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1、第四单元 材料加工与性能优化第1页，此课件共19页哦材材料料加加工工与与性性能能优优化化材料的加工处理材料的加工处理材料组成的优化材料组成的优化复合材料的制造复合材料的制造第2页，此课件共19页哦第3页，此课件共19页哦纳纳米材料的制米材料的制备备方法及影响因素方法及影响因素？提示提示纳米材料在制备过程中，颗粒的大小、尺寸分布、形态纳米材料在制备过程中，颗粒的大小、尺寸分布、形态和化学组成取决于很多的试验参数，如在纳米半导体制备中，和化学组成取决于很多的试验参数，如在纳米半导体制备中，反应速率、反应物的加入次序、离子的选择、溶液的反应速率、反应物的加入次序、离子的选择、溶液的pHpH、温度、温
2、度、搅拌程度以及反应时间等都影响半导体颗粒的形成。纳米材搅拌程度以及反应时间等都影响半导体颗粒的形成。纳米材料的制备一般包括粉体、块体和薄膜的合成制备，制备方法料的制备一般包括粉体、块体和薄膜的合成制备，制备方法一般可以分为化学法、物理法和高能球磨法。一般可以分为化学法、物理法和高能球磨法。复合材料有何复合材料有何优优点点？提示提示复合材料既保持了原有材料的特点，又使各复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组组分之分之间间协协同作用，形成了同作用，形成了优优于原材料的特性。例如，金属材料易被于原材料的特性。例如，金属材料易被腐腐蚀蚀，有机合成材料易老化、不耐高温，陶瓷材料易破碎，有机合成材料易
3、老化、不耐高温，陶瓷材料易破碎，这这些缺点都可以通些缺点都可以通过过复合的方法予以改善和克服。复合的方法予以改善和克服。1 12 2第4页，此课件共19页哦金属的表面金属的表面处处理及其原理理及其原理(1)(1)铝的阳极氧化：铝片接电源的正极，在稀硫酸中用直流电电解，铝的阳极氧化：铝片接电源的正极，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。铝片表面生成较厚的氧化铝绝缘膜。(2)(2)电镀：在电镀槽中，待镀的金属器件与电源负极连接作电镀：在电镀槽中，待镀的金属器件与电源负极连接作阴极，镀层金属与电源正极连接作阳极，使用含有镀层金属阴极，镀层金属与电源正极连接作阳极，使用含有镀层金属
4、离子的溶液作电镀液。在金属器件表面形成一薄层有抗腐蚀、离子的溶液作电镀液。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。抗磨损能力的金属镀膜。腐腐蚀蚀加工技加工技术术氢氟酸蚀刻玻璃，用浓氯化铁溶液腐蚀铜板制作印刷电路板氢氟酸蚀刻玻璃，用浓氯化铁溶液腐蚀铜板制作印刷电路板等。等。材料的加工材料的加工处处理理1 12 2第5页，此课件共19页哦3 3氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻过程氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻过程三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化还原过程。三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化还原过程。在铜表面在铜表面FeFe3 3使铜氧化成氯化亚铜，同时使铜氧化成氯化亚铜，同时FeFe3 3被
5、还原成被还原成FeFe2 2：2FeCl2FeCl3 32Cu=2FeCl2Cu=2FeCl2 2CuCu2 2ClCl2 2CuCu2 2ClCl2 2具有还原性，可以和具有还原性，可以和FeClFeCl3 3进一步发生反应生成氯化铜：进一步发生反应生成氯化铜：2FeCl2FeCl3 3CuCu2 2ClCl2 2=2FeCl=2FeCl2 22CuCl2CuCl2 22FeCl2FeCl2 22HCl2HCl(O)=2FeCl(O)=2FeCl3 3H H2 2O OCuCu2 2具有氧化性，与铜发生氧化反应：具有氧化性，与铜发生氧化反应：CuClCuCl2 2Cu=CuCu=Cu2 2C
6、lCl2 2第6页，此课件共19页哦 (2010 (2010浙江浙江)某同学用镀铜的石墨作阳极、石某同学用镀铜的石墨作阳极、石墨作阴极电解稀硫酸溶液，用曲线墨作阴极电解稀硫酸溶液，用曲线表示电解过程中阴极增加表示电解过程中阴极增加的质量的质量(m m)随时间随时间(t t)的变化关系，用曲线的变化关系，用曲线表示溶液表示溶液pHpH随时间随时间(t t)的变化关系。下列曲线图合理的是的变化关系。下列曲线图合理的是(电解初期溶液中电解初期溶液中H H放电放电)()。第7页，此课件共19页哦解析解析阳极放电顺序为阳极放电顺序为CuCu2e2e=Cu=Cu2 2，4OH4OH4e4e=2H=2H2
7、2O OO O2 2，阴极开始时阴极开始时2H2H2e2e=H=H2 2，随着阳极，随着阳极CuCu的放电，的放电，CuCu2 2浓度逐渐浓度逐渐增加，发生反应增加，发生反应CuCu2 22e2e=CuCu，当，当CuCu2 2反应完全时，最后阶段又为反应完全时，最后阶段又为2H2H2e2e=H=H2 2。综合以上。综合以上分析，分析，A A正确。正确。答案答案A A第8页，此课件共19页哦 铁及铁的化合物应用广泛，如铁及铁的化合物应用广泛，如FeClFeCl3 3可用作催化可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)(1)写出写出FeClFeC
