2017-2018學年蘇教版選修2 專題四第一單元 材料的加工處理 課件（31張）

自主探究精要解讀 第一單元 材料的加工處理1已知氧化性Fe3Cu2，寫出Fe3與Cu反應的離子方程式？ 提示2Fe3Cu=2Fe2Cu2 自主探究精要解讀 2什么是電解？ 提示在外加直流電作用、陰、陽離子分別在兩極上發(fā)生氧化反應和還原反應，由電能轉化為化學能。3氫氟酸是一種弱酸，為什么它還可以蝕刻玻璃？ 提示HF具有很強的腐蝕性，可與玻璃中的SiO2反應。 4HFSiO2=SiF42H2O。 自主探究精要解讀 1知道材料是社會進步的物質基礎，了解材料加工和性能優(yōu)化與化學科學發(fā)展之間的關系。2知道金屬表面處理技術的重要性。通過實驗探究活動，了解鋁的陽極氧化，了解利用電解原理進行金屬表面處理的方法。3以氫氟酸蝕刻玻璃、用氯化鐵制作電子線路板的工藝為例，了解化學腐蝕在材料加工處理中的應用。 自主探究精要解讀 1.鋁的陽極氧化 (1)鋁及鋁合金的 ，能使鋁及鋁合金的表面生成 。 (2)鋁的陽極氧化：把鋁片接到電源的 ，在稀硫酸中用直流電電解，鋁片表面生成較厚的 ，這種方法叫做陽極氧化。經過拋光處理的鋁制品，表面再經過陽極氧化生成透明的 ，增強了鋁制品的 和 能力。陽極氧化膜中有微孔，在接近100 的水中，氧化膜發(fā)生水化，體積膨脹，其中的微孔被擠緊堵塞。由于有孔層具有很強的吸附性能，在封孔處理前，添加有機染料可以將膜染成各種鮮艷的顏色。陽極氧化致密的氧化膜正極氧化鋁絕緣膜陽極氧化膜抗腐蝕抗機械劃傷 自主探究精要解讀 2電鍍 (1)概念：電鍍是運用 原理，在金屬器件表面形成一薄層有 、 的金屬鍍膜的過程。 (2)電鍍原理：通常，在鍍槽中，待鍍的金屬器件與電源的 極連接作陰極，鍍層金屬與電源的 極連接作 極，所使用的電鍍液含有鍍層金屬離子。通電后，電鍍液中的金屬離子在 的作用下移動到陰極放電形成電鍍層， 極的金屬形成金屬離子進入電鍍液，使得電鍍液中鍍層金屬離子的濃度 。電解抗腐蝕抗磨損能力負正陽電位差陽幾乎保持不變 自主探究精要解讀 1.氫氟酸蝕刻玻璃 (1)氫氟酸：氫氟酸是一種 酸，是 的水溶液。氟化氫是 色 體， 毒， 溶于水，它的水溶液(或氫氟酸)能與玻璃中的二氧化硅反應生成 氣體，反應的方程式為 。 (2)蝕刻玻璃：利用氫氟酸對玻璃的腐蝕作用可以將玻璃的一面腐蝕，使之變得不透明，制成“ ”，也可利用這一方法在玻璃上雕刻 、 。弱氟化氫氣極易四氟化硅4HFSiO2= SiF42H2O毛玻璃花紋圖案制成工藝品無有 自主探究精要解讀 2電路板的制作 (1)Fe3的氧化性：Fe3具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性較強。如它在酸性溶液中與KI溶液混合，生成Fe2和I2，反應的離子方程式為： 再如Fe3在酸性溶液中氧化Cu，反應的離子方程式為： 2Fe32I=2Fe2I22Fe3Cu=2Fe2Cu2 自主探究精要解讀 (2)濃三氯化鐵溶液腐蝕敷銅板：在電子工業(yè)上，用濃三氯化鐵溶液腐蝕敷銅板制作 是化學腐蝕加工的另一個常見的例子。在敷銅板上，用類似照相復印的方法將設計好的電子線路用 印在銅箔上，然后將圖形以外不受感光膠保護的銅箔用濃三氯化鐵溶液腐蝕除去，反應的化學方程式為：上述反應中，Cu在FeCl 3濃溶液中被 為Cu2，Fe3被 為Fe2。 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2印刷電路板感光膠氧化還原 自主探究精要解讀 氫氟酸有毒，在實驗室做實驗時剩余的氫氟酸應該如何處理？提示氫氟酸是有毒氣體HF的水溶液，實驗時要注意安全，實驗后的廢液及剩余的氫氟酸要放到指定的容器中，不能任意排放，以免污染環(huán)境。【慎思1】 自主探究精要解讀 通過鋁的陽極氧化形成的氧化膜其孔隙應用什么封閉？為什么？提示沸水使電解時生成的氧化鋁轉化為水合氧化鋁(Al2O3H2O或Al2O33H2O)、體積增大(33%至100%)，這是鋁的氧化膜水化后能夠封閉孔隙的原因?！旧魉?】 自主探究精要解讀 電鍍時，添加劑的作用是什么？