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第一单元材料的加工处理专题四材料加工与性能优化1：铝的阳极氧化步骤：1.表面预处理：把铝片浸入热的16%氢氧化钠溶液半分钟，目的是；洗去油污，去除表面的氧化膜2.阳极氧化：准备好电解装置，使阴阳电极间距约为2cm，迅速将铝片浸入溶液，浸入部分约为全部的2/3，通电约为25min；3.洗涤：断开电路，取出铝片。用1%氨水中和表面的酸溶液，再用水冲洗干净。4.着色、封闭：把铝片进入茜素溶液2～3min，取出后用水冲洗，再放入沸水中浸煮5min。5.取出铝片，擦干。观察铝片表面的颜色。茜素是一种有机染料，这是金属表面处理后的着色过程。思考为何在金属表层能进行着色。什么原因?沸水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。由于氧化膜孔层具有很强的吸附性能，可吸附色素将膜染成各种颜色。作用：形成氧化膜，增强了铝制品的抗腐蚀和抗机械划伤能力一金属的表面处理阅读P672、电镀P69问题解决原理：以镀层金属板作为阳极，被电镀的零件作为阴极，用含有镀层金属离子的溶液作为电解液，接通直流电后，阳极逐渐被溶解，阴极零件表面便会沉积着镀层金属。电镀液（含镀层金属离子）待镀件镀层金属作用：提高耐磨、耐蚀性，修复磨损零件，实现表面装饰及其他目的。请大家仔细阅读教材中68页“活动与探究”及69页的内容，思考以下问题：①电镀液中加入味精、乙二胺四乙酸的二钠盐等分别起什么作用？②本实验如何控制电镀液的pH、温度和电镀时间以获得高质量的镀层？①(1)少量表面活性剂（味精）能改善镀层性能。(2)乙二胺四乙酸的二钠盐等配合剂可以使镀层金属离子形成配合离子，这样能很好地控制金属在镀件上析出速率②本实验中电镀液的酸碱度将影响到金属配合离子的稳定性，。为了避免温度影响镀层，将水浴温度控制在30~60℃。此外，电镀时间大约1~2分钟。【简介】钢材的氧化处理（发蓝、发黑）目的：使钢表层在化学溶液中氧化形成Fe3O4致密氧化膜。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，改善外观。（二）磷化处理基本方法：使钢在磷酸盐溶液中表层形成磷酸盐膜。作用：达到提高耐磨、耐蚀性。二腐蚀加工技术【问题1】在电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板。在敷铜板上，用类似照相复印的方法将设计好的电子线路用感光胶印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜箔用氯化铁溶液腐蚀除去，原理？2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2【问题2】阅读教材P70--氢氟酸蚀刻玻璃原理？氢氟酸和石蜡各起了什么作用？氢氟酸：腐蚀玻璃SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O石蜡：保护玻璃（使没被作画的那部分玻璃不被腐蚀）氢氟酸有毒，且对皮肤有强烈刺激性和腐蚀性，皮肤接触后立即用大量流水作长时间彻底冲洗，所以带手套。。【问题3】用硫酸溶液在木版、竹片上作画，烘干后，可留下棕黑色的画，其原理？第二单元材料组成的优化改变材料的组成提高材料纯度研制纳米材料改变材料的组成和结构，克服材料在物理性质和化学性质方面存在的局限性，优化材料的性能，是获取优质材料的重要手段。优化措施1：改变材料的组成1.合金：由金属与金属或非金属经过融合而成的具有金属特性的物质根据结构的不同，合金主要类型是：(1)机械混合物合金：相互混合，如焊锡等；(2)金属固熔体合金：相互溶解，如铜、锌形成的黄铜合金等；(3)金属化合物合金：相互起化学作用，如Al-Ti合金各类型合金都有以下通性：一般来说，合金的性质并不是各种成分金属性质的总和。合金具有很多良好的物理、化学或机械性能，在许多方面优于各成分金属。(1)多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点；(2)硬度比其组分中任一金属的硬度大；【思考】矿物能源日益枯竭，开发新能源成为当务之急。氢能源是最有发展前景的新能源，但是由于氢气在贮存和运输等方面存在很多困难，因此一直都没能得到普遍推广使用。储氢合金的研究和开发为解决这些问题创造了条件，使氢能源的利用变得不再困难。那么储氢合金有哪些呢？具有哪些性能？它们是如何储存氢气的？稀土合金晶体结构中，原子排列得十分紧密，具有良好的储氢性能，常用作储氢材料，最具代表性的是镧-镍合金（LaNi5）。它们的表面具有催化或活化作用，能使氢分子分解成氢原子进入金属内部，仍然保持合金的晶体结构，且储氢量很大。利用此原理，可制造储氢合金的空调器；或对氢气进行精制。温度低有利于吸氢，温度高有利于放氢LaNi5+3H2LaNi5H6ΔH=-31.77kJ·mol-1200~300kPa2.硅酸盐材料和精细陶瓷硅酸盐材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的。水泥工业原料设备主要性质反应条件水泥成分水泥应用硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙石灰石、黏土（P75）、辅助原料（石膏）水泥回转窑高温水硬性建筑粘合剂水泥砂浆、钢筋混凝土纯碱、石灰石、石英Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形成的玻璃态物质没有固定熔点Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑高温CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑高温有色玻璃、钢化玻璃、石英玻璃、光学玻璃等普通玻璃的主要成分是什么？它是如何制得的原料：原理：普通玻璃的成分玻璃熔炉另：设备：问题1：何为钾玻璃？为何可制造化学仪器？问题2：石英玻璃为何耐高温性能特别好？问题3：钢化玻璃机械强度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不会形成有棱角的碎片。其成分是什么？如何制成？玻璃中二氧化硅含量越大越耐高温。