(共12张PPT)
中学实验条件下镀锌工艺的初步探索与实践
第四章 化学反应与电能
第2节 电解池
一、了解电镀锌工艺的目的和方法
镀锌铁板
非镀锌铁板
一、了解电镀锌工艺的目的和方法
一、了解电镀锌工艺的目的和方法
依据电镀原理模型画出镀锌示意图，并写出在铁质镀件上镀锌的电极反应。
二、设计并搭建简单的镀锌实验
根据已有用品，选择合适的试剂设计实验，以小组为单位初步尝试在铁片上镀锌。
试剂：电镀液（1mol/L ZnCl2溶液，0.5mol/L ZnCl2溶液，0.1mol/L ZnCl2溶液），4mol/L KCl溶液，硼酸30g/L。
电极：铁片（300目砂纸打磨），锌片。
仪器：烧杯，学生电源，数字电流计，笔式pH计，导线，鳄鱼夹，玻璃棒。
你的电镀是否成功？请为自己的作品打分，满分10分。
总结镀锌装置出现的问题。
三、电镀条件的探究
展示查询的镀锌工艺选择的一般思路。
主盐 提供电沉积金属的粒子，多以络合离子形式或水化离子形式存在 导盐 扩大允许使用的电流密度范围 缓冲剂 用来调节和控制溶液酸碱度的物质 添加剂 润湿剂 作用是加大各种金属和溶液间的界面张力
整平剂 能够改变金属表面的微观平整性
应力消除剂 能降低镀层的内应力，提高镀层的韧性
光亮剂 主要用来增加镀层的光亮度，出去了抛光的工序
三、电镀条件的探究
选择影响电镀效果的四个因素，以小组为单位对电解条件进行探究。
因素一：是否加入以及加入多少Cl-（该离子通过与锌离子络合实现对锌离子浓度的缓冲），保持锌离子浓度稳定，有利于实现锌的均匀析出，从而容易形成比较致密的镀层，但Cl-过多可能导致锌离子浓度过低，电镀速率过小。
电压为3V，电解液为200mL 0.5mol/L ZnCl2溶液，电极距离3cm，以5g为一个单位逐渐加入氯化钾固体，控制电解时间为3分钟，探究电解效果。
三、电镀条件的探究
因素二：电压
从2V电压开始，以0.5V为一个单位，逐渐增加电压，其他实验条件相同（加入15gKCl），控制电解时间为3分钟，探究电解效果。
因素三：电极距离（本质是电极表面电流密度）
以因素一探究的实验条件为依据，通过控制电极距离，以0.2A为一个单位，研究上述条件对于电镀质量的影响（加入15gKCl）。控制电解时间为3分钟，探究电解效果。
因素四：溶液酸碱性
以因素一探究的实验条件为依据，通过少量酸、碱（忽略体积影响）来调控pH，从2开始，以pH变化3为单位，探究酸、碱性对电镀质量的影响。控制电解时间为3分钟，探究电解效果。
三、电镀条件的探究
解释电镀产品效果不同的原因。
（1）锌离子浓度过高会导致电极极化而使镀层粗糙。在ZnCl2中加入KCl溶液后，主要发生的离子反应是：Zn2++2Cl-+2H2O [ZnCl2(OH)2]2-+2H+，可以使得Zn2+浓度降低二获得较为致密的镀层。
（2）电压和电极间距共同决定了电流密度，电流密度大，电解速率大，形成的金属晶粒较大、较粗，难以紧密附着。
（3）酸性过强时，H+主要放电产生氢气，导致镀层疏松，且锌析出速率过小；碱性过强时，容易使锌以氢氧化物的形式沉淀而影响电镀效果。
三、电镀条件的探究
总结最佳电镀条件。
电压3V，0.5mol/L ZnCl2，20g KCl，在pH为5左右时进行电镀。
正交试验设计法是研究与处理多因素实验的一种科学方法，是数理统计中的一个较大的分支。利用规格化的表格—正交表，科学地挑选试验条件，合理安排实验。主要优点是能在很多试验方案中挑选出代表性强的少数几个试验方案，并且通过这些试验方案的结果的分析，推断出最优方案，同时还可以作进一步的分析，得到比试验结果本身给出的还要多的有关各因素的信息。
霍尔槽（英文：Hull Cell） ，又称赫尔槽或哈氏槽。霍尔槽试验只需要少量镀液，经过短时间试验便能得到在较宽的电流密度范围内镀液的电镀效果。由于该试验对镀液组成及操作条件作用敏感，因此，常用来确定镀浓各组分的浓度以及pH值，确定获得良好镀层的电流密度范围，同时也常用于镀液的故障分析。因此，霍尔槽已成为电镀研究、电镀工艺控制不可缺少的工具。
四、给自制手办镀锌
为手办镀锌，要求表面没有金属镀层，尽量为单色，也可以使用塑料片和热熔胶、石蜡等制作（要求体积不要过大，能放入电解槽），如果零件形状复杂，需要对阳极形状进行必要改进，如利用锌皮制作筒形电极，以保证镀件表面电流密度均匀。
如何解决手办不导电问题？
（1）导电漆涂抹；
（2）墨粉涂抹；
（3）利用银镜或铜镜反应先在手办表面镀一层很薄的银，再进行电镀。
课堂小结
中学实验条件下镀锌工艺的初步探索与实践
影响生产条件因素的发现
正交法确定理论最优条件
实践中微调，确定最终工艺条件
