1、第一單元 材料的加工處理專(zhuān)題4 材料加工與性能優(yōu)化化學(xué)與技術(shù)2011.7.211可編輯ppt思考1：你知道的材料有哪些類(lèi)型？金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料（水泥、陶瓷、玻璃、硅、二氧化硅）高分子材料（橡膠、塑料、纖維）復(fù)合材料思考2：鋁是一種應(yīng)用廣泛的金屬材料。鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，但是它的耐腐蝕性很強(qiáng)，請(qǐng)用解釋其中的化學(xué)原理。鋁對(duì)氧的化學(xué)親和力特別強(qiáng)，在大氣中其表面總是被一層透明的氧化膜所覆蓋，但是天然的鋁氧化膜極薄，只有0.01-0.10um厚，機(jī)械強(qiáng)度低，抗蝕和耐磨性都不能滿(mǎn)足防腐蝕的需要。2可編輯ppt利用電化學(xué)方法，可使鋁（或鋁合金）表面生成致密的優(yōu)質(zhì)氧化膜，且膜較厚，其厚度可達(dá)幾十至幾百微米，

2、能有效地提高鋁的耐腐蝕性。另外，由于所形成的氧化膜存在均勻的孔隙，故可用有機(jī)染料進(jìn)行染色處理，經(jīng)封密后色澤穩(wěn)定，使鋁材的應(yīng)用更加廣泛。 這種使鋁表面氧化的電化學(xué)工藝稱(chēng)為鋁的陽(yáng)極氧化。3可編輯ppt1、鋁的陽(yáng)極氧化步驟：1.表面預(yù)處理：把鋁片浸入熱的16%氫氧化鈉溶液半分鐘， 目的是 ；洗去油污，去除表面的氧化膜2.陽(yáng)極氧化：準(zhǔn)備好電解裝置，使陰陽(yáng)電極間距約為2cm，迅速將鋁片浸入溶液，浸入部分約為全部的2/3，通電約為25min；3.洗滌：斷開(kāi)電路，取出鋁片。用1%氨水中和表面的酸溶液，再用水沖洗干凈。4.著色、封閉：把鋁片進(jìn)入茜素溶液23min，取出后用水沖洗，再放入沸水中浸煮5min。5.

3、 取出鋁片，擦干。觀察鋁片表面的顏色。茜素是一種有機(jī)染料，這是金屬表面處理后的著色過(guò)程。思考為何在金屬表層能進(jìn)行著色。什么原因?沸水中，氧化膜發(fā)生水化，體積膨脹，其中的微孔被擠緊堵塞。由于氧化膜孔層具有很強(qiáng)的吸附性能，可吸附色素將膜染成各種顏色。作用：形成氧化膜，增強(qiáng)了鋁制品的抗腐蝕和抗機(jī)械劃傷能力一 金屬的表面處理閱讀P67“活動(dòng)與探究”什么是陰極、什么是陽(yáng)極？4可編輯ppt 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(shí)間后，反應(yīng)生成亞鐵酸鈉(Na2FeO2)和鐵酸鈉(Na2Fe2O4)，亞鐵酸鈉與鐵酸鈉又相互作用生成四氧化三鐵氧化膜。其反應(yīng)方程式為： 3Fe+NaNO2+5NaO

4、H=3Na2FeO2+H2O+NH3 8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O=4Na2Fe2O4+3NH3 Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH 一 金屬的表面處理2、鋼材的氧化處理（發(fā)藍(lán)、發(fā)黑）目的：思考：上述反應(yīng)中，哪些是氧化還原反應(yīng)？0+2+330+3+3-3課本P67+2使鋼表層在化學(xué)溶液中氧化形成Fe3O4致密氧化膜。+35可編輯ppt3、鋼材的磷化處理基本方法：使鋼在磷酸鹽溶液中表層形成磷酸鹽膜。作用：達(dá)到提高耐磨、耐蝕性。6可編輯ppt以鍍層金屬板作為陽(yáng)極，被電鍍的零件作為陰極，用含有鍍層金屬離子的溶液作為電解液，接通直流電后，陽(yáng)極逐漸被溶解，陰

