电解与电镀

电解与电镀 第五小组田潇逸、魏晗栋姜天、殷俊

电解的概述 电流通过物质而引起化学变化的过程。化学变化是物质失去或获得电子(氧化或还原)的过程。电解过程是在电解池中进行的。电解池是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的阴、阳两个电极构成。电流流进负电极(阴极)，溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极，并与电子结合，变成中性的元素或分子；带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳极)，给出电子，变成中性元素或分子。使电流通过电解质溶液而在阴阳两极上引起氧化还原的过程。

电解： 使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。 • 电解池：借助电流引起氧化还原反应的装置。即：把电能转化为化学能的装置。 • 电解质：在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物。

构成电解池的条件 • 直流电源 • 阴阳电极阴极：与电池负极相连氧化反应阳极：与电池正极相连还原反应 • 电解质溶液或熔融电解质 • 形成闭合回路

电解原理 电解质中的离子常处于无秩序的运动中，通直流电后,离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。

电解原理分析

说明 • 在一般的电解条件下，水溶液中含有多种阳离子时，它们在阴极上放电的先后顺序是：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+＞Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+； • 水溶液中含有多种阴离子时，它们的惰性阳极上放电的先后顺序是：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根n->F-。

电解池与原电池的对比

电解与电离的比较

电解的电解质 • 电解质 • 在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物叫电解质。化合物导电的前提：其内部存在着自由移动的阴阳离子。　　 • 离子化合物在水溶液中或熔化状态下能导电；共价化合物：某些也能在水溶液中导电（如HCl，其它为非电解质）　　 • 强电解质一般有：强酸强碱，大多数盐，活泼金属的氧化物、氢化物；弱电解质一般有：（水中只能部分电离的化合物）弱酸（可逆电离，分步电离<多元弱酸>，弱碱（如NH3·H2O）。另外，水是极弱电解质。 • 能导电的不一定是电解质判断某化合物是否是电解质，不能只凭它在水溶液中导电与否，还需要进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。例如，判断硫酸钡、碳酸钙和氢氧化铁是否为电解质。硫酸钡难溶于水(20 ℃时在水中的溶解度为2.4×10-4 g)，溶液中离子浓度很小，其水溶液不导电，似乎为非电解质。但溶于水的那小部分硫酸钡却几乎完全电离(20 ℃时硫酸钡饱和溶液的电离度为97.5％)。因此，硫酸钡是电解质。碳酸钙和硫酸钡具有相类似的情况，也是电解质。从结构看，对其他难溶盐，只要是离子型化合物或强极性共价型化合物，尽管难溶，也是电解质。

电解生成物规律 　　 • 十六字要诀： • 阴得阳失：电解时，阴极得电子，发生还原反应，阳极失电子，发生氧化反应；　　 • 阴精阳粗：精炼铜过程中,阴极使用精铜，阳极使用粗铜，最后阳极逐渐溶解，且产生阳极泥；　　 • 阴碱阳酸：在电解反应之后，不活泼金属的含氧酸盐会在阳极处生成酸，而活泼金属的无氧酸盐会在阴极处生成碱；　　 • 阴固阳气：电解反应之后，阴极产生固体及还原性气体，而阳极则生成氧化性强的气体。

电解与工业

氯碱工业 • 工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。

电解饱和食盐水反应原理 • 阳极反应：2Cl-－2e=Cl2↑（氧化反应）　　H+比Na+容易得到电子，因而H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。　　 • 阴极反应：2H+＋2e＝H2↑（还原反应）　　 • 在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，　　H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH-的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。 • 因此，电解饱和食盐水的总反应可以表示为：　　 • 总反应　　2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ • 工业上利用这一反应原理，制取烧碱、氯气和氢气。　　 • 在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO、H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，要避免这几种产物混合，常使反应在特殊的电解槽中进行。

NaOH、Cl2和 H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。

我国氯碱工业的发展 • 　　我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂（现上海天原化工厂的前身），日产烧碱2t。到1949年解放时，全国只有少数几家氯碱厂，烧碱年产量仅1.5万吨，氯产品只有盐酸、液氯、漂白粉等几种。　　近年来，我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到1990年，烧碱产量达331万吨，仅次于美国和日本，位于世界第三位。1995年，烧碱产量达496万吨，其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨，占总产量的11.3％。预计到2000年，烧碱年产量将达540万吨，其中用离子膜电解法生产的将达180万吨，占33.3％。

离子膜电解法 • 又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的

电解法生产金属 • 电解法常用于制取纯度较高的金属。如用电解法制锰铝铜镁钛等金属。 • 右图为电解钛的装置示意图 TiCl4+2e→TiCl2 +Cl2↑ TiCl4+e→TiCl3+1/2Cl2 ↑ TiCl4+TiCl2 === 2TiCl3 2TiCl3+Ti === 3TiCl2

工业的一些电解反应式: Nacl 阳极2Cl- -2e-==Cl2↑ 阴极2H+ +2e-==H2↑ 总反应式：2NaCl+2H2O=通电=2NaOH+Cl2↑+H2↑ Na2SO4 阳极：4OH- -4e-=2H2O+O2↑ 阴极：2H+ +2e-=H2↑ 总反应式：2H2O=通电=2H2↑+O2↑ KBr 阳极：2Br- -2e-==Br↑ 阴极：2H+ +2e-==H2↑ 总反应式：2KBr+2H2O=通电=Br2↑+H2↑+2KOH H2So4 阳极：4OH- -4e-=2H2O+O2↑ 阴极：2H+ +2e-=H2↑ 总反应式：2H2O=通电=2H2↑+O2↑ NaOH 阳极：4OH- - 4e- = 2H2O+ O2↑ 阴极：2H+ + 2e- = H2↑ 总反应式：2H2O=通电=2H2↑+O2↑

