第四单元 材料加工与性能优化.ppt

第四单元材料加工与性能优化,1了解改变材料组成、提高材料纯度的方法。了解纳米材料的特点和性能。2了解复合材料的组成、性能特点及其应用。,材料加工与性能优化,材料的加工处理材料组成的优化复合材料的制造,纳米材料的制备方法及影响因素？提示纳米材料在制备过程中，颗粒的大小、尺寸分布、形态和化学组成取决于很多的试验参数，如在纳米半导体制备中，反应速率、反应物的加入次序、离子的选择、溶液的pH、温度、搅拌程度以及反应时间等都影响半导体颗粒的形成。纳米材料的制备一般包括粉体、块体和薄膜的合成制备，制备方法一般可以分为化学法、物理法和高能球磨法。复合材料有何优点？提示复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。例如，金属材料易被腐蚀，有机合成材料易老化、不耐高温，陶瓷材料易破碎，这些缺点都可以通过复合的方法予以改善和克服。,1,2,金属的表面处理及其原理(1)铝的阳极氧化：铝片接电源的正极，在稀硫酸中用直流电电解，铝片表面生成较厚的氧化铝绝缘膜。(2)电镀：在电镀槽中，待镀的金属器件与电源负极连接作阴极，镀层金属与电源正极连接作阳极，使用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。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。腐蚀加工技术氢氟酸蚀刻玻璃，用浓氯化铁溶液腐蚀铜板制作印刷电路板等。,材料的加工处理,1,2,3氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻过程三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化还原过程。在铜表面Fe3使铜氧化成氯化亚铜，同时Fe3被还原成Fe2：2FeCl32Cu=2FeCl2Cu2Cl2Cu2Cl2具有还原性，可以和FeCl3进一步发生反应生成氯化铜：2FeCl3Cu2Cl2=2FeCl22CuCl22FeCl22HCl(O)=2FeCl3H2OCu2具有氧化性，与铜发生氧化反应：CuCl2Cu=Cu2Cl2,(2010浙江)某同学用镀铜的石墨作阳极、石墨作阴极电解稀硫酸溶液，用曲线表示电解过程中阴极增加的质量(m)随时间(t)的变化关系，用曲线表示溶液pH随时间(t)的变化关系。下列曲线图合理的是(电解初期溶液中H放电)()。,解析阳极放电顺序为Cu2e=Cu2，4OH4e=2H2OO2，阴极开始时2H2e=H2，随着阳极Cu的放电，Cu2浓度逐渐增加，发生反应Cu22e=Cu，当Cu2反应完全时，最后阶段又为2H2e=H2。综合以上分析，A正确。答案A,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0.10molL1。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：_。,解析(1)Fe3具有强氧化性，可以把一些金属单质如铁、铜等氧化成相应的离子，Fe3腐蚀铜制电路板利用的就是这个原理，反应的离子方程式是2Fe3Cu=2Fe2Cu2。(2)由反应2Fe3Cu=2Fe2Cu2可以判断，铜的化合价升高，发生氧化反应，铜做负极，铁元素化合价降低，Fe3发生还原反应，正极可以选用石墨棒，电解质溶液可以选用氯化铁溶液。回忆并仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出此原电池的装置图，装置图见答案。发生的电极反应：正极反应：Fe3e=Fe2(或2Fe32e=2Fe2)；负极反应：Cu=Cu22e(或Cu2e=Cu2)。(3)除杂时，要把杂质全部除去，又不能引入新的杂质。根据题给信息可知：Fe3的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是1.93.2，Fe2的氢氧,化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是7.09.0，Cu2的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是4.76.7。当pH为3.2时，Fe3完全沉淀，此时Cu2不会沉淀，要使Fe2完全沉淀需要使溶液的pH为9.0，此时Cu2已经完全沉淀。因此，若要除去CuCl2溶液中的Fe3、Fe2，需要将Fe2全部转化为Fe3，采取的措施是向溶液中通入过量的氯气；为了不引入其他杂质，可以向溶液中加入CuO调节溶液使pH在3.24.7之间，此时Fe3完全沉淀；最后过滤，即可得到纯净的氯化铜溶液。实验步骤见答案。,答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2；(2)正极反应：Fe3e=Fe2(或2Fe32e=2Fe2)；负极反应：Cu=Cu22e(或Cu2e=Cu2)；(3)通入足量氯气将Fe2氧化成Fe3；加入CuO调节溶液的pH至3.24.7；过滤除去Fe(OH)3,材料组成的优化和复合材料,材料组成的优化(1)改变材料的组成合金。主要分为三类：相互溶解形成金属固溶体，如Cu、Zn形成的黄铜合金；相互起化学作用，形成金属化合物，如Al、Ti合金；相互混合形成机械混合物，如焊锡。贮氢合金：稀土合金晶体结构中原子排列紧密，有良好的贮氢性能，用作贮氢材料。贮氢合金最有代表性的是镧镍合金(LaNi5)。,1,硅酸盐材料和特种陶瓷，如钾玻璃、钢化玻璃、石英玻璃、精细陶瓷等。(2)提高材料的纯度提高材料的纯度能极大地优化材料的性能。可用石英砂、焦炭、氯气、氢气等为原料制取高纯度的硅。(3)研制纳米材料纳米材料又称超微粒材料，其微粒直径大小为1100nm，在化学、光学、电磁学、力学等方面显示出与宏观材料迥然不同的特性，可利用化学反应使原子或分子聚集、沉淀形成纳米颗粒制得。复合材料的制造复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的，具有比原材料更优越的性能，通常由基体材料和分散于其中的增强材料组成。常见的有钢筋混凝土、搪瓷、纤维增强复合材料等。,2,碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型碳纳米材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳纳米管的可能用途不正确的是()。A用它可做成攀登月球的“太空天梯”B能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题C作为优秀的绝缘材料D制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力,解析由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点，所以它可以制成强度很大、质量较小的绳索，做成攀登月球的“太空天梯”；又由于碳纳米管是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，所以在管体内可以安全地储存氢气；它是一层碳原子卷曲而成的管体，因而可以联想到碳纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体，所以它应像石墨一样能够导电，可以用于制造电器部件。答案C,下列有关新材料的描述中，正确的是()。A形状记忆合金属于智能化材料B材料的复合化是为了解决单一材料各自固有的缺点和局限性C利用纳米技术改造材料适用于一切材料