5、極零件表面便會(huì)沉積著鍍層金屬。電鍍液（含鍍層金屬 離子）待鍍件鍍層金屬作用：提高耐磨、耐蝕性，修復(fù)磨損零件，實(shí)現(xiàn)表面裝飾及其他目的。 一 金屬的表面處理4、電鍍?cè)恚海ㄒ澡F鑰匙上鍍上金屬銅為例）7可編輯ppt8可編輯ppt請(qǐng)大家仔細(xì)閱讀教材中68頁(yè)“活動(dòng)與探究”及69頁(yè)的內(nèi)容，思考以下問(wèn)題：電鍍液中加入味精、乙二胺四乙酸的二鈉鹽等分別起什么作用？ 本實(shí)驗(yàn)如何控制電鍍液的pH、溫度和電鍍時(shí)間以獲得高質(zhì)量的鍍層？(1)少量表面活性劑（味精）能改善鍍層性能。(2)乙二胺四乙酸的二鈉鹽等配合劑可以使鍍層金屬離子形成配合離子，這樣能很好地控制金屬在鍍件上析出速率 本實(shí)驗(yàn)中電鍍液的酸堿度將影響到金屬配合離

6、子的穩(wěn)定性，加入0.2molL1NaOH溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)pH9。為了避免溫度影響鍍層，將水浴溫度控制在3060。此外，電鍍時(shí)間大約12分鐘。課本P699可編輯ppt5、在金屬表面滲入某些其它元素一 金屬的表面處理練習(xí)：我國(guó)第五套人民幣中的一元硬幣材料為鋼芯鍍鎳，依據(jù)你所掌握的電鍍?cè)?，你認(rèn)為在硬幣制作時(shí)，鋼芯應(yīng)做（ ）。 A陰極 B陽(yáng)極 C正極 D負(fù)極 A10可編輯ppt例1.對(duì)金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽命。（1）以下為鋁材表面處理的一種方法：堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時(shí)常有氣泡冒出，原因是 （用離子方程式表示）。為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑

7、中的_。aNH3 bCO2 cNaOH dHNO3 以鋁材為陽(yáng)極，在H2SO4 溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極電極反應(yīng)為 。取少量廢電解液，加入NaHCO3，溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的離子反應(yīng)方程式。2Al+2OH-+4H2O=2Al(OH)4-+3H2； b2Al+3H2O-6e -=Al2O3+6H+ Al3+3HCO3- = Al(OH)3+3CO211可編輯ppt（2）鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時(shí)用銅而不用石墨作陽(yáng)極的原因是。（3）利用右圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。 若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于_處。 若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱(chēng)為_(kāi)。陽(yáng)極

8、Cu可以發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2+ NN犧牲陽(yáng)極保護(hù)法 12可編輯ppt二、腐蝕加工技術(shù) 【問(wèn)題1】在電子工業(yè)上，用濃三氯化鐵溶液腐蝕敷銅板。在敷銅板上，用類(lèi)似照相復(fù)印的方法將設(shè)計(jì)好的電子線路用感光膠印在銅箔上，然后將圖形以外不受感光膠保護(hù)的銅箔用氯化鐵溶液腐蝕除去，用化學(xué)方程式表示化學(xué)原理？2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2 13可編輯ppt【問(wèn)題2】閱讀教材P70-氫氟酸蝕刻玻璃 原理？氫氟酸和石蠟各起了什么作用？氫氟酸：腐蝕玻璃 SiO2+4HF=SiF4+2H2O石蠟：保護(hù)玻璃（使沒(méi)被作畫(huà)的那部分玻璃不被腐蝕）氫氟酸有毒，且對(duì)皮膚有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性，皮膚接觸后立即

