《材料的加工處理》教案3

材料的加工處理教案知識回顧1,已知氧化性Fe3 + >Cu2+,寫出Fe3+與Cu反應(yīng)的離子方程式？【提示】2Fe3Cu=2Fe2Cu22什么是電解？【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(yīng)和還原反應(yīng)，由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(qiáng)的腐蝕性，可與玻璃中的SiO2反應(yīng)。4HF+SiO2=SiF4f+ 2H2O。學(xué)習(xí)目標(biāo)1知道材料是社會進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，了解材料加工和性能優(yōu)化與化學(xué)科學(xué)發(fā)展之間的關(guān)系。2知道金屬表面處理技術(shù)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(jìn)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(xué)腐蝕在材料加工處理中的應(yīng)用。教學(xué)過程一、金屬的表面氧化金屬材料表面的耐腐蝕性能提高的方法： 用化學(xué)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(xué)方法或其他化學(xué)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。1鋁的陽極氧化本方法是利用電化學(xué)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)恢降鋁片WVVV鋁片-二:20% 硫酸(2)裝置特點(diǎn)：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(zhì)溶液為20%的硫酸。(3)陽極氧化法處理鋁的優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)了鋁制品的抗腐蝕和抗機(jī)械劃傷能力，外表更加美 觀。(4)鋼鐵為何進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理一般鋼鐵容易生銹， 如果將鋼鐵零件的表面進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理，就能大大增強(qiáng)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(hù)的。鐵在含有氧化劑和苛性鈉的混合溶液中，一定溫度下經(jīng)一定時間后，反應(yīng)生成亞鐵酸鈉(Na2FeO2)和鐵酸鈉(Na2Fe2。4),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(yīng)方程式為：3Fe+ NaNO 2 + 5NaOH=3Na 2FeO2 + H2O + NH 3 T6Na2FeO2+ NaNO2+ 5H2O=3Na2Fe2O4+ NH 3 U 7NaOHNa2FeOz+Na2Fe2O4+2i0= Fe3O4+ 4NaOH這層氧化膜呈黑色或黑藍(lán)色，它結(jié)構(gòu)致密，具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。2.電鍍(1)定義：電鍍是指運(yùn)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(diǎn)：待鍍金屬器件與直流電源負(fù)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(zhì)溶液作電鍍液。(3)電鍍是電解原理的應(yīng)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(jìn)入電鍍液，電鍍 液中鍍層金屬離子的濃度幾乎保持不變。(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(qiáng)。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(xì)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(zhì)量較好的鍍層。b.從前使用的配合劑氧化物有劇毒，應(yīng)盡量減少其使用，更環(huán)保的替代品正在不斷研 究中。【例 1】下列敘述正確的是() 。鋅跟稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，加入少量硫酸銅溶液能加快反應(yīng)速率鍍層破損后，白鐵(鍍鋅白鐵)比馬口鐵(鍍錫白鐵)更易腐蝕電鍍時，應(yīng)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 Fe2O3 nH2OA B C.D.【解析】Zn置換出Cu, Cu附在Zn表面，可形成Cu Zn原電池，使Zn被腐蝕速率加快， 也就是產(chǎn)生H2速率加快。正確。鍍層破損后，馬口鐵中形成FeSn原電池，F(xiàn)ea活潑，被腐蝕速率加快；白鐵中形成Zn Fe原電池，Zn較活潑被腐蝕，F(xiàn)e被保護(hù)，不正確。電鍍時鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極。正確。正確。正確?！敬鸢浮緽【變式】將鋁件與另一種材料作電極，以某種溶液作電解液進(jìn)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(chǎn)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(jù)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(jìn)行實驗。