(苏教版化学选修2)4.1《材料的加工处理》ppt课件(31页).ppt

自主探究精要解读 第一单元 材料的加工处理 1已知氧化性Fe3Cu2，写出Fe3与Cu反应的离子方程式？ 提示 2Fe3Cu=2Fe2Cu2 自主探究精要解读 2什么是电解？ 提示 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氢氟酸是一种弱酸，为什么它还可以蚀刻玻璃？ 提示 HF具有很强的腐蚀性，可与玻璃中的SiO2反应。 4HFSiO2=SiF42H2O。 自主探究精要解读 1知道材料是社会进步的物质基础，了解材料加工和性能优化 与化学科学发展之间的关系。 2知道金属表面处理技术的重要性。通过实验探究活动，了解 铝的阳极氧化，了解利用电解原理进行金属表面处理的方法 。 3以氢氟酸蚀刻玻璃、用氯化铁制作电子线路板的工艺为例， 了解化学腐蚀在材料加工处理中的应用。 自主探究精要解读 1.铝的阳极氧化 (1)铝及铝合金的 ，能使铝及铝合金的表面生 成 。 (2)铝的阳极氧化：把铝片接到电源的 ，在稀硫酸中用直流 电电解，铝片表面生成较厚的 ，这种方法叫做阳 极氧化。经过抛光处理的铝制品，表面再经过阳极氧化生成透 明的 ，增强了铝制品的 和 能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近100 的 水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。 由于有孔层具有很强的吸附性能，在封孔处理前，添加有机染 料可以将膜染成各种鲜艳的颜色。 阳极氧化 致密的氧化膜 正极 氧化铝绝缘膜 阳极氧化膜抗腐蚀 抗机械划伤 自主探究精要解读 2电镀 (1)概念：电镀是运用 原理，在金属器件表面形成一薄 层有 、 的金属镀膜的过程。 (2)电镀原理：通常，在镀槽中，待镀的金属器件与电源的 极连接作阴极，镀层金属与电源的 极连接作 极， 所使用的电镀液含有镀层金属离子。通电后，电镀液中的金 属离子在 的作用下移动到阴极放电形成电镀层， 极 的金属形成金属离子进入电镀液，使得电镀液中镀层金属离 子的浓度 。 电解 抗腐蚀抗磨损能力 负正阳 电位差阳 几乎保持不变 自主探究精要解读 1.氢氟酸蚀刻玻璃 (1)氢氟酸：氢氟酸是一种 酸，是 的水溶液。氟化氢 是 色 体， 毒， 溶于水，它的水溶液(或氢氟酸)能 与玻璃中的二氧化硅反应生成 气体，反应的方程式 为 。 (2)蚀刻玻璃：利用氢氟酸对玻璃的腐蚀作用可以将玻璃的一 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 4HFSiO2= SiF42H2O 毛玻璃 花纹图案制成工艺品 无有 自主探究精要解读 2电路板的制作 (1)Fe3的氧化性：Fe3具有氧化性，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Fe2和I2，反 应的离子方程式为： 再如Fe3在酸性溶液中氧化Cu，反应的离子方程式为： 2Fe32I=2Fe2I2 2Fe3Cu=2Fe2Cu2 自主探究精要解读 (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 是化学腐蚀加工的另一个 常见的例子。 在敷铜板上，用类似照相复印的方法将设计好的电子线路用 印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜箔 用浓三氯化铁溶液腐蚀除去，反应的化学方程式为： 上述反应中，Cu在FeCl3浓溶液中被 为Cu2，Fe3被 为Fe2。 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 印刷电路板 感光胶 氧化 还原 自主探究精要解读 氢氟酸有毒，在实验室做实验时剩余的氢氟酸应该如 何处理？ 提示 氢氟酸是有毒气体HF的水溶液，实验时要注意安全 ，实验后的废液及剩余的氢氟酸要放到指定的容器中，不 能任意排放，以免污染环境。 【慎思1】 自主探究精要解读 通过铝的阳极氧化形成的氧化膜其孔隙应用什么封闭 ？为什么？ 提示 沸水 使电解时生成的氧化铝转化为水合氧化铝(Al2O3H2O或 Al2O33H2O)、体积增大(33%至100%)，这是铝的氧化膜水 化后能够封闭孔隙的原因。 【慎思2】 自主探究精要解读 电镀时，添加剂的作用是什么？ 提示 电镀工艺要求镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金 属的附着力强，因此需加表面活性剂改善镀层性能；加配 合剂，控制金属在镀件上的析出速率；加入一定量的糖作 整平剂；缓冲剂可稳定镀层酸度等。如在铜上镀银实验中 ：加味精降低溶液的表面张力；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，防止银镀层泛黑，提高镀层的 光泽亮度；加少量蔗糖作整平剂等。 【慎思3】 自主探究精要解读 金属材料表面的耐腐蚀性能提高的方法：用化学方法改变金属 材料表面的成分。常见的有：(1)在足够高的温度下，金属表面 渗入某些其他元素；(2)用电化学方法或其他化学方法在金属表 面形成具有防腐性能的氧化物膜或金属盐膜。 自主探究精要解读 本方法是利用电化学方法使铝及铝合金表面生成致密的氧化 膜。 (1)铝的阳极氧化实验装置(装置图如下) 1. 铝的阳极氧化 自主探究精要解读 (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%的硫酸。 (3)阳极氧化法处理铝的优点：增强了铝制品的抗腐蚀和抗机械 划伤能力，外表更加美观。 (4)钢铁为何进行发蓝处理 一般钢铁容易生锈，如果将钢铁零件的表面进行发蓝处理，就 能大大增强抗蚀能力，延长使用寿命。像武器、弹簧、钢丝等 ，就是常用这种方法来保护的。铁在含有氧化剂和苛性钠的混 合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠 (Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4)，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： 自主探究精要解读 3FeNaNO25NaOH=3Na2FeO2H2ONH3 6Na2FeO2NaNO25H2O=3Na2Fe2O4NH3 7NaOHNa2FeO2Na2Fe2O42H2O= Fe3O44NaOH 这层氧化膜呈黑色或黑蓝色，它结构致密，具有较强的抗腐蚀 能力。 自主探究精要解读 (1)定义：电镀是指运用电解的原理，在金属器件表面形成一 薄层有抗腐蚀、抗磨损能力的金属镀膜的过程。 (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的 电解质溶液作电镀液。 (3)电镀是电解原理的应用之一。