9、用大量流水作長(zhǎng)時(shí)間徹底沖洗，所以帶手套。 。 【問(wèn)題3】用硫酸溶液在木版、竹片上作畫(huà)，烘干后，可留下棕黑色的畫(huà)，其原理？14可編輯ppt第二單元 材料組成的優(yōu)化專(zhuān)題4 材料加工與性能優(yōu)化化學(xué)與技術(shù)2011.7.2115可編輯ppt措施1：改變材料的組成1.合金： 由金屬與金屬或非金屬經(jīng)過(guò)融合而成的具有金屬特性的物質(zhì)各類(lèi)型合金都有以下通性：一般來(lái)說(shuō)，合金的性質(zhì)并不是各種成分金屬性質(zhì)的總和。合金具有很多良好的物理、化學(xué)或機(jī)械性能，在許多方面優(yōu)于各成分金屬。(1)多數(shù)合金熔點(diǎn)低于其組分中任一種組成金屬的熔點(diǎn)；(2)硬度比其組分中任一金屬的硬度大；16可編輯ppt利用此原理，可制造儲(chǔ)氫合金的空調(diào)器；或

10、對(duì)氫氣進(jìn)行精制。溫度低有利于吸氫，溫度高有利于放氫LaNi5 + 3H2 LaNi5H6 H= - 31.77kJmol-1200300kPa合金應(yīng)用：什么是貯氫合金？貯氫反應(yīng)有什么特點(diǎn)，怎么利用平衡移動(dòng)來(lái)解釋貯氫的原理。措施1：改變材料的組成17可編輯ppt2.硅酸鹽材料和精細(xì)陶瓷硅酸鹽材料是以含硅物質(zhì)為原料高溫?zé)贫傻?。措?：改變材料的組成硅酸鹽材料原料反應(yīng)條件主要成分水泥玻璃陶瓷石灰石、黏土、石膏高溫硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣純堿、石灰石、石英沙高溫硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅黏土高溫18可編輯ppt問(wèn)題1：何為鉀玻璃？為何可制造化學(xué)儀器？問(wèn)題2：石英玻璃為何耐高溫性能特別好？問(wèn)題3：

11、鋼化玻璃機(jī)械強(qiáng)度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不會(huì)形成有棱角的碎片。其成分是什么？如何制成？玻璃中二氧化硅含量越大越耐高溫。此外加入氧化硼，使玻璃的膨脹系數(shù)降低，能耐受溫度的劇烈變化。鉀玻璃就是硅酸鉀替代硅酸鈉，熔點(diǎn)高、耐化學(xué)腐蝕。19可編輯ppt 針對(duì)陶瓷存在的問(wèn)題，化學(xué)家用改變陶瓷組分的方法研制出具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕，并具有聲、電、光、熱、磁等多方面特殊功能的新一代無(wú)機(jī)非金屬材料-精細(xì)陶瓷1、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷:（化學(xué)組成：氮化硅）2、透明陶瓷3、生物陶瓷精細(xì)陶瓷20可編輯ppt生物陶瓷：某些合成高分子材料與人體器官組織的天然高分子有著極其相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。因此這些醫(yī)用高分子做成的

12、人工器官具有很好的生物相容性，不會(huì)因與人體接觸而產(chǎn)生排斥作用。如人造骨骼、人造牙、人造腎臟、人造心臟等。人造心臟人造腎臟人造膝關(guān)節(jié)21可編輯ppt措施2：提高材料純度 單晶硅和二氧化硅的應(yīng)用 單晶硅經(jīng)常表現(xiàn)出電、磁、光、熱等方面的優(yōu)異性能，用其做成的電子器件、半導(dǎo)體器件等應(yīng)用于現(xiàn)代科技的許多領(lǐng)域，如晶體管主要由硅、鍺或砷化鎵單晶組成。還可用于太陽(yáng)能電池板和可控硅元件的制造。 二氧化硅做成的光纖有巨大的信息容量，且通信不受外界電磁場(chǎng)的干擾，工作穩(wěn)定可靠，保密程度高。同時(shí)生產(chǎn)1km長(zhǎng)的光纖只需幾克超純石英玻璃，可節(jié)省1.1t銅。22可編輯ppt超純硅的制取反應(yīng)原理： 制粗硅：用焦炭還原二氧化硅，寫(xiě)