(1) 鋁件表面形成Al(OH) 3的電極反應(yīng)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NaHCO3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 ?！窘馕觥恳驗殇X要生成Al 3 ，所以鋁件應(yīng)作陽極、鐵棒作陰極。NaHCO 3溶液為電解液，則陽極反應(yīng)為 Al 3e =Al 3 ，由于生成的鋁離子和碳酸氫根離子互相促進(jìn)水解而生成氫氧化鋁。Al3+ + 3HCO3=Al(OH) 3原3CO2 T,陰極反應(yīng)為2H+ + 2e=出個，則使水的電離平衡向右移動，c(OH )>c(H+).由于Al(OH) 3、AI2O3具有兩性，電解液的酸性或堿性過強(qiáng)，都會2使所形成的A12O3薄膜溶解，碳酸氫鈉能與堿反應(yīng)：HCO3+OH =CO3 +H2O,所以會減緩陰極區(qū)溶液pH的增大?！敬鸢浮?1)Al 3e + 3HCO3=Al(OH) 33CO2T或 Al3e =Al", Al"+3HCO3=Al(OH) 3J+ 3CO2 T(2)Al(OH) 3、AI2O3具有兩性，電解液的酸性或堿性過強(qiáng)，都會使所形成的AI2O3薄膜溶解 - _ 2一(3)HCO 3 + OH =CO3 +H2O二、腐蝕加工技術(shù)使用金屬材料及其他材料時，需要進(jìn)行有目的的加工，除機(jī)械處理外，有時還要進(jìn)行化學(xué)加工，如化學(xué)腐蝕法進(jìn)行處理。1 .利用氫氟酸與玻璃的成分(SiO2)的反應(yīng)，可以用于蝕刻玻璃，制作毛玻璃或其他玻璃工藝品。其反應(yīng)原理為：SiO2+4HF=SiF4f+ 2H2O2 .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(yīng)用化學(xué)腐蝕法。其反應(yīng)原理為：Cu + 2Fe3+=Cu2+ + 2Fe2 +【例2】鐵及鐵的化合物應(yīng)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： c(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)：,負(fù)極反應(yīng)：。(3)腐蝕銅板后的混合溶液中，若 Cu2+、Fe"和Fe2+的濃度均為0.10 mol1,請參照下表給出的數(shù)據(jù)和藥品，簡述除去CuCl2溶液中Fe”和Fe2+的實驗步驟。氫氧化物開始沉淀時的 pH氫氧化物沉淀完全時的pH匚3 +Fe1.93.21- 2+ Fe7.09.0c 2+Cu4.76.7提供的藥品：Cl2、濃硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu(4)某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種(水可任選)，設(shè)計最佳實驗，驗證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：。劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實驗現(xiàn)象 ?！窘馕觥咳然F腐蝕電路板的離子方程式為2Fe3+ + Cu2=Fe2+Cu2+；由離子方程式知銅失去電子，所以銅作負(fù)極，三氯化鐵作電解質(zhì)溶液，(裝置見答案)正極反應(yīng)：2Fe3+ + 2e =2Fe2+,負(fù)極反應(yīng)：Cu-2e =Cu2+；由表中的數(shù)據(jù)可以看出應(yīng)該將亞鐵離子氧化為三價鐵離子，然后調(diào)節(jié)pH為3.2到4.7之間，具體步驟為：通入足量氯氣將Fe為氧化成Fe3+；加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.24.7;過濾；劣質(zhì)不銹鋼在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。所以可制得的鹽有CuCl2、CUSO4,則最佳實驗是用 CuO和稀硫酸反應(yīng)，方程式：CuO+ H2SO4=CuSO4+H2。、CuSO4+Fe=FeSO4+Cu；現(xiàn)象為不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成?！敬鸢浮?1)2Fe3+ + Cu =2Fe2+ + Cu2+(2)裝置圖:FeCl3溶液正極反應(yīng)：2Fe3+ + 2e =2Fe2+;負(fù)極反應(yīng)：Cu-2e =Cu2+(3)通入足量氯氣將Fe2+氧化成Fe3+；加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.24.7;過濾除去 Fe(OH) 3(4)CuO+ H2SO4=CuSO4+H2O CuSO4 + Fe=FeS04 + Cu不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成【變式】制印刷電路時常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”，發(fā)生的反應(yīng)為2FeCh+Cu2=FeCl2+CuCl2。向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時加入鐵粉和銅粉，反應(yīng)結(jié)束后，下列結(jié)論不可 能出現(xiàn)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(qiáng)，F(xiàn)eCl3首先氧化Fe；只有Fe反應(yīng)完后，剩余的FeCl3才能再氧化 Cu 。故燒杯中有鐵無銅是不可能的?！敬鸢浮?B