高中化学 4.1 材料的加工处理教学 苏教版选修2

1.氢氟酸蚀刻玻璃
(1)氢氟酸：氢氟酸是一种 弱 酸，是氟化氢 的水溶液。氟化氢
是无 色 气 体，有 毒，极易 溶于水，它的水溶液(或氢氟酸)能
与玻璃中的二氧化硅反应生成 四氟化硅 气体，反应的方程式
为 4HF＋SiO2=== SiF4↑＋2H2O
。
(2)蚀刻玻璃：利用氢氟酸对玻璃的腐蚀作用可以将玻璃的一 面腐蚀，使之变得不透明，制成“ 毛玻璃 ”，也可利用这一
阳极氧化 ，能使铝及铝合金的表面生
成 致密的氧化膜 。
(2)铝的阳极氧化：把铝片接到电源的 正极，在稀硫酸中用直流 电电解，铝片表面生成较厚的 氧化铝绝缘膜，这种方法叫做阳极
源自文库
氧化。经过抛光处理的铝制品，表面再经过阳极氧化生成透明
的 阳极氧化膜，增强了铝制品的
抗腐蚀 和
抗机械划伤 能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近100 ℃的
3Fe＋NaNO2＋5NaOH===3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑ 6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O===3Na2Fe2O4＋NH3↑ ＋7NaOHNa2FeO2＋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。
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。
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。
1.铝的阳极氧化 (1)铝及铝合金的
【慎思3】 电镀时，添加剂的作用是什么？ 提示 电镀工艺要求镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金 属的附着力强，因此需加表面活性剂改善镀层性能；加配 合剂，控制金属在镀件上的析出速率；加入一定量的糖作 整平剂；缓冲剂可稳定镀层酸度等。如在铜上镀银实验 中：加味精降低溶液的表面张力；加乙二胺四乙酸钠盐为 配合剂，控制金属析出速率；加醋酸钠作为缓冲剂，稳定 镀层酸度；加尿素为缓冲剂，防止银镀层泛黑，提高镀层 的光泽亮度；加少量蔗糖作整平剂等。
上述反应中，Cu在FeCl3浓溶液中被 还原 为Fe2＋。
氧化
为Cu2＋，Fe3＋被
【慎思1】 氢氟酸有毒，在实验室做实验时剩余的氢氟酸应该如 何处理？ 提示 氢氟酸是有毒气体HF的水溶液，实验时要注意安 全，实验后的废液及剩余的氢氟酸要放到指定的容器中， 不能任意排放，以免污染环境。
【慎思2】 通过铝的阳极氧化形成的氧化膜其孔隙应用什么封 闭？为什么？ 提示 沸水 使 电 解 时生 成 的 氧化 铝 转 化为 水 合 氧化 铝 (Al2O3·H2O 或 Al2O3·3H2O)、体积增大(33%至100%)，这是铝的氧化膜水 化后能够封闭孔隙的原因。
第一单元 材料的加工处理
1．已知氧化性Fe3＋＞Cu2＋，写出Fe3＋与Cu反应的离子方程式？ 提示 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
2．什么是电解？ 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===SiF4↑＋2H2O。
(2)浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板：在电子工业上，用浓三氯化铁
溶液腐蚀敷铜板制作 印刷电路板 是化学腐蚀加工的另一个
常见的例子。
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
用浓三氯化铁溶液腐蚀除去，反应的化学方程式为：
2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
(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(Na2Fe2O4)，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：
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)
方法在玻璃上雕刻 花纹图案 、制成工艺品 。
2．电路板的制作 (1)Fe3＋的氧化性：Fe3＋具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性 较强。如它在酸性溶液中与KI溶液混合，生成Fe2＋和I2，反 应的离子方程式为： 2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2 再如Fe3＋在酸性溶液中氧化Cu，反应的离子方程式为： 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。
由于有孔层具有很强的吸附性能，在封孔处理前，添加有机染
料可以将膜染成各种鲜艳的颜色。
2．电镀 (1)概念：电镀是运用 电解原理，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)电镀原理：通常，在镀槽中，待镀的金属器件与电源的 负 极连接作阴极，镀层金属与电源的 正 极连接作阳 极， 所使用的电镀液含有镀层金属离子。通电后，电镀液中的金 属离子在 电位差的作用下移动到阴极放电形成电镀层，阳 极 的金属形成金属离子进入电镀液，使得电镀液中镀层金属离 子的浓度 几乎保持不变 。