提示電鍍工藝要求鍍層厚度均勻，光滑致密，與底層金屬的附著力強，因此需加表面活性劑改善鍍層性能；加配合劑，控制金屬在鍍件上的析出速率；加入一定量的糖作整平劑；緩沖劑可穩(wěn)定鍍層酸度等。如在銅上鍍銀實驗中：加味精降低溶液的表面張力；加乙二胺四乙酸鈉鹽為配合劑，控制金屬析出速率；加醋酸鈉作為緩沖劑，穩(wěn)定鍍層酸度；加尿素為緩沖劑，防止銀鍍層泛黑，提高鍍層的光澤亮度；加少量蔗糖作整平劑等。 【慎思3】 自主探究精要解讀 金屬材料表面的耐腐蝕性能提高的方法：用化學方法改變金屬材料表面的成分。常見的有：(1)在足夠高的溫度下，金屬表面滲入某些其他元素；(2)用電化學方法或其他化學方法在金屬表面形成具有防腐性能的氧化物膜或金屬鹽膜。 自主探究精要解讀 本方法是利用電化學方法使鋁及鋁合金表面生成致密的氧化 膜。 (1)鋁的陽極氧化實驗裝置(裝置圖如下)1. 鋁的陽極氧化 自主探究精要解讀 (2)裝置特點：鋁片與直流電源正極相連作陽極；陰極材料可用碳棒；電解質溶液為20%的硫酸。(3)陽極氧化法處理鋁的優(yōu)點：增強了鋁制品的抗腐蝕和抗機械劃傷能力，外表更加美觀。(4)鋼鐵為何進行發(fā)藍處理一般鋼鐵容易生銹，如果將鋼鐵零件的表面進行發(fā)藍處理，就能大大增強抗蝕能力，延長使用壽命。像武器、彈簧、鋼絲等，就是常用這種方法來保護的。鐵在含有氧化劑和苛性鈉的混合溶液中，一定溫度下經一定時間后，反應生成亞鐵酸鈉(Na 2FeO2)和鐵酸鈉(Na2Fe2O4)，亞鐵酸鈉與鐵酸鈉相互作用生成四氧化三鐵氧化膜。其反應方程式為： 自主探究精要解讀 3FeNaNO25NaOH=3Na2FeO2H2ONH36Na2FeO2NaNO25H2O=3Na2Fe2O4NH37NaOHNa2FeO2Na2Fe2O42H2O= Fe3O44NaOH這層氧化膜呈黑色或黑藍色，它結構致密，具有較強的抗腐蝕能力。 自主探究精要解讀 (1)定義：電鍍是指運用電解的原理，在金屬器件表面形成一薄層有抗腐蝕、抗磨損能力的金屬鍍膜的過程。 (2)電鍍裝置特點：待鍍金屬器件與直流電源負極相連作陰極，鍍層金屬與電源正極相連作陽極，含有鍍層金屬陽離子的電解質溶液作電鍍液。 (3)電鍍是電解原理的應用之一。電鍍的基本原理是電鍍液中的金屬離子在電位差的作用下移動到陰極表面放電(析出金屬)形成電鍍層，陽極金屬形成金屬離子進入電鍍液，電鍍液中鍍層金屬離子的濃度幾乎保持不變。2電鍍 自主探究精要解讀 (4)電鍍的工藝要求：鍍層厚度均勻、光滑致密、與底層金屬的附著力強。表面活性劑：其作用有兩方面：a.除去表面的油污，使鍍液易于在電極表面均勻鋪展開來；b.附著在電極表面，對金屬離子在電極上的放電起到一定的阻礙作用，使金屬鍍層細致均勻。配合劑：a其作用為使金屬離子與其形成配合離子，明顯降低金屬離子的濃度，使金屬在鍍件上的析出速率得到控制，從而得到質量較好的鍍層。b從前使用的配合劑氰化物有劇毒，應盡量減少其使用，更環(huán) 保的替代品正在不斷研究中。 自主探究精要解讀 下列敘述正確的是 ()。鋅跟稀硫酸反應制取氫氣，加入少量硫酸銅溶液能加快反應速率鍍層破損后，白鐵(鍍鋅的鐵)比馬口鐵(鍍錫的鐵)更易腐蝕電鍍時，應把鍍件置于電解槽的陰極冶煉鋁時，把氧化鋁加入液態(tài)冰晶石中成為熔融體后電解鋼鐵表面常易銹蝕生成Fe2O3nH2OA B C D【例1】 自主探究精要解讀 解析Zn置換出Cu，Cu附在Zn表面，可形成CuZn原電池，使Zn被腐蝕速率加快，也就是產生H2速率加快。正確。鍍層破損后，馬口鐵中形成FeSn原電池，Fe較活潑，被腐蝕速率加快；白鐵中形成ZnFe原電池，Zn較活潑被腐蝕，Fe被保護，不正確。電鍍時鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極。正確。正確。正確。答案B 自主探究精要解讀 電鍍是電解的一種應用，也是金屬表面處理的一種方法，金屬的防腐措施多樣化，其中電化學法是目前常用的方法之一。 自主探究精要解讀 將鋁件與另一種材料作電極，以某種溶液作電解液進行電解，通電后在鋁件與電解液的接觸面上逐漸形成一層Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在著小孔，電流從小孔通過并產生熱量使Al(OH)3分解，從而在鋁件表面形成一層較厚的氧化膜。