电化学第十三讲

第十三讲电化学应用（三）电镀和电解一、电镀什么是电镀？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。

电镀原理示意图电镀装置示意图基本电镀流程图产品：工件除油酸浸清洗清洗电解除油清洗电镀清洗处理/烘干电镀的用途电镀层的作用是什么？1、提高金属零件在使用环境中的抗蚀性能；2、装饰零件的外表，使其光亮美观；3、提高零件的工作性能，如硬度、耐磨性、导电性、电磁性、耐热性等等。对电镀层有哪些要求？1、镀层与基体，包括镀层与基体之间，应有良好的结合力；2、镀层在零件的主要表面上，应有比较均匀的厚度和细致的结构；3、镀层应具有规定的厚度和尽可能少的孔隙；4、镀层应具有规定的各项指标，例如表面粗糙度、硬度、色彩以及盐雾试验耐试性。按镀层用途选择所需镀种1、防护性镀层：主要作用是保护基体金属免受腐蚀，不规定对产品的装饰要求，如镀锌、镀镉等；2、防护-装饰性镀层：除保护基体金属外，还使零件美观，如镀镍、镀镍/铬、镀铜/镍/铬等；3、功能性镀层：除具有一定的保护作用外，主要用于特殊的工作目的，如镀锡、镀银、硬铬等。常见电镀层的性质与用途1、锌镀层锌镀层在大气条件下对钢铁零件为阳极性镀层，经彩色钝化后，明显地提高了镀层的保护性能并改善了外观。主要用于防止钢铁零件的腐蚀，其镀层价格低廉，耐腐蚀性能优良，应用量大面广。2、镉镀层镉镀层在海洋和高温大气的环境中，对钢铁零件为阳极性镀层，镀层比较稳定，耐腐蚀性强，润滑性能好，在航空及电子工业中应用较多。3、锡镀层锡镀层对钢铁件为阴极性镀层。因此，只有当镀层无孔隙时才能机械地保护钢铁零件不被腐蚀。它具有较高的化学稳定性，与硫及硫化物几乎不起作用，焊接性能良好，对渗氮有屏蔽作用。4、铜镀层铜镀层对锌、铁等金属为阴极性镀层，常常用于钢铁或某些塑料上作为镀铜/镍防护-装饰性镀层的底层或中间层，也可用于印刷电路、电铸模等方面。5、镍镀层镍镀层对钢铁零件为阴极性镀层，它具有较高的硬度，抗蚀性比铜高，能耐碱，也比较能耐酸。常用于钢铁零件的镀铜/镍/铬防护-装饰性镀层的中间层及酸性镀铜前的预镀。6、铬镀层铬镀层对钢铁零件为阴极性镀层。它具有较高的耐热性，常温下硬度好，耐磨性好，光反射性强，被广泛用于提高零件的耐磨性、光反射性以及修复尺寸和装饰等方面。7、银镀层银镀层对于常用金属为阴极镀层，其导电、焊钎性能优良，化学性质稳定，主要用于电器工业中的导电部件及其焊接部位，还用于防护-装饰性镀层，如乐器、餐具、光学仪器及工艺品。电镀产品电镀行业的污染状况令人担忧。据估计，本行业每年排放大量的污染物，包括4亿吨含重金属废水、50000吨固体废物和3000万立方米酸性气体。目前70-80％的国有电镀厂建立了污染控制设施，然而大部分处理设施已经过期而不能正常运转（城市中只有50％的设施能运转，农村地区更低，只有25％）。而大多数乡镇电镀企业则几乎没有采取任何污染控制措施。

