高中化学 4.1 材料的加工处理教学课件 苏教版选修2.ppt

第一单元材料的加工处理 1 已知氧化性fe3 cu2 写出fe3 与cu反应的离子方程式 提示2fe3 cu 2fe2 cu2 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 4hf sio2 sif4 2h2o 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 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 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 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 4hf sio2 sif4 2h2o 毛玻璃 花纹图案 制成工艺品 无 有 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 2fe3 2i 2fe2 i2 2fe3 cu 2fe2 cu2 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 2fecl3 cu 2fecl2 cucl2 印刷电路板 感光胶 氧化 还原 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 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 al2o3 h2o或al2o3 3h2o 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 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 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 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 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 3fe nano2 5naoh 3na2feo2 h2o nh3 6na2feo2 nano2 5h2o 3na2fe2o4 nh3 7naohna2feo2 na2fe2o4 2h2o fe3o4 4naoh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 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 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 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fe2o3 nh2oa b c d 例1 解析 zn置换出cu cu附在zn表面 可形成cu zn原电池 使zn被腐蚀速率加快 也就是产生h2速率加快 正确 镀层破损后 马口铁中形成fe sn原电池 fe较活泼 被腐蚀速率加快 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 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 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 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 sif4 2h2o2 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 2fe3 cu2 2fe2 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 10mol l 1 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 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 解析三氯化铁腐蚀电路板的离子方程式为2fe3 cu2 fe2 cu2 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 2fe3 2e 2fe2 负极反应 cu 2e 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 2 4 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 cuso4 h2o cuso4 fe feso4 cu 现象为不锈钢表面有紫红色物质生成 答案 1 2fe3 cu 2fe2 cu2 2 装置图 正极反应 2fe3 2e 2fe2 负极反应 cu 2e cu2 3 通入足量氯气将fe2 氧化成fe3 加入cuo调节溶液的ph至3 2 4 7 过滤 除去fe oh 3 4 cuo h2so4 cuso4 h2ocuso4 fe feso4 cu不锈钢表面有紫红色物质生成 金属腐蚀的本质是金属原子失去电