课件20张PPT。专题4 材料加工与性能优化发蓝钢带阳极氧化概述铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。
初期应用
表面改性——耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。
近期应用
精密分离膜：耐热、可调孔径、规整
AAO模板：制作纳米功能材料 应用 耐磨耐腐蚀材料建筑装饰材料 电绝缘材料第一单元 材料的加工处理金属的表面处理由教材P67活动与探究回答下列问题
1、铝及其合金进行阳极氧化的目的是什么？
2、实验中的NaOH起什么作用？
3、茜素的作用是什么？茜素：一种有机颜料一、铝阳极氧化的一般原理阳极：铝或铝合金制品
阴极：在电解溶液中化学稳定性高的材料
铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。
在阴极上
在阳极上二、铝的阳极氧化过程装饰材料的制备过程：12. 中国阳极氧化与染色网 http://www.aludye.com/home1.htm表面处理1、表面处理铝材及制品的表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷。
处理过程包括：
脱脂 ：除去表面油污赃物
碱蚀 ：进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤
中和:用酸清洗,除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面2、阳极氧化处理 以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化，从而得到所需的氧化铝膜3、染色处理一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03μm，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030μm，着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积
染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。4、封孔处理提高铝件质量和染着色牢固。
经过封闭处理后表面变的均匀无孔，形成致密的氧化膜。
经封闭后的氧化膜不再具有吸附性，可避免吸附有害物质而被污染或早期腐蚀。总结表面
改性功能
材料缺陷
斑点微孔结构
生长机理(1)原理:应用电解
原理在某些金属
表面镀上一层其
他金属或合金的
过程.
(2)阴极:待镀件
阳极:镀层金属
(3)电镀液:
含有镀层金属的
离子
电镀铜原理瞧瞧这是什么?第一单元 材料的加工处理金属的表面处理1、设计一套实验方案：将自己的钥匙镀银。
2、电镀时为什么要使用氰化物？国家又为什么推广无氰电镀？腐蚀加工技术1、“毛玻璃”是怎样制成的？
2、请思考：如何实现在玻璃上刻上自己的名字。
3、P70电路板的制作中，氯化铁起什么作用？反应原理是什么?刻蚀玻璃第二单元 材料组成的优化1、你知道哪些合金，合金与纯金属比起来有什么特点？
2、什么是贮氢合金？以及它是如何用来贮存氢气的？
3、什么是硅酸盐材料？
4、特种陶瓷和传统陶瓷相比有哪些优点？
5、高纯硅是如何被生产出来的？
6、什么是纳米材料？第三单元 复合材料的制造1、什么是复合材料？你知道哪些复合材料？
2、为什么人类要制造复合材料？专题四材料加工与性能优化
一、课程标准
讨论社会发展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学发展的促进作用。
举例说明金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点，了解有关的生产原理。
举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。
收集我国现代材料研究和材料工业发展情况的资料，认识新材料的发展方向。
[活动与探究建议]
就近参观金属材料、无机非金属材料或高分子材料的生产、加工企业（或者观看有关影像），收集有关资料，撰写有关科学小品。
查阅资料：制造芯片的硅晶体的生产原理和基本过程。
实验：电路板的化学刻蚀。
观看影像或参观：金属的电镀等。
实验：用淀粉自制吸水材料，并进行模拟保水试验。
二、教学内容增减建议
建议补充电解精炼和电化学的有关计算，复习络合物的组成
对钢材的发蓝处理进行介绍，使学生了解有关反应，从平衡角度讨论酸碱环境。
对复合材料的制造结合新科技、新技术进行简单介绍
三、课时安排建议
第一单元 材料的加工处理 1课时 第二单元 材料组成的优化 1课时 第三单元 复合材料 1课时
第一单元 材料的加工处理第一课时
[知识回顾]
电解的原理是什么？如何确定阴阳极？金属的放电顺序是什么？在水溶液中可电镀哪些金属？
写出电解下列物质的反应方程式：NaCl CuSO4 AgNO3 CuCl2 H2SO4
如何进行电镀、电解精炼？
[知识学习]
一、金属的表面处理
铝的阳极氧化：看书P66-67 铝的阳极氧化目的： 电极反应：阳极发生反应： 阴极发生反应： 同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应为： 氧化膜的后续处理 硫酸阳极氧化的药品、优点 。
