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ppt课件

1、第一单元材料的加工处理第一单元材料的加工处理1已知氧化性已知氧化性Fe3Cu2，写出，写出Fe3与与Cu反应的离子方程式？反应的离子方程式？ 提示提示2Fe3Cu=2Fe2Cu22什么是电解？什么是电解？ 提示提示在外加直流电作用、阴、阳离子分别在两极上发生氧在外加直流电作用、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。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？氢氟酸是一种弱酸，为什么它还可以蚀刻玻璃？ 提示提示HF具有很强的腐蚀性，可与玻璃中的具有很强的腐蚀性，可与玻璃中的SiO2反应。反应。 4HFSiO2=SiF42H2O。

2、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。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。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，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。了解化学腐蚀在材料加工处理中的应用。 1.铝的阳极氧化铝的阳极氧化 (1)铝及铝合金的

3、铝及铝合金的 ，能使铝及铝合金的表面生，能使铝及铝合金的表面生成成 。 (2)铝的阳极氧化：把铝片接到电源的铝的阳极氧化：把铝片接到电源的 ，在稀硫酸中用直流，在稀硫酸中用直流电电解，铝片表面生成较厚的电电解，铝片表面生成较厚的 ，这种方法叫做阳，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明的 ，增强了铝制品的，增强了铝制品的 和和 能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近100 的的水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵

4、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。料可以将膜染成各种鲜艳的颜色。阳极氧化阳极氧化致密的氧化膜致密的氧化膜正极正极氧化铝绝缘膜氧化铝绝缘膜阳极氧化膜阳极氧化膜抗腐蚀抗腐蚀抗机械划伤抗机械划伤2电镀电镀 (1)概念：电镀是运用概念：电镀是运用 原理，在金属器件表面形成一薄原理，在金属器件表面形成一薄层有层有 、 的金属镀膜的过程。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阴

5、极，镀层金属与电源的 极连接作极连接作 极，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属离子在 的作用下移动到阴极放电形成电镀层，的作用下移动到阴极放电形成电镀层， 极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子的浓度 。电解电解抗腐蚀抗腐蚀抗磨损能力抗磨损能力负负正正阳阳电位差电位差阳阳几乎保持不变几乎保持不变1.氢氟酸蚀刻玻璃氢氟酸蚀刻玻璃 (1)氢氟酸：氢氟酸是一种氢氟酸：氢氟酸是一种 酸，是酸，是 的水溶液。氟化氢的水溶液。氟化氢是是 色色

6、体，体， 毒，毒， 溶于水，它的水溶液溶于水，它的水溶液(或氢氟酸或氢氟酸)能能与玻璃中的二氧化硅反应生成与玻璃中的二氧化硅反应生成 气体，反应的方程式气体，反应的方程式为为 。 (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，制成面腐蚀，使之变得不透明，制成“ ”，也可利用这一，也可利用这一方法在玻璃上雕刻方法在玻璃上雕刻 、 。弱弱氟化氢氟化氢气气极易极易四氟化硅四氟化硅4HFSiO2= SiF42H2O毛玻璃毛玻璃花纹图案花纹图案制成工艺品制成工艺品无无有有2电路板的制作电路板的制作 (1)Fe3的氧化性：

7、的氧化性：Fe3具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性较强。如它在酸性溶液中与较强。如它在酸性溶液中与KI溶液混合，生成溶液混合，生成Fe2和和I2，反，反应的离子方程式为：应的离子方程式为： 再如再如Fe3在酸性溶液中氧化在酸性溶液中氧化Cu，反应的离子方程式为：，反应的离子方程式为： 2Fe32I=2Fe2I22Fe3Cu=2Fe2Cu2(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溶液腐蚀敷铜板制作 是化学腐蚀加工的另一个是化学腐蚀加工的另一个常见的例子。常见的例子。在敷铜板上，用

8、类似照相复印的方法将设计好的电子线路用在敷铜板上，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：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，上述反应中，Cu在在FeCl3浓溶液中被浓溶液中被 为为Cu2，Fe3被被 为为Fe2。 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2印刷电路板印刷电路板感光胶感光胶氧化氧化还原还原 氢氟酸有毒，在实验室做实验时剩余的氢氟酸应该如氢氟酸有毒，在实验室做实验时剩余的氢氟酸应该如何处理？何处理？提示提示氢氟酸是有毒气体

9、氢氟酸是有毒气体HF的水溶液，实验时要注意安的水溶液，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，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。不能任意排放，以免污染环境。【慎思慎思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？闭？为什么？提示提示沸水沸水使电解时生成的氧化铝转化为水合氧化铝使电解时生成的氧化铝转化为水合氧化铝(Al2O3H2O或或Al2O33H2O)、体积增大、体积增大(33%至至100%)，这是铝的氧化膜水，这是铝的氧化膜水化后能够封闭孔隙的原因。化后能够封闭孔隙

10、的原因。【慎思慎思2】 电镀时，添加剂的作用是什么？电镀时，添加剂的作用是什么？提示提示电镀工艺要求镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金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

