层破损后，马口铁中形成,Fe,Sn,原电池，,Fe,较活泼，被腐蚀速率加紧；白铁中形成,Zn,Fe,原电池，,Zn,较活泼被腐蚀，,Fe,被保护，不正确。电镀时镀层金属作阳极，镀件作阴极。正确。正确。正确。,答案,B,19/31,电镀是电解一个应用，也是金属表面处理一个方法，金属防腐办法多样化，其中电化学法是当前惯用方法之一。,20/31,将铝件与另一个材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液接触面上逐步形成一层,Al(OH),3,薄膜，薄膜一些部位存在着小孔，电流从小孔经过并产生热量使,Al(OH),3,分解，从而在铝件表面形成一层较厚氧化膜。某校课外兴趣小组依据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度,NaHCO,3,溶液为电解液进行试验。,(1),铝件表面形成,Al(OH),3,电极反应式是,_,。,(2),电解过程中，必须使电解液,pH,保持相对稳定,(,不能太大，也不能太小,),原因是,_,。,(3),用,NaHCO,3,溶液作电解液，会减缓阴极区溶液,pH,增大，能说明这一原理离子方程式为,_,。,【,体验,1】,21/31,22/31,23/31,使用金属材料及其它材料时，需要进行有目标加工，除机械处理外，有时还要进行化学加工，如化学腐蚀法进行处理。,1,利用氢氟酸与玻璃成份,(SiO,2,),反应，能够用于蚀刻玻璃，制作毛玻璃或其它玻璃工艺品。其反应原理为：,SiO,2,4HF=SiF,4,2H,2,O,2,电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作印刷电路板也是应用化学腐蚀法。其反应原理为：,Cu,2Fe,3,=Cu,2,2Fe,2,24/31,铁及铁化合物应用广泛，如,FeCl,3,可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。,(1),写出,FeCl,3,溶液腐蚀印刷电路铜板离子方程式：,_,。,(2),若将,(1),中反应设计成原电池，请画出原电池装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：,_,，,负极反应：,_,。,(3),腐蚀铜板后混合溶液中，若,Cu,2,、,Fe,3,和,Fe,2,浓度均为,0.10 mol,L,1,，请参考下表给出数据和药品，简述除去,CuCl,2,溶液中,Fe,3,和,Fe,2,试验步骤。,【,例,2】,25/31,氢氧化物开始沉淀时pH,氢氧化物沉淀完全时pH,Fe,3,1.9,3.2,Fe,2,7.0,9.0,Cu,2,4.7,6.7,提供药品：Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu,26/31,(4),某科研人员发觉劣质不锈钢在酸中腐蚀迟缓，但在一些盐溶液中腐蚀现象显著。请从上表提供药品中选择两种,(,水可任选,),，设计最正确试验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。,相关反应化学方程式：,_,。,劣质不锈钢腐蚀试验现象,_,。,27/31,解析,三氯化铁腐蚀电路板离子方程式为,2Fe,3,Cu2=,Fe,2,Cu,2,；由离子方程式知铜失去电子，所以铜作负极，三氯化铁作电解质溶液，,(,装置见答案,),正极反应：,2Fe,3,2e,=2Fe,2,，负极反应：,Cu,2e,=Cu,2,；由表中数据能够看出应该将亚铁离子氧化为三价铁离子，然后调整,pH,为,3.2,到,4.7,之间，详细步骤为：通入足量氯气将,Fe,2,氧化成,Fe,3,；加入,CuO,调整溶液,pH,至,3.2,4.7,；过滤；劣质不锈钢在一些盐溶液中腐蚀现象显著。所以可制得盐有,CuCl,2,、,CuSO,4,，则最正确试验是用,CuO,和稀硫酸反应，方程式：,CuO,H,2,SO,4,=CuSO,4,H,2,O,、,CuSO,4,Fe=FeSO,4,Cu,；现象为不锈钢表面有紫红色物质生成。,28/31,答案,(1)2Fe,3,Cu,=2Fe,2,Cu,2,(2),装置图：,正极反应：,2Fe,3,2e,=2Fe,2,；,负极反应：,Cu,2e,=Cu,2,(3),通入足量氯气将,Fe,2,氧化成,Fe,3,；加入,CuO,调整溶液,pH,至,3.2,4.7,；过滤,除去,Fe(OH),3,(4)CuO,H,2,SO,4,=CuSO,4,H,2,O,CuSO,4,Fe=FeSO,4,Cu,不锈钢表面有紫红色物质生成,29/31,金属腐蚀本质是金属原子失去电子被氧化成金属离子，除杂关键是试剂选择和试剂添加次序。,30/31,制印刷电路时惯用氯化铁溶液作为,“,腐蚀液,”,，发生反应为,2FeCl,3,Cu2,=,FeCl,2,CuCl,2,。向盛有氯化铁溶液烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，以下结论不可能出现是,(,),。,A,烧杯中有铜无铁,B,烧杯中有铁无铜,C,烧杯中铁、铜都有,D,烧杯中铁、铜都无,解析,铁还原性比铜强，,FeCl,3,首先氧化,Fe,；只有,Fe,反应完后，剩下,FeCl,3,才能再氧化,Cu,。故烧杯中有铁无铜是不可能。,答案,B,【,体验,2】,31/31,