工业生产条件探究的一般过程(共11张PPT)
电解原理的应用
第四章 化学反应与电能
第2节 电解池
一、电冶金
为什么电解饱和食盐水没有生成金属钠？如何制备金属钠？
什么是金属冶炼？如何制备活泼金属钠和铝？
金属冶炼：
使矿物中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：
Mn++ne-=M
电冶金：
通常极难被还原的活泼金属，如K、Ca、Na、Mg、Al等
一、电冶金
回顾氯碱工业，依据所给资料，选择合适电解质，完成电解制备金属钠和铝，并书写电极反应式和总反应式。
熔点/℃ 化合物类型
NaCl 801 离子化合物
Na2O 1132 离子化合物
AlCl3 194 共价化合物
Al2O3 2054 离子化合物
电解质的选择：
①铝和钠都是活泼金属，对应Na+和Al3+得电子能力弱于水中H+，所以不能电解水溶液。②氯化物的熔点低，转化为熔融状态所需能量低，所以一般选择电解熔融的氯化物。③AlCl3是共价化合物，熔融状态无自由移动离子产生，不能形成闭合回路，只能选择熔融Al2O3。
一、电冶金
资料：冰晶石（Na3AlF6），白色晶体，熔点1009℃，是电解Al2O3的助熔剂。其助熔原理：冰晶石较氧化铝熔点低，其熔化后，氧化铝可溶于冰晶石液体，从而降低冶炼金属铝的成本。
电极材料的选择：
①阳极材料：依据钠离子和铝离子在阴极析出生成金属单质，为了不引入其他阳离子，所以阳极选择惰性电极。
②阴极材料：考虑成本、环保等，选择合适电极即可。
一、电冶金
完善装置图并书写电极反应。
阴极：2Na++2e-=2Na
电解
总反应：2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑
阴极：4Al3++12e-=4Al
阳极：6O2--12e-=3O2↑
电解
总反应：2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑
冰晶石
二、电镀
什么是电镀？美丽的电镀产品是如何制成的？
电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。主要目的是增强金属的抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度。
镀层金属：通常是一些在空气或溶液中不易发生变化的金属，如铬、镍、银、黄铜等。
镀件：待镀金属制品。
二、电镀
设计一个“铁钉镀铜”的电镀装置。
①如何使镀层金属沉积在待镀金属（镀件）表面？
②如何补充消耗的镀层金属阳离子？
镀层金属作阳极，镀层金属失电子生成阳离子，补充电解质溶液。
阴极：M-ne-=Mn+
镀件作阴极，镀层金属阳离子在阴极得电子析出，附着在镀件上。
阴极：Mn++ne-=M
三、应用电解法处理含铬废水
资料：
I.铬元素的稳定化合价主要包括：0、+3、+6。
II.Cr2O72-水溶液呈橙色，其盐易溶于水。
III.+3价铬元素的主要存在形式及其性质如下表。
存在形式 Cr3+ Cr(OH)3
主要性质 酸性条件下能稳定存在，水溶液呈绿色 灰蓝色固体，难溶于水，Ksp=6.4×10-31
依据资料，设计除去酸性废水中铬(Cr2O72-)的方法。
将Cr2O72-转化为Cr3+，再调节溶液pH，转化为Cr(OH)3沉淀除去。
依据资料，设计一个电解装置将废水中Cr2O72-转化为Cr3+。
三、应用电解法处理含铬废水
方案一：Cr2O72-直接在阴极得电子转化为Cr3+
预期现象：溶液橙色逐渐变浅。
实验现象：阴阳两极均有大量气泡产生；电解一段时间，溶液颜色没有明显变化。
发现问题：石墨作电极，将Cr2O72-转化为Cr3+难以实现。
资料：
I.Cr(VI)存在相互转化：Cr2O7+H2O 2CrO42-+2H+。
II.氧化性：Cr2O72->CrO42-。
III.工业上采用Fe电极处理含铬废水。
三、应用电解法处理含铬废水
方案二：电解池中Cr2O72-间接转化为Cr3+
预期现象：溶液橙色逐渐变浅。
实验现象：阴极有大量气泡产生，电解较长一段时间，溶液颜色变浅。
发现问题：能将Cr2O72-转化为Cr3+，但耗时长、能耗大。
阳极：Fe-2e-=Fe2+
6Fe2++Cr2O72-+14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
如何进一步改进实验方案？
（1）增大电压（2）增加电极接触面积（3）增强溶液酸性......
课堂小结
电解原理的应用
分析粒子
明确反应
选择电极
选择电解质
连接装置
电冶金
电镀
处理含铬废水
