内容正文:
【教学素材】
超薄铜箔
湖北省石首市文峰初级中学 刘涛(正高级教师)
【知识链接】超薄铜箔是指一种厚度≤12μm的极薄金属材料,主要用于锂离子电池负极集流体、储能设备、印刷电路板和智能芯片封装等领域。超薄铜箔展现出优越的柔韧性和导电性,这种性能跃迁使其成为5G通讯、柔性电子等领域的理想选择。
一、关键指标:
(1)厚度范围:厚度≤12微米的电解铜箔,当前主流厚度为3.5~6μm,属于超薄带范畴,由阴质性电解材料制成,具有高导电性和延展性。
(2)机械性能:拉强度可达800MPa,延伸率≥20%,提升电池能量密度7%~10%。
二、应用领域:
(1)新能源心脏:锂电池负极载体,厚度每减少1μm就能提升5%电池容量。
(2)电子皮肤:可弯曲电路板的基材,实现可穿戴设备的贴身舒适。
(3)微型散热器:利用超高导热率,为芯片提供隐形散热通道。
【母题】(人教版下册册第9页3题)铜能被加工成厚度仅为7微米的超薄铜箔,说明铜具有良好的( )
A.导电性 B.延展性 C.导热性 D.抗腐蚀性
解析:铜能被加工成超薄铜箔,是利用了铜良好的延展性。答案:B。
同步训练设计
1.铜是一种常见的有色金属。铜元素在元素周期表中的信息如图。下列有关铜元素的说法不正确的是( )
A.铜属于金属元素
B.铜元素原子的核外电子数为29
C.铜原子的实际质量为63.55g
D.铜在化学变化中易失去电子
2.铜制品在日常生活中有着广泛的应用。
(1)将铜加工成铜箔基板,是利用的铜的性质是 。
(2)用铜做导线的线芯是利用铜的 性;
(3)用铜做各种电器中的散热片,是利用铜的 性
(4)铜制品常常用于制造屋顶、墙壁、门窗等,是利用铜的 性
3.下列实验均与铜有关,请结合图示回答下列问题:
(1)实验 1:将铜片样品连接在电路中,闭合开关后,灯泡能发光,说明铜具有 性。
(2)实验 2:实验前,杠杆两端平衡,用酒精灯加热铜丝左端,一段时间后移走酒精灯。观察到加热的一端变为黑色,且变为黑色的一端会逐渐 (填“上升”“下降”或“不变”),原因是 。
(3)实验 3:实验中观察到 ,说明金属活动性强弱顺序为铁 铜 银,为证明上述结论,除了该实验,还可以采用的实验方案是 。
(4)实验后,同学们归纳出认识物质性质的思路与方法如下,图中“▲”表示的是 。
4.铜箔在新能源汽车电池制造等领域有重要应用。铜箔每薄1μm,新能源汽车动力电池容量就能增加5%。一种制造铜箔工艺的主要工序如图1所示。回答下列问题:
(1)“溶铜”前,粉碎处理铜原料的目的是 。
(2)“溶铜”中,存在Cu与O2生成CuO的反应,该反应的基本类型为 反应。“操作1”的目的是除去难溶性固体杂质,该操作名称为 。
(3)“制箔”中,发生反应的化学方程式:2CuSO4+2H2O (
通电
)2Cu+O2↑+2X,X的化学式为 。物质X可用于 和 工序。
(4)“制箔”中,需生产抗拉强度大于355MPa且延伸率大于13.5%的铜箔,据图2可知,温度应控制在 内(填字母)。
a.45~49℃ b.50~52℃ c.53~55℃ d.56~60℃
(5)“酸洗”后,用熟石灰中和酸性废液,其反应的化学方程式为 。
5.铜箔在新能源汽车电池制造等领域有重要应用。一种制造铜箔工艺的主要工序如图1所示。
(1)“溶铜”前,粉碎处理铜原料的目的是 。
(2)①“溶铜”中,存在铜与氧气及稀硫酸(H2SO4)在80℃的条件下反应生成硫酸铜和水的反应,写出该反应的化学方程式: 。工业生产时可用纯氧代替空气。这一措施能排除其它气体的影响,还具有的优点是 。