某校課外興趣小組根據上述原理，以鋁件和鐵棒為電極，一定濃度的NaHCO3溶液為電解液進行實驗。(1)鋁件表面形成Al(OH)3的電極反應式是_。(2)電解過程中，必須使電解液pH保持相對穩(wěn)定(不能太大，也不能太小)的原因是_。(3)用NaHCO 3溶液作電解液，會減緩陰極區(qū)溶液pH的增大，能說明這一原理的離子方程式為_。 【體驗1】 自主探究精要解讀 自主探究精要解讀 自主探究精要解讀 使用金屬材料及其他材料時，需要進行有目的的加工，除機械處理外，有時還要進行化學加工，如化學腐蝕法進行處理。1利用氫氟酸與玻璃的成分(SiO2)的反應，可以用于蝕刻玻璃，制作毛玻璃或其他玻璃工藝品。其反應原理為：SiO24HF=SiF42H2O2電子工業(yè)上，用濃三氯化鐵溶液腐蝕敷銅板制作印刷電路板也是應用化學腐蝕法。其反應原理為：Cu2Fe3=Cu22Fe 2 自主探究精要解讀 鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：_。(2)若將(1)中的反應設計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標出正、負極，并寫出電極反應式。正極反應：_，負極反應：_。(3)腐蝕銅板后的混合溶液中，若Cu 2、Fe3和Fe2的濃度均為0.10 molL1，請參照下表給出的數據和藥品，簡述除去CuCl2溶液中Fe3和Fe2的實驗步驟。 【例2】 自主探究精要解讀 氫氧化物開始沉淀時的pH氫氧化物沉淀完全時的pHFe31.9 3.2Fe27.0 9.0Cu24.7 6.7提供的藥品：Cl2、濃硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu 自主探究精要解讀 (4)某科研人員發(fā)現劣質不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種(水可任選)，設計最佳實驗，驗證劣質不銹鋼易被腐蝕。有關反應的化學方程式：_。劣質不銹鋼腐蝕的實驗現象_。 自主探究精要解讀 解析三氯化鐵腐蝕電路板的離子方程式為2Fe3Cu2=Fe2Cu2；由離子方程式知銅失去電子，所以銅作負極，三氯化鐵作電解質溶液，(裝置見答案)正極反應：2Fe32e=2Fe2，負極反應：Cu2e=Cu2；由表中的數據可以看出應該將亞鐵離子氧化為三價鐵離子，然后調節(jié)pH為3.2到4.7之間，具體步驟為：通入足量氯氣將Fe2氧化成Fe3；加入CuO調節(jié)溶液的pH至3.24.7；過濾；劣質不銹鋼在某些鹽溶液中腐蝕現象明顯。所以可制得的鹽有CuCl 2、CuSO4，則最佳實驗是用CuO和稀硫酸反應，方程式：CuOH2SO4=CuSO4H2O、CuSO4Fe=FeSO4Cu；現象為不銹鋼表面有紫紅色物質生成。 自主探究精要解讀 答案(1)2Fe3Cu =2Fe2Cu2(2)裝置圖：正極反應：2Fe32e=2Fe2；負極反應：Cu2e=Cu2(3)通入足量氯氣將Fe 2氧化成Fe3；加入CuO調節(jié)溶液的pH至3.24.7；過濾除去Fe(OH)3(4)CuOH2SO4=CuSO4H2OCuSO4Fe=FeSO4Cu不銹鋼表面有紫紅色物質生成 自主探究精要解讀 金屬腐蝕的本質是金屬原子失去電子被氧化成金屬離子，除雜的關鍵是試劑的選擇和試劑的添加順序。 自主探究精要解讀 制印刷電路時常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”，發(fā)生的反應為2FeCl3Cu2=FeCl2CuCl2。向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，反應結束后，下列結論不可能出現的是()。A燒杯中有銅無鐵 B燒杯中有鐵無銅C燒杯中鐵、銅都有 D燒杯中鐵、銅都無解析鐵的還原性比銅強，FeCl3首先氧化Fe；只有Fe反應完后，剩余的FeCl 3才能再氧化Cu。故燒杯中有鐵無銅是不可能的。答案B 【體驗2】