电镀的基本原理是电镀液中 的金属离子在电位差的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 镀层金属离子的浓度几乎保持不变。 2电镀 自主探究精要解读 (4)电镀的工艺要求：镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属的 附着力强。 表面活性剂：其作用有两方面：a.除去表面的油污，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 电极上的放电起到一定的阻碍作用，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，明显降低金属离子 的浓度，使金属在镀件上的析出速率得到控制，从而得到质量 较好的镀层。 b从前使用的配合剂氰化物有剧毒，应尽量减少其使用，更环 保的替代品正在不断研究中。 自主探究精要解读 下列叙述正确的是 ( )。 锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反 应速率 镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀 电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极 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Fe2O3nH2O A B C D 【例1】 自主探究精要解读 解析 Zn置换出Cu，Cu附在Zn表面，可形成CuZn原电池 ，使Zn被腐蚀速率加快，也就是产生H2速率加快。正确。 镀层破损后，马口铁中形成FeSn原电池，Fe较活泼，被腐蚀 速率加快；白铁中形成ZnFe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 自主探究精要解读 电镀是电解的一种应用，也是金属表面处理的一种方法，金属 的防腐措施多样化，其中电化学法是目前常用的方法之一。 自主探究精要解读 将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进 行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层 Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通 过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝件表面形成一层较 厚的氧化膜。某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁 棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。 (1)铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是_。 (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)的原因是_。 (3)用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大， 能说明这一原理的离子方程式为_。 【体验1】 自主探究精要解读 自主探究精要解读 自主探究精要解读 使用金属材料及其他材料时，需要进行有目的的加工，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利用氢氟酸与玻璃的成分(SiO2)的反应，可以用于蚀刻玻璃 ，制作毛玻璃或其他玻璃工艺品。其反应原理为：SiO2 4HF=SiF42H2O 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：Cu2Fe3=Cu2 2Fe2 自主探究精要解读 铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3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FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： _。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图， 标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：_， 负极反应：_。 (3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2、Fe3和Fe2的浓度均 为0.10 molL1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去 CuCl2溶液中Fe3和Fe2的实验步骤。 【例2】 自主探究精要解读 氢氧化物开始沉淀时 的pH 氢氧化物沉淀完全 时的pH Fe31.93.2 Fe27.09.0 Cu24.76.7 提供的药品：Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu 自主探究精要解读 (4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶 液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选) ，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。 有关反应的化学方程式：_。 劣质不锈钢腐蚀的实验现象_。 自主探究精要解读 解析 三氯化铁腐蚀电路板的离子方程式为2Fe3Cu2= Fe2Cu2；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：2Fe32e =2Fe2，负极反应：Cu2e=Cu2；由表中的数据可以 看出应该将亚铁离子氧化为三价铁离子，然后调节pH为3.2到4.7 之间，具体步骤为：通入足量氯气将Fe2氧化成Fe3；加 入CuO调节溶液的pH至3.24.7；过滤；劣质不锈钢在某些盐 溶液中腐蚀现象明显。所以可制得的盐有CuCl2、CuSO4，则最 佳实验是用CuO和稀硫酸反应，方程式：CuO H2SO4=CuSO4H2O、CuSO4Fe=FeSO4Cu；现象为 不锈钢表面有紫红色物质生成。 自主探究精要解读 答案 (1)2Fe3Cu =2Fe2Cu2 (2)装置图图： 正极反应应：2Fe32e=2Fe2； 负负极反应应：Cu2e=Cu2 (3)通入足量氯氯气将Fe2氧化成Fe3；加入CuO调节调节 溶液的 pH至3.24.7；过滤过滤 除去Fe(OH)3 (4)CuOH2SO4=CuSO4H2O CuSO4Fe=FeSO4Cu 不锈钢锈钢 表面有紫红红色物质质生成 自主探究精要解读 金属腐蚀的本质是金属