8、l3 3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_ _ _。(2)(2)若将若将(1)(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正、负极，并写出电极反应式。正极反应：正极反应：_ _ _；负极反应：负极反应：_ _ _。(3)(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若腐蚀铜板后的混合溶液中，若CuCu2 2、FeFe3 3和和FeFe2 2的浓度均为的浓度均为0.10 molL0.10 molL1 1。请参照下表给出的数据和药品，简述除去。请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuClCuC
9、l2 2溶液中溶液中FeFe3 3和和FeFe2 2的实验步骤：的实验步骤：_ _ _。第9页，此课件共19页哦氢氧化物开始沉淀时的pH氢氧化物沉淀完全时的pHFe31.93.2Fe27.09.0Cu24.76.7提供的药品：Cl2浓H2SO4NaOH溶液CuOCu第10页，此课件共19页哦解析解析(1)Fe(1)Fe3 3具有强氧化性，可以把一些金属单质如铁、铜具有强氧化性，可以把一些金属单质如铁、铜等氧化成相应的离子，等氧化成相应的离子，FeFe3 3腐蚀铜制电路板利用的就是这个腐蚀铜制电路板利用的就是这个原理，反应的离子方程式是原理，反应的离子方程式是2Fe2Fe3 3Cu=2FeCu=
10、2Fe2 2CuCu2 2。(2)(2)由反应由反应2Fe2Fe3 3Cu=2FeCu=2Fe2 2CuCu2 2可以判断，铜的化合价升高，可以判断，铜的化合价升高，发生氧化反应，铜做负极，铁元素化合价降低，发生氧化反应，铜做负极，铁元素化合价降低，FeFe3 3发生还原反发生还原反应，正极可以选用石墨棒，电解质溶液可以选用氯化铁溶液。应，正极可以选用石墨棒，电解质溶液可以选用氯化铁溶液。回忆并仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出此原电池的回忆并仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出此原电池的装置图，装置图见答案。发生的电极反应：正极反应：装置图，装置图见答案。发生的电极反应：正极反应：FeFe
11、3 3e e=Fe=Fe2 2(或或2Fe2Fe3 32e2e=2Fe=2Fe2 2)；负极反应：；负极反应：Cu=CuCu=Cu2 22e2e(或或CuCu2e2e=Cu=Cu2 2)。(3)(3)除杂时，要把杂质全部除去，又除杂时，要把杂质全部除去，又不能引入新的杂质。根据题给信息可知：不能引入新的杂质。根据题给信息可知：FeFe3 3的氢氧化物从开始的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的沉淀到沉淀完全的pHpH范围是范围是1.91.93.23.2，FeFe2 2的氢氧的氢氧第11页，此课件共19页哦化物从开始沉淀到沉淀完全的化物从开始沉淀到沉淀完全的pHpH范围是范围是7.07.09.09.0
12、，CuCu2 2的氢氧的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的化物从开始沉淀到沉淀完全的pHpH范围是范围是4.74.76.76.7。当。当pHpH为为3.23.2时，时，FeFe3 3完全沉淀，此时完全沉淀，此时CuCu2 2不会沉淀，要使不会沉淀，要使FeFe2 2完全沉淀需要完全沉淀需要使溶液的使溶液的pHpH为为9.09.0，此时，此时CuCu2 2已经完全沉淀。因此，若要除去已经完全沉淀。因此，若要除去CuClCuCl2 2溶液中的溶液中的FeFe3 3、FeFe2 2，需要将，需要将FeFe2 2全部转化为全部转化为FeFe3 3，采取的，采取的措施是向溶液中通入过量的氯气；为了不引入其他
13、杂质，可以向溶液措施是向溶液中通入过量的氯气；为了不引入其他杂质，可以向溶液中加入中加入CuOCuO调节溶液使调节溶液使pHpH在在3.23.24.74.7之间，此时之间，此时FeFe3 3完全沉淀；完全沉淀；最后过滤，即可得到纯净的氯化铜溶液。实验步骤见答案。最后过滤，即可得到纯净的氯化铜溶液。实验步骤见答案。第12页，此课件共19页哦答案答案(1)2Fe(1)2Fe3 3Cu=2FeCu=2Fe2 2CuCu2 2；(2)(2)正极反应：正极反应：FeFe3 3e e=Fe=Fe2 2(或或2Fe2Fe3 32e2e=2Fe=2Fe2 2)；负极反应：负极反应：Cu=CuCu=Cu2 22
14、e2e(或或CuCu2e2e=Cu=Cu2 2)；(3)(3)通入足量氯气将通入足量氯气将FeFe2 2氧化成氧化成FeFe3 3；加入加入CuOCuO调节溶液的调节溶液的pHpH至至3.23.24.74.7；过滤过滤 除去除去Fe(OH)Fe(OH)3 3 第13页，此课件共19页哦材料材料组组成的成的优优化和复合材料化和复合材料材料材料组组成的成的优优化化(1)(1)改变材料的组成改变材料的组成合金。主要分为三类：相互溶解形成金属固溶体，如合金。主要分为三类：相互溶解形成金属固溶体，如CuCu、ZnZn形成的黄铜合金；相互起化学作用，形成金属化合物，如形成的黄铜合金；相互起化学作用，形成金
