《材料的加工处理》教案3

材料的加工处理教案知识回顾1,已知氧化性Fe3 + >Cu2+,写出Fe3+与Cu反应的离子方程式？【提示】2Fe3Cu=2Fe2Cu22什么是电解？【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=SiF4f+ 2H2O。学习目标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。教学过程一、金属的表面氧化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。1铝的阳极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。(1) 铝的阳极氧化实验装置(装置图如下)恢降铝片WVVV铝片-二:20% 硫酸(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(Na2Fe2。4),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+ NaNO 2 + 5NaOH=3Na 2FeO2 + H2O + NH 3 T6Na2FeO2+ NaNO2+ 5H2O=3Na2Fe2O4+ NH 3 U 7NaOHNa2FeOz+Na2Fe2O4+2i0= 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。2.电镀(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。(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.从前使用的配合剂氧化物有剧毒，应尽量减少其使用，更环保的替代品正在不断研 究中。【例 1】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(镀锌白铁)比马口铁(镀锡白铁)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.【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FeSn原电池，Fea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【变式】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 。【解析】因为铝要生成Al 3 ，所以铝件应作阳极、铁棒作阴极。NaHCO 3溶液为电解液，则阳极反应为 Al 3e =Al 3 ，由于生成的铝离子和碳酸氢根离子互相促进水解而生成氢氧化铝。Al3+ + 3HCO3=Al(OH) 3原3CO2 T,阴极反应为2H+ + 2e=出个，则使水的电离平衡向右移动，c(OH )>c(H+).由于Al(OH) 3、AI2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会2使所形成的A12O3薄膜溶解，碳酸氢钠能与碱反应：HCO3+OH =CO3 +H2O,所以会减缓阴极区溶液pH的增大。【答案】(1)Al 3e + 3HCO3=Al(OH) 33CO2T或 Al3e =Al", Al"+3HCO3=Al(OH) 3J+ 3CO2 T(2)Al(OH) 3、AI2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的AI2O3薄膜溶解 - _ 2一(3)HCO 3 + OH =CO3 +H2O二、腐蚀加工技术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=SiF4f+ 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 +【例2】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： c(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+、Fe"和Fe2+的浓度均为0.10 mol1,请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe”和Fe2+的实验步骤。氢氧化物开始沉淀时的 pH氢氧化物沉淀完全时的pH匚3 +Fe1.93.21- 2+ Fe7.09.0c 2+Cu4.76.7提供的药品：Cl2、浓硫酸、NaOH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Fe为氧化成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=CuSO4+H2。、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:FeCl3溶液正极反应：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3.24.7;过滤除去 Fe(OH) 3(4)CuO+ H2SO4=CuSO4+H2O CuSO4 + Fe=FeS04 + Cu不锈钢表面有紫红色物质生成【变式】制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCh+Cu2=FeCl2+CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结论不可 能出现的是()。A 烧杯中有铜无铁B 烧杯中有铁无铜C.烧杯中铁、铜都有D 烧杯中铁、铜都无【解析】铁的还原性比铜强，FeCl3首先氧化Fe；只有Fe反应完后，剩余的FeCl3才能再氧化 Cu 。故烧杯中有铁无铜是不可能的。【答案】 B