电镀 电镀目的： 。 电镀条件及电极的选择： 实例：铜板上镀银 药品： 仪器及用品：烧杯、碳棒电极、两节1号干电池（或学生电源）装置 *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(Na2Fe2O4)，亚铁酸钠与铁酸钠又相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为： 3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑ 8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O=4Na2Fe2O4+3NH3↑ Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=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
课堂练习：
用铂电极（情性）电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是： A.稀NaOH溶液 B.HCl溶液 C.酸性MgSO4溶液 D.酸性AgNO3
铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是： A、阴极 B、正极 C、阳极 D、负极
在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是： A、原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 B、原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 C、原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应 D、原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1，下列表述正确的是： A在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1 B在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等 C硝酸亚汞的分子式为HgNO3 D硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2
将500克0.1mol/L的硫酸铜溶液进行电解，当铜离子全部析出时，就变成________溶液，该溶液的质量分数是________。继续通电，在阳极上析出___________；阴极上析出___________。
电解1升4mol/LCuSO4溶液(均为惰性电极)，当电路通过0.5mol电子时，溶液中Cu2(的浓度为________mol/L，H(的浓度为______mol/L。然后将电源反接，又通过1mol电子后，溶液中Cu2(浓度为______mol/L，H(浓度为______mol/L，SO42-离子浓度为______mol/L(溶液体积变化忽略)。
如图装置进行电解，已知铁极质量减小11.2克。 (1)A是电源的______极。 (2)电解过程中，电路中通过_______mol尔电子。 (3)Ag极的电极反应式是_____________________；析出物质是____克。 (4)Cu(I)极的电极反应式是_____________________。 (5)Cu(II)极的电极反应式是_____________________。
下列四种装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol/L，工作一段时间后导线上均通过0.001mol电子。若不考虑盐的水解和溶液体积的变化，用编号回答下列问题。 (1)溶液的pH值从大到小的顺序是____________________________ (2)原电解质溶液物质的量浓度从大到小的顺序是________________。 (3)1 3装置中Zn腐蚀的速率由快到慢的顺序是__________________。
某金属M的相对原子质量为112.4，其氯化物的化学式MClx。将MClxa克溶于水制成0.1mol/升的溶液1升。以惰性电极电解此溶液，A槽阴极增重0.0539克，B槽阴极增重0.0281克。试求： (1)x和a的值。 (2)A槽从阳极上析出何物若干克。
第一单元 材料的加工处理第二课时
二、腐蚀加工技术
[知识回顾]
写出硅在周期表中的位置，电子排布式。用方程式表示硅的化学性质，指出其用途有哪些？
指出二氧化硅的晶体结构？用方程式表示二氧化硅性质和用途有哪些？
写出工业制取玻璃的反应的
铁在周期表中的位置，用方程式表示铁的性质，指出不同价态铁的转化条件。
[知识学习]
一、思考下面问题：
玻璃的成分
氢氟酸的制取反应：
氟化钠溶液中微粒的种类：
二、腐蚀加工技术
腐蚀加工的目的：
氢氟酸蚀刻玻璃 反应原理： 刻蚀玻璃的方法：
三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作印刷电路 反应原理： 电路板的制作