11、醋酸钠作为缓冲剂，稳定配合剂，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。的光泽亮度；加少量蔗糖作整平剂等。 【慎思慎思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：材料表面的成分。常见的有：(1)在足够高的温度下，金属表面在足够高的温度下，金属表面渗入某些其他元素；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

12、能的氧化物膜或金属盐膜。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。膜。 (1)铝的阳极氧化实验装置铝的阳极氧化实验装置(装置图如下装置图如下)1. 铝的阳极氧化铝的阳极氧化(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；电解质溶液为碳棒；电解质溶液为20%的硫酸。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。划伤能力，外表更

13、加美观。(4)钢铁为何进行发蓝处理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)和铁酸钠和铁酸钠(Na2Fe2O4)，亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生，亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生成四氧化三铁

14、氧化膜。其反应方程式为：成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为：3FeNaNO25NaOH=3Na2FeO2H2ONH36Na2FeO2NaNO25H2O=3Na2Fe2O4NH37NaOHNa2FeO2Na2Fe2O42H2O= 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。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。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

15、电源负极相连作阴电镀装置特点：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。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(析出金析出金属属)形成电镀层，阳极金属形成金属离子进入电镀液，电镀形成电镀层，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。液中镀层金属离子的浓度几乎保持不变。2电

16、镀电镀(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。附着力强。表面活性剂：其作用有两方面：表面活性剂：其作用有两方面：a.除去表面的油污，使镀液易除去表面的油污，使镀液易于在电极表面均匀铺展开来；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。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：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

17、件上的析出速率得到控制，从而得到质量的浓度，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。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。保的替代品正在不断研究中。 下列叙述正确的是下列叙述正确的是 ()。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应速率镀层破损后，白铁镀层破损后，白铁(镀锌的铁镀锌的铁)比马口铁比马口铁(镀锡的铁镀锡的铁)更易腐蚀更易腐蚀电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极冶炼铝

18、时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解冶炼铝时，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钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3nH2OA B C D【例例1】解析解析Zn置换出置换出Cu，Cu附在附在Zn表面，可形成表面，可形成CuZn原电原电池，使池，使Zn被腐蚀速率加快，也就是产生被腐蚀速率加快，也就是产生H2速率加快。正确。速率加快。正确。镀层破损后，马口铁中形成镀层破损后，马口铁中形成FeSn原电池，原电池，Fe较活泼，被腐较活泼，被腐蚀速率加快；白铁中形成蚀速率加快；白铁中形成ZnFe原电池，原电池，Zn较活泼被腐蚀，较活泼被腐蚀，Fe被保护，不正确。电镀时镀层金属

19、作阳极，镀件作阴极。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。正确。正确。正确。答案答案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。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，电流从小孔通薄膜，薄膜的某些部位

20、存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝件表面形成一层较分解，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，一定浓度的棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。溶液为电解液进行实验。(1)铝件表面形成铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是的电极反应式是_。(2)电解过程中，必须使电解液电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定保持相对稳定(不能太大，不能太大，也不能太小也不能太小)的原因是的原因是_。(3)用用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液

21、溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增的增大，能说明这一原理的离子方程式为大，能说明这一原理的离子方程式为_。【体验体验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。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利用氢氟酸与玻璃的成分(SiO2)的反应，可以用于蚀刻玻的反应，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：璃，制作毛玻璃或其他玻璃工艺品。其反应原理为：SiO24HF=SiF42H2O2电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜

22、板制作印刷电路板电子工业上，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：也是应用化学腐蚀法。其反应原理为：Cu2Fe3=Cu22Fe2 铁及铁的化合物应用广泛，如铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_。(2)若将若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，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：标出正、负极，并写出电极反应式

23、。正极反应：_，负极反应：负极反应：_。(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2、Fe3和和Fe2的浓度均的浓度均为为0.10 molL1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中溶液中Fe3和和Fe2的实验步骤。的实验步骤。【例例2】氢氧化物开始沉淀时氢氧化物开始沉淀时的的pH氢氧化物沉淀完全氢氧化物沉淀完全时的时的pHFe31.93.2Fe27.09.0Cu24.76.7提供的药品：提供的药品：Cl2、浓硫酸、浓硫酸、NaOH溶液、溶液、CuO、Cu(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶某科研人员

24、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(水可任水可任选选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。，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：有关反应的化学方程式：_。劣质不锈钢腐蚀的实验现象劣质不锈钢腐蚀的实验现象_。解析解析三氯化铁腐蚀电路板的离子方程式为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；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，氯化铁作电解质溶液，(装置见答案装置见答案)正极反应：正极反应：2Fe32e=2Fe2，负极反应：，负极反应：Cu2e=Cu2；由表中的数据可以；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，然后调节看出应该将亚铁离子氧化为三价铁离子，然后调节pH为为3.2到到4.7之间，具体步骤为：通入足量氯气将之间，具体步骤为：通入足量氯气将Fe2氧化成氧化成Fe3；加入加入CuO调节溶液的调节溶液的pH至至3.24.7；过滤；劣质不锈钢在某；过滤