13、出方程式。粗硅轉(zhuǎn)變?yōu)镾iCl4或SiHCl3： Si + 2Cl2 = SiCl4 Si + 3HCl = SiHCl3 + ？精餾提純SiCl4和SiHCl3后制高純硅： 2H2+ SiCl4 =？ SiHCl3 + H2 =？制高純二氧化硅（光纖）：SiCl4 (g)+ O2 (g) = SiO2 (s)+2Cl2(g) 1573KSiO2 + 2C = Si + 2CO高溫H2Si +4 HClSi + 3HCl23可編輯ppt措施3：研制納米材料 1、納米材料定義 P77 高純度的納米顆粒材料是無(wú)法用通常的機(jī)械粉碎法獲得的，因?yàn)闄C(jī)械粉碎法只能得到直徑為1000nm以上的顆粒。 納米材料

14、可通過(guò)物理或化學(xué)的方法制得，化學(xué)方法主要是利用化學(xué)反應(yīng)使原子或分子聚集、沉淀形成納米顆粒。FeC2O4FeO+CO+CO2FeO+CO Fe+CO22、納米材料特性3、納米材料的制備方法4FeO Fe+Fe3O424可編輯ppt例1：近日，“杭州創(chuàng)造”首屆十大創(chuàng)新成就評(píng)選發(fā)布晚會(huì)上，浙江省富通集團(tuán)光纖預(yù)制棒項(xiàng)目贏得十大創(chuàng)新成就殊榮。光纖預(yù)制棒是光纜生產(chǎn)的最“源頭”項(xiàng)目，目前國(guó)內(nèi)光纜生產(chǎn)廠家約200家，大部分靠買(mǎi)進(jìn)口光纖預(yù)制棒來(lái)生產(chǎn)光纜。光纖預(yù)制棒的化學(xué)成分是 ，晶體類(lèi)型為 。如果把光纜裸露在堿性土壤中，結(jié)果會(huì)“短路”，用離子方程式說(shuō)明原因 。下列說(shuō)法正確的是（ ）A、石英玻璃與普通玻璃都是硅酸

15、鹽制品 B、二氧化硅是良好半導(dǎo)體材料C、工藝師用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品 D、石英與二氧化碳化學(xué)鍵相同石英可以制備各種各樣的陶瓷制品，如坩堝、蒸發(fā)皿、氮化硅高溫結(jié)構(gòu)陶瓷等。寫(xiě)出氮化硅的化學(xué)式 ，工業(yè)上用石英、焦碳、氮?dú)庵苽涞瑁瑢?xiě)出反應(yīng)方程式 。SiO2 原子晶體SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2OD Si3N4 3SiO2 + 2N2 + 6C = Si3N4 + 6CO25可編輯ppt晶體硅是電子工業(yè)的重要材料，工業(yè)上大量的晶體硅是由石英為原料制備得到的。制備純硅的主要步驟如下：高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3；SiHCl3與過(guò)量H2在10001100反應(yīng)制得純硅。其中用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下（熱源裝置略去）： 為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及 。裝置中的燒瓶需要加熱，其目的是： 。裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。排盡裝置中的空氣使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化 26可編輯ppt第三單元 復(fù)合材料的制造專(zhuān)題4 材料加工與性能優(yōu)化化學(xué)與技術(shù)2011.7.2127可編輯ppt復(fù)合材料搪瓷搪瓷材料是金屬與無(wú)