电镀的污染问题无牌无证电镀厂内废水横流

污染物直接排放

绿色电镀的含义：主要体现在以下几个方面:1.尽量使用低污染、无污染的原料,替代有毒有害的原材料。2.采用清洁高效的生产工艺,使物料能源高效益地转化成产品,减少有害于环境的废物量。3.对生产过程中排放的废物实行再利用,做到变废为宝,化害为利。4.在商品使用寿命终结后,能够便于回收利用,不对环境造成污染或潜在威胁。向社会提供清洁的产品,这种产品从原材料提炼到产品最终处置的整个生命周期中,要求对人体和环境不产生污染危害或将有害影响减少到最低限度。现代化的电镀生产线Question1.电镀的基本原理是什么？2.电镀层有哪些用途？常见有哪些金属镀层？二、电解（1）通过发生在电极表面的电化学反应直接合成产物；如通过阳极氧化制取氟、氯、高锰酸钾等，通过阴极还原制取氢和提取金属等；（2）首先通过电化学反应，然后通过次级反应，包括溶解、离解、均相氧化或还原等得到产物。如氯酸盐等。上述制得的无机产物，除电解过程外，还包含着电解前的原料处理，电解液的制备、净化、电解后产物的分离相加工(蒸发、结晶、干燥等)。1.氯碱工业1.重要地位和作用碱是化学工业的基础原料，碱分为纯碱和烧碱两种，a.纯碱分子式为NaCO3，相对分子质量为105.99，无水白色粉末，相对密度为2.533，熔点为851℃，易溶于水；b.烧碱分子式为NaOH，相对分子质量为40，为白色不透明的羽状结晶，相对密度为2.1，熔点为328℃，易溶于水，水溶液呈强碱性，在空气中易吸收二氧化碳变成碳酸钠。碱在国民经济中有着重要的地位，纯碱主要用于玻璃工业、化学工业、纺织、造纸、军工及医药等；烧碱主要用于人造丝、合成纤维、石油炼制、皮革、肥皂、有机合成及精细化工等。2.生产方法①目前纯碱的工业生产方法主要有氨碱法和联碱法两种；②烧碱的工业生产方法主要是食盐水溶液电解法，其中包括水银电解法、隔膜电解法和离子膜电解法三种。烧碱的生产电解反应式: 2NaOH(aq)+Cl2(g)=NaCl(aq)+NaOCl(aq)+H2O阳极反应阴极反应2.电解水制氢气水电解方法来制取氢和氧气,出于其耗能大、成本高,常被其他方法所代替。2.金属的冶炼电化学在有色金属的提取和精制方面得到广泛的应用。电解冶炼是湿法冶金的一种，分水溶液电解冶金和熔融盐电解冶金。优点：可获得纯度很高的金属，如电解钢的纯度可达99.98％。同时电解冶金还可处理低品位的矿和多金属矿。金属的提炼方法与它们在周期表中的位置大致关系A.金属Na的制备阴极反应 Na++e-Na阳极反应 2Cl-Cl2+2e-整个反应 2Na++2Cl-

2Na+Cl2B.金属Al的制备阴极:Al+3+3e-

Al(l)阳极:2O-2+C(s)CO2(g)+4e-4Al+3+6O-2+3C(s)4Al(l)+3CO2(g)整个反应碳钢阴极CO2

气泡Al(l)-+电源Al+3O-2O-2Al+3O-2石墨阳极

e-e-

From:/~ssinex/E_cells.ppt.C.电解精炼铜阳极（粗铜）：Cu－2e－＝Cu2＋阴极（纯铜）：Cu2＋＋2e－＝Cu说明：

a.以铜为材料做的电极属于活性电极。在一般的电解条件下，活性阳极先于电解质溶液中的成分发生氧化反应。b.粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Zn－2e－＝Zn2＋Ni－2e－＝Ni2＋但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液里。而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能量比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，当阳极上的铜失去电子变成离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥（阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料）c.用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，它的纯度可达到99.95%～99.98%Question：例1：用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液一段时间后，向剩余溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前浓度的是（）A.AgNO3B.Na2SO4C.CuCl2D.H2SO43.有机电合成有机电化学基本过程：电极表面有电子参加的氧化还原反应。分为直接电有机合成和间接电有机合成两大类。直接电有机合成：指有机合成反应直接在电极表面上完成，这一类反应居多数，包括氧化、还原反应、裂解、偶联、缩合、卤代等；间接电解合成：指有机物的氧化还原反应仍采用氧化剂或还原剂，使用化学方法进行，反应后的氧化剂或还原剂通过电解氧化或还原方法使之再生，反复使用。特点：合成反应和氧化还原剂的再生可以分别在反应器和电解槽中完成，也可以在一个电解槽中完成，显得复杂、麻烦。有机电解合成与化学合成相比，其优点是：①可以通过电极电位控制反应历程，提高主反应的选择性；②在常温常压下合成，反应条件温和，提高反应安全性；③反应过程是由输入电流提供电子，—般不产生有害的废弃物，有于环境卫生。电化学反应：指在电极和溶液界面上进行电能与化学能之间的转变反应。从化学能转变为电能是一种能自发进行的反应，而电能转变为化学能则是个强制过程。电化学反应的特征：在阴极和阳极表面进行有电子参加的氧化还原反应。电化学法与化学法比较：

a.通过改变槽电压、电极材料、电解液组成及浓度来调节所需的电化学反应速率和选择性；在这方面电化学法有时比化学法更优越，许多化学法不能完成或很困难的反应，电化学法则很容易实现，且成本低、环境污染少；

b.电化学生产是能耗高