巩固练习
第二单元 材料组成的优化
[知识回顾]
合金的性质及特点有哪些？常见的硅酸盐工业指的是哪些？
[知识学习]
一、改变材料的组成
合金： （1）定义： （2）合金的类型：合金可以分为三种类型： A、金属固溶体：这是一种金属均匀地分布在另一种金属内形成的复合体，是固态溶液。固溶体只有一种晶格类型。像黄铜（67%Cu，33%Zn）、银与金的合金都是金属固溶体。 B、金属互化物：金属与金属之间生成的化合物。其组成有的是固定不变的，如铜化锌（ZnCu）、碳化铁（Fe3C）等；有的是可变的，如铜锡合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等多种不同组成。金属互化物不能用通常的化合价来解释。 C、机械混合物：其晶体由两种或两种以上的晶体结构混合而成，每一小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，机械混合物的组成是非均一的。钢、生铁、青铜等属这一类合金。 （3）合金的性质：
贮氢合金： 贮氢反应：
硅酸盐材料和特种陶瓷 （1）水泥 水泥的制取原料： 普通水泥的主要成分是 （2）玻璃 制取玻璃的原料 制取玻璃的反应 （3）陶瓷 ①制造陶瓷的主要原料：粘土。 ②制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、成为陶器。 ③陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶瓷、瓷器、炻器等。
特种陶瓷是有别于传统或普通陶瓷而言的，又叫高技术陶瓷、先进陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、现代陶瓷、高性能陶瓷、工程陶瓷等。
特种陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。
特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。
二、提高材料的纯度
超纯硅的制取反应原理：
粗硅的制取反应：
粗硅提纯反应：
高纯硅的获得反应：
高纯硅的用途
课堂练习：
下列物质中没有固定熔点的是 A．二氧化硅 B．硅酸钠 C．玻璃 D．氢氧化钠
钢化玻璃的重要用途是制造汽车车窗，钢化玻璃是普通被进行淬火处理得到的。合成钢化玻璃的主要原料是 A．纯碱、石灰石、石英、硼砂 B．纯碱、石灰石、石英 C．石英 D．纯碱、石灰石、石英、氧化铝
某硅酸盐样品含锌58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为nZnO·SiO2，则n的值等于 A．2 B．3 C．1 D．1/2
下列对制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中，错误的是 A．生产设备相同 B．原料中均有石灰石 C．反应都在高温下进行 D．发生的都是复杂的物理化学变化
根据一下材料回答5、6、7题：
硅晶体结构类似于金属，如可刻划玻璃，低温下单质硅不活泼，与空气、H2O 、酸等均无作用，但可与强碱和强氧化剂在适当温度下作用。如，硅能与卤素在加热或高温下生成四卤化硅，高价态的硅化合物可在高温下被碳、镁、氢等还原剂还原成单质硅，工业上也可用硅石与焦炭在高温下制金刚砂（SiC）。某高纯硅炼制厂却利用天然气、食盐、石英为原料制取用作半导体材料的高纯硅（含杂质少于百万分之一）。
假设根据每步反应建立一个车间，该厂需建（ ）个车间 A．3 B．4 C．5 D．6
生产原理中未涉及的反应类型是 A．氧化还原反应 B．置换反应 C．化合反应 D．复分解反应 E．分解反应
该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是 A．产量太低 B．产品中含过量的硅石或焦炭 C．产品中含SiC D．消耗能量大
下列关于硅的说法中，不正确的是 A、硅是地壳中含量较丰富的元素 B、在自然界里，硅存在于各种矿物质和岩石中的形式是硅酸 C、晶体硅的结构与金刚石相似，都是原子晶体 D、.硅是良好的半导体材料
下列①～⑧中物质间的反应不能产生气体的是 ①石灰石和盐酸 ②冷浓硫酸中投入铝片 ③石英与苏打混和加强热 ④石墨与高温水蒸气 ⑤过氧化钠与水 ⑥氟与水 ⑦钠与硫酸铜溶液 ⑧碳酸氢钠与氢氧化钠溶液 A、①和⑤ B、④和⑦ C、③和⑦ D、②和⑧
有一天然透明晶体A是高熔点，高硬度的物质，A在纯氧中不能燃烧，但在高温时既能和石灰石，又能和纯碱反应都放出气体B，A虽不能溶于强酸，但却能溶于氢氟酸，并生成气体C，A和烧碱溶液反应生成D的水溶液，当气体B通入溶液中去，能生成不稳定的白色胶状沉淀E，在干燥的空气中，E失去部分水，得到白色粉末F，F加热后重新生成A。 （1）试推断出A、B、C、D、E、F各是什么物质？写出其化学式。 （2）写出有关反应的化学方程式。
已知SiO2＋2CSi＋2CO↑；Si＋CSiC。 现有石英砂和炭粉的混合物1mol，于高温下在电炉里充分反应后，得残留固体； 若石英砂与混和物的物质的量之比n（0＜n＜1），试讨论n取何值时，残留物的成分及其物质的量。
n
例︰n＝1/3
残留固体
Si
物质的量（摩）
1/3(或x)