电镀简介

一、表面处理简介 • 1.什么是表面处理？ • 简单来说，表面处理是指改变物件的表面，从而给予表面新的性质。表面处理的对像可以是金属(例如钢铁)，也可以是非金属(例如塑胶)。 • 2.表面处理的种类有哪些？ • 镀：有电镀、自催化镀（一般称为“化学镀”、“无电镀”等）、浸渍镀等 • 阳极氧化 • 化学转化层：如钢铁发蓝（俗称“煲黑”） • 热浸镀：如铅水 • 涂装：如手工涂装、静电涂装、电泳涂装等

二、电镀的概念 • 什么是电镀？ • 定义：利用电解工艺，将金属或合金沉积在镀件表面，形成金属镀层的表面处理技术。 • 简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。

三、电镀的目的与作用 • 电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性、硬度，防止磨耗，提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观 • 镀镍：打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力,(其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬)。 • 镀金：改善导电接触阻抗，增进信号传输。 • 镀钯镍：改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性比金佳。 • 镀锡铅：增进焊接能力，快被其他替物取代(因含铅现大部分改为镀亮锡及雾锡)。 • 镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。

四、电镀原理 电镀过程示意图

在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。 • 电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。 • 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上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。 • 电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制

五、电镀的要素 • 阴极：被镀物，指各种接插件端子。 • 阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）。 • 电镀药水：含有欲镀金属离子的电镀药水。 • 电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素。 • 整流器：提供直流电源的设备。

电镀常用金属 • 电镀大部份在液体中进行，又绝大部份是在水溶液中电镀，约有30种的金属可由水溶液进行电镀。 • 1、由水溶液电镀的金属： • 铜Cu、镍Ni 、铬Cr、锌、Zn、镉Co、铅Pb、金Au、银Ag、铂Pt、钴Co、锰Mn、锑Sb、铋Bi、汞、Hg 、镓Ga、铟In、铊As等。 • 2、由非水溶液电镀的金属： • 锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、La、Ti、Zo、Ge、Mo等。 • 3、可由水溶液及非水溶液电镀的金属： • 铜、银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、镍等金属。

金属电镀示例： • （1）﹒镀锌 • 镀锌层为防腐性镀层﹐广泛应用于黑色金属的放腐蚀处理﹒其镀层弹性好但硬度较低﹐不适合承受摩擦

（2）﹒镀锡 • 利用锡的可焊性好﹐在空气中不易变色的特点﹐常用于铜印线﹑端子的导电部件﹐亦可用于食用器皿﹒

（3）﹒镀铜 • 镀铜层为一种重要的预镀层﹐常用于钢铁件的多层电镀的底层﹐能提高与机体金属的结合力﹐亦可提高零件的抗腐蚀性能﹒

4）﹒镀镍 • 镍在大气中有很好的钝化能力﹐表面能生成极薄的一层钝化膜﹐使机体与外界隔绝﹐以抵御大气﹑碱等腐蚀﹒ • 另镀镍层的硬度较高﹐常用于耐磨性表面上﹐但单镀层不能作为防护镀层使用。﹒

（5）﹒镀铬 • 铬表面极易生成氧化膜﹑憎水﹑憎油﹐不易被污染﹐不易变色﹐不易失去光泽﹐在空气中相当稳定﹐是极重要的防腐装饰性镀层﹒镀铬层硬度极高﹑耐热。

（6）镀镉 • 抗潮湿和海洋环境，镉层比较柔软适应于精密的零组件，镀镉的氢脆倾向比较小，且除氢效果好。

课外补充：塑料电镀 • 定义：在塑料制件上电沉积金属镀层的过程。 • 将塑料表面披覆上金属，不但增加美观，且补偿塑料的缺点，赋予金属的性质，充分发挥塑料及金属的特性于一体，今日已有大量塑料电镀产品应用在电子、汽车、家庭用品等工业上。

塑料电镀的过程 • (1)清洁：去除塑料成型过程中留下的污物及指纹，可用碱剂洗净再用酸浸中和及水洗干净。 • (2)溶剂处理：使塑料表面能湿润以便与下一步骤的调节剂作用。 • (3)调节处理：将塑料表面粗化成内锁的凹洞以使镀层密着住不易剥离，也称为化学粗化。 • (4)敏感化：将还原剂吸附在表面。 • (5)成核：将具有催化性物质如金、吸附于敏感化(还原性)的表面，经还原作用结核成具有催化性的金属种子然后可以用无电镀上金属。

塑料的优点： • 1.成型容易、成形好。 • 2.重量轻。 • 3.耐蚀性佳。 • 4.耐药性好。 • 5.电绝缘性优良。 • 6.价格低廉。 • 7.可大量生产。

塑料的缺点： • 1.耐候性差、易受光线照射而脆化。 • 2.耐热性不好。 • 3.机械强度小。 • 4.耐磨性很差。 • 5.吸水率高。

思考题 一、任选5个方面比较电解池与原电池的异同。二、请分别列举由水溶液及非水溶液电镀的金属材料各3例（各写1个方程式），并分析差异原因。

谢谢！ 第五小组田潇逸、魏晗栋姜天、殷俊

电 解 与 电 镀