此外加入氧化硼，使玻璃的膨胀系数降低，能耐受温度的剧烈变化。钾玻璃就是硅酸钾替代硅酸钠，熔点高、耐化学腐蚀。（1）主要原料：黏土（2）特性：抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温，易成形。（3）缺点：有脆性且抗拉、抗弯和抗冲击性差陶瓷古瓷欣赏粉彩瓷针对陶瓷存在的问题，化学家用改变陶瓷组分的方法研制出具有高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等多方面特殊功能的新一代无机非金属材料---精细陶瓷1、高温结构陶瓷:（主要成分：氮化硅）2、透明陶瓷3、生物陶瓷精细陶瓷生物陶瓷：某些合成高分子材料与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性质。因此这些医用高分子做成的人工器官具有很好的生物相容性，不会因与人体接触而产生排斥作用。如人造骨骼、人造牙、人造肾脏、人造心脏等。人造心脏人造肾脏人造膝关节优化措施2：提高材料纯度单晶硅和二氧化硅的应用单晶硅经常表现出电、磁、光、热等方面的优异性能，用其做成的电子器件、半导体器件等应用于现代科技的许多领域，如晶体管主要由硅、锗或砷化镓单晶组成。还可用于太阳能电池板和可控硅元件的制造。二氧化硅做成的光纤有巨大的信息容量，且通信不受外界电磁场的干扰，工作稳定可靠，保密程度高。同时生产1km长的光纤只需几克超纯石英玻璃，可节省1.1t铜。超纯硅的制取反应原理：制粗硅：SiO2+2C======Si+2CO高温粗硅转变为SiCl4或SiHCl3：Si+2Cl2==SiCl4Si+3HCl==SiHCl3+H2精馏提纯SiCl4和SiHCl3后制高纯硅：2H2+SiCl4==Si+4HClSiHCl3+H2==Si+3HCl制高纯二氧化硅（光纤）：SiCl4(g)+O2(g)======SiO2(s)+2Cl2(g)1573K优化措施3：研制纳米材料1、纳米材料定义P77高纯度的纳米颗粒材料是无法用通常的机械粉碎法获得的，因为机械粉碎法只能得到直径为1000nm以上的颗粒。纳米材料可通过物理或化学的方法制得，化学方法主要是利用化学反应使原子或分子聚集、沉淀形成纳米颗粒。P78FeC2O4＝FeO+CO↑+CO2↑△FeO+CO＝Fe+CO2△2、纳米材料特性3、纳米材料的制备方法优化措施4：研制复合材料复合材料的优越性复合材料的组成基体材料增强材料常见复合材料的制造钢筋混凝土搪瓷应用广泛的纤维增强材料复合材料的主要品种碳纤维增强酚醛树脂碳化硅纤维增强复合材料纤维增强陶瓷树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料复合材料－搪瓷搪瓷材料是金属与无机材料结合而成的复合材料。它是在金属表面覆盖的一层或多层类似于玻璃的瓷釉，在高温下烧结而成的金属与无机氧化物牢固结合的复合材料。其基体材料是钢板、铝、铁、铜、银等金属材料制作的胚体，搪瓷涂层(瓷釉)是一种非晶态无机非金属材料，其表面光滑，具有良好的防腐性。它兼有钢的强度、延伸性和玻璃的耐酸碱腐蚀、不易污染产品、容易清洗等优点，它可以赋予材料表面耐磨、耐蚀、耐热、耐辐射、以及光、电、热、磁等特殊性能，从而达到提高使用性能、延长使用寿命的目的。搪瓷盆搪瓷杯搪瓷锅搪瓷碗景泰蓝景泰蓝例1：近日，“杭州创造”首届十大创新成就评选发布晚会上，浙江省富通集团光纤预制棒项目赢得十大创新成就殊荣。光纤预制棒是光缆生产的最“源头”项目，目前国内光缆生产厂家约200家，大部分靠买进口光纤预制棒来生产光缆。⑴光纤预制棒的化学成分是，晶体类型为。⑵如果把光缆裸露在碱性土壤中，结果会短路，用离子方程式说明原因。⑶下列说法正确的是（）A、石英玻璃与普通玻璃都是硅酸盐制品B、二氧化硅是良好半导体材料C、工艺师用盐酸刻蚀石英制作艺术品D、石英与二氧化碳化学键相同⑷石英可以制备各种各样的陶瓷制品，如坩埚、蒸发皿、氮化硅高温结构陶瓷等。写出氮化硅的化学式，工业上用石英、焦碳、氮气制备氮化硅，写出反应方程式。SiO2原子晶体SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ODSi3N43SiO2+2N2+6C=Si3N4+6CO⑸晶体硅是电子工业的重要材料，工业上大量的晶体硅是由石英为原料制备得到的。制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3；③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃反应制得纯硅。其中用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源装置略去）：为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及。装置Ｃ中的烧瓶需要加热，其目的是：。装置Ｄ中发生反应的化学方程式为。排尽装置中的空气高温SiHCl3+H2=Si+3HCl使滴入烧瓶中的SiHCl3气化例2.对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。（1）以下为铝材表面处理的一种方法：①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是（用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的______．。a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为。取少量废电解液，加入NaHCO3，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的离子反应方程式。2Al+2OH-+4H2O==2Al(OH)4-+3H2；b2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是。（3）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_______。阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+NN牺牲阳极保护法