②“操作1”的目的是除去难溶性固体杂质,该操作名称为 。实验室进行该操作用到的一种玻璃仪器是 。
(3)“制箔”中,发生的反应:2CuSO4+2H2O (
通电
)2Cu+O2↑+2X,X的化学式为 。物质X可用于 工序。
(4)“制箔”中,需生产抗拉强度大于355MPa且延伸率大于13.5%的铜箔,图2可知,温度应控制在 内(填字母)。
a.45~49℃ b.50~52℃ c.53~55℃ d.56~60℃
6.电子工业中常用覆铜板(以绝缘体为基材,表面覆以铜箔)为基础材料制作印刷电路板(如图所示)。印刷电路板被广泛应用于电视机、计算机、手机等电子产品中。某化学项目小组同学对于覆铜板制作印刷电路的原理很感兴趣,进行如下探究。
【查阅资料】(1)覆铜板制作印刷电路的原理,是把预先设计好的电路在覆铜板上用蜡或不透水的物质覆盖,然后将覆铜板浸泡到FeCl3溶液中,利用FeCl3溶液将不需要的铜腐蚀掉,留下来的就是印刷电路。
(2)FeCl3溶液呈酸性,在与铜单质反应后Fe3+变为Fe2+,反应后有Cu2+产生。
【提出问题】FeCl3溶液为什么能将铜腐蚀掉?
【猜想假设】(1)从资料中获知FeCl3溶液呈酸性,用石蕊试纸检验FeCl3溶液,试纸变__色,他认为一定是溶液中的H+与Cu发生反应,将Cu腐蚀掉,但大家用____(填物质的化学式)不能与Cu反应置换出氢气的知识否定小明的观点。
(2)有可能是FeCl3溶液与铜发生了置换反应,Fe3+将铜置换成可溶于水的Cu2+,大家也否定他的观点,因为置换反应原理是 ,而不是一种离子置换另一种离子。
(3)根据查阅的信息,认为这个腐蚀过程是一个新的反应,写出反应的化学方程式 。
【原理分析】根据信息和上述反应的化学方程式,得知铁元素由+3价下降为+2价的特点,从化合价的角度,又归纳出这个反应的另外两个特点:① ;② 。
【拓展研究】考虑到使用后的腐蚀液富含Cu2+,具有很高的回收再利用价值,小组同学继续进行回收探究。在100mL反应后的废液中投入足量的锌粉,析出0.64gCu(若废液中仍有FeCl3剩余,则锌粉先与FeCl3反应,再与氯化铜反应),则说明原来配制的FeCl3溶液浓度至少是 g/L(g/L是质量体积浓度的单位,表示的是在每升溶液中所含溶质的质量)。
【交流讨论】由此推断FeCl3溶液作为腐蚀液也可以与Fe发生反应。请写出她的推断依据 。
参考答案
1.C。
2.(1)延展性;(2)导电;(3)导热;(4)耐腐蚀。
3.(1)导电;(2)下沉; 铜与氧气反应生成氧化铜,质量增大;(3)试管①中无明显现象,试管②中铜丝表面有固体析出,溶液由无色变为蓝色;将打磨过的铁丝和银丝分别伸入硫酸铜溶液中(合理即可);(4)验证。
4.(1)增大反应物之间的接触面积,使反应更快更充分;(2)化合;过滤;(3)H2SO4;溶铜;酸洗;(4)c;(5)Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O。
5.(1)增大反应物的接触面积,使反应更快更充分;(2)增大氧气浓度,加快反应速率;过滤;烧杯、漏斗、玻璃棒;(3)H2SO4;溶铜、酸洗;(4)C。
6.(1)红;HCl;(2)一种单质与化合物反应生成新的单质及化合物。(3)2FeCl3+Cu=FeCl2+CuCl2;【原理分析】铜元素的化合价由0价上升为+2价;氯元素的化合价反应前后没变化;【拓展研究】32.5;【交流讨论】氯化铁具有氧化性,铁具有还原性。
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