15、属化合物，如AlAl、TiTi合金；相互混合形成机械混合物，如焊锡。合金；相互混合形成机械混合物，如焊锡。贮氢合金：稀土合金晶体结构中原子排列紧密，有良好的贮氢贮氢合金：稀土合金晶体结构中原子排列紧密，有良好的贮氢性能，用作贮氢材料。贮氢合金最有代表性的是镧镍合金性能，用作贮氢材料。贮氢合金最有代表性的是镧镍合金(LaNi(LaNi5 5)。1 1第14页，此课件共19页哦硅酸盐材料和特种陶瓷，如钾玻璃、钢化玻璃、石英玻璃、精细陶硅酸盐材料和特种陶瓷，如钾玻璃、钢化玻璃、石英玻璃、精细陶瓷等。瓷等。(2)(2)提高材料的纯度提高材料的纯度提高材料的纯度能极大地优化材料的性能。可用石英砂、焦炭、
16、提高材料的纯度能极大地优化材料的性能。可用石英砂、焦炭、氯气、氢气等为原料制取高纯度的硅。氯气、氢气等为原料制取高纯度的硅。(3)(3)研制纳米材料研制纳米材料纳米材料又称超微粒材料，其微粒直径大小为纳米材料又称超微粒材料，其微粒直径大小为1 1100 nm100 nm，在化，在化学、光学、电磁学、力学等方面显示出与宏观材料迥然不同学、光学、电磁学、力学等方面显示出与宏观材料迥然不同的特性，可利用化学反应使原子或分子聚集、沉淀形成纳米的特性，可利用化学反应使原子或分子聚集、沉淀形成纳米颗粒制得。颗粒制得。复合材料的制造复合材料的制造复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的，复合材料是
17、由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的，具有比原材料更优越的性能，通常由基体材料和分散于其中具有比原材料更优越的性能，通常由基体材料和分散于其中的增强材料组成。常见的有钢筋混凝土、搪瓷、纤维增强复的增强材料组成。常见的有钢筋混凝土、搪瓷、纤维增强复合材料等。合材料等。2 2第15页，此课件共19页哦 碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型碳纳米材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的新型碳纳米材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下
18、列关于碳纳米管的可能用途不正确的是于碳纳米管的可能用途不正确的是 ()。A A用它可做成攀登月球的用它可做成攀登月球的“太空天梯太空天梯”B B能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题C C作为优秀的绝缘材料作为优秀的绝缘材料D D制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力第16页，此课件共19页哦解析解析由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点，所以它可以制成强度很大、质量较小的绳索，做成攀特点，所以它可以制成强度很大、质量较小的绳索，做成攀登月球的登
19、月球的“太空天梯太空天梯”；又由于碳纳米管是由一层碳原子卷；又由于碳纳米管是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，所以在管体内可以安全地储存曲而成的无缝、中空的管体，所以在管体内可以安全地储存氢气；它是一层碳原子卷曲而成的管体，因而可以联想到碳氢气；它是一层碳原子卷曲而成的管体，因而可以联想到碳纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体，所以纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体，所以它应像石墨一样能够导电，可以用于制造电器部件。它应像石墨一样能够导电，可以用于制造电器部件。答案答案C C第17页，此课件共19页哦 下列有关新材料的描述中，正确的是下列有关新材料的描述中，正确的是
20、 ()。A A形状记忆合金属于智能化材料形状记忆合金属于智能化材料B B材料的复合化是为了解决单一材料各自固有的缺点和材料的复合化是为了解决单一材料各自固有的缺点和 局限性局限性C C利用纳米技术改造材料适用于一切材料领域利用纳米技术改造材料适用于一切材料领域D D材料的高功能化是指进一步提高材料的强度、韧性、材料的高功能化是指进一步提高材料的强度、韧性、耐温性、耐磨性、耐折性、耐油性等耐温性、耐磨性、耐折性、耐油性等解析解析C C不正确，利用纳米材料的优异性能可改造某些化工新不正确，利用纳米材料的优异性能可改造某些化工新材料，并非所有材料均适用；材料，并非所有材料均适用；D D不正确，材料的不正确，材料的“高功能化高功能化”是指功能材料由单一功能转变为多种功能，而是指功能材料由单一功能转变为多种功能，而D D所述是指材料的所述是指材料的“高高性能化性能化”。答案答案ABAB第18页，此课件共19页哦单击单击此此处进处进入入 活活页页限限时训练时训练第19页，此课件共19页哦