发现之旅 |
|
|
当人们在选购首饰的时候,看上了某一款首饰,发现其颜色、质地都不错,金光闪闪的,而且当时购买还有优惠,往往会毫不犹豫的掏钱买下来。可是戴了一段时间之后,发现有褪色的现象,这才知道自己买的是假货,那些金光闪闪的首饰其实只是镀金首饰。 |
|
在我们的日常生活中,除了有镀金首饰外,还有很多物体上都镀有不同的金属,例如:在钢铁制品上镀上锌、铜等金属,就能防止钢铁被腐蚀,延长钢铁制品的使用寿命。 |
|
那么这些金属是怎么镀上去的呢?今天我们就从化学的角度来为大家讲解金属是如何镀上去的。 |
深入思考 |
|
|
电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。可以使金属变得更加美观耐用,同时也增强了它们的抗锈抗腐能力。 |
电镀时,一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液;把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连,作为阴极;用镀层金属作为阳极,与直流电源正极相连。通入低压直流电,阳极金属溶解在溶液中成为阳离子,移向阴极,这些离子在阴极获得电子被还原成金属,覆盖在需要电镀的金属制品上。
例如:在餐具上镀铜。 |
|
在这个电镀实验中,电镀液为CuSO4溶液,阳极为金属铜,阴极为待镀的餐具。 |
|
接通电源后,会发现本来是银白色的餐具上覆盖了一层红色的铜。在这个过程中阳极的金属溶解在溶液中成为阳离子,移向阴极,这些离子在阴极获得电子被还原成金属,覆盖在餐具上。
两个电极的反应式为: |
阳极:Cu - 2e ==== Cu2+ |
阴极:Cu2+ + 2e ==== Cu |
实际上电镀的原理和电解精炼铜的原理是一致的。在电解精炼铜时,一般用纯铜做阴极,粗铜做阳极,使粗铜中的铜先溶解,后覆盖在纯铜上。但是在电镀的实际生产中,为了使镀层坚固、光亮,生产过程会很复杂,对温度、电流、电压等都要控制好。
电镀是防止金属被腐蚀的一种重要方法,在金属制品表面镀上一层其他金属,如Zn、Sn、Cr和Ni等。这些金属能氧化而形成一层致密的氧化物薄膜,从而阻止水和空气等对金属制品的腐蚀。要注意的是,镀层金属要比待镀金属更活泼,也就是说:在发生腐蚀时是镀层金属被腐蚀,而待镀金属被保护起来了,并没有被腐蚀。
电镀工业的废水中含有剧毒物质,如:氰化物、重金属等。这些有毒物质随废水流入自然水域,会严重污染水体。所以这些废水在排放前必须经过处理,并挥手其中的有用成分,将有毒有害物质的浓度降低到符合工业废水排放标准。另外一种方法就是改变电镀液成分,采用无氰电镀工艺。 |
学有所用 |
|
|
电镀与环境保护 |
电镀生产过程中产生的废水、废气、废渣里含有多种对环境有害的物质,如果任意排放,会造成严重的环境污染。如电镀生产中产生的废水里往往含有酸、碱等废液,铬等重金属,还有苯类、硝基、胺类等有机物,有的还含有氰等;电镀废气中往往有酸碱废气、铬酸雾、氮氧化物、金属尘等。
电镀废水的治理方法有化学法、离子交换法、电解法、反渗透法、蒸发浓缩法和电渗析法等。
电镀废气的治理方法有加入一些表面活性剂抑制废气逸出和物理吸收法等。
废水、废气处理方法的选择应符合以下原则:
(1)处理质量要好,处理后应符合国家规定的排放标准,对其中的有用成分要回收利用。
(2)处理方法对废水变化的适应性要强,应能适应废水的浓度、pH、成分等变化。
(3)经济效益要好,所用处理设备的投资小,占地面积小。
(4)节约能源、资源,回收效益好。 |
沙场练兵 |
|
|
1. 在下列描述中,不符合生产实际的是( )
A. 电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
B. 电解法精练粗铜,用纯铜作阴极
C. 电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢作阴极
D. 在镀件上点镀锌,用锌作阳极
答案:A
解析:活泼电极(除C、Pt外的电极称活泼电极)在阳极失电子被氧化,A中铁放电,不是电解Al2O3,D中锌放电产生Zn2+,补充Zn2+,B、C中阴极不参加反应。
|
2. 下图中A为直流电源,B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,C为电镀槽。接通电路后发现B上的c点显红色。为实现铁上镀锌,接通K后,使c、d两点短路。下列叙述正确的是( )
A. a 为直流电源的负极
B. c 极发生的反应为 2H+ + 2e- === H2↑
C. f 电极为锌板
D. e 极发生还原反应
答案:B、C
解析:由 上的c点显红色可判断出,c点由于H+放电生成OH-,即c为阴极、所以b为直流电源的负极。
|
3. 下列有关电化学的图示中,完全正确的是( )
答案:C
解析:A项中Cu为正极,锌为负极,B项中粗铜应为阳极,C项中Fe应为阴极。
|
4. 下列关于图15-19的说法,正确的是( )
A. ①装置中阴极处产生的气体能够使湿润淀粉KI试纸变蓝
B. ②装置中待镀铁制品应与电源正极相连
C. ③装置中电子由b极流向a极
D. ④装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
答案:D
解析:电解CuCl2溶液阳极产生Cl2。电镀时镀件作阴极,与电源负极相连。电池都是从负极流出电子,沿导线流向正极。
|
5. 有下列四个装置
(1)其中能用于电镀的是( )
(2)电解一段时间后,其阴极与阳极附近溶液pH值都无明显变化的是( )
(3)电解一段时间,溶液pH值增大的是( )
答案:(1)B (2)B (3)CD
解析:A装置中是惰性电极电解Na2SO4溶液,相当于电解水,阴阳两极附近溶液pH值有明显变化。
B装置中Cu做阳极,Fe做阴极,电解CuSO4溶液,在这里阳极是较活泼的金属,可以失去电子,发生溶解,而溶液中含有Cu2+,所以在Fe极附近,也就是阴极附近Cu2+得到电子,在Fe上可以得到铜单质,相当于电镀。在电解过程中溶液中的氢离子和氢氧根离子没有参加电解,所以阴阳两极附近溶液pH值没有明显变化。
C装置中是两个C棒做电极,电解氢氧化钠溶液,相当于电解水。随着电解的进行,氢氧化钠溶液浓度不断增大,也就是OH-浓度增大,因此pH值增大。
D装置中Fe做阳极,Zn做阴极,电解H2SO4溶液,在电解过程中Fe失去电子,不断溶解,在阴极是H+得到电子,使得H2SO4溶液中H+减少,也就是H+浓度减小,因此pH值增大。
|
6. 如下图所示,在水泥槽里放入蒸馏水,在蒸馏水中放入一块纯铜板和一块粗铜板作电极,用导线连接电源、开关和一个阻值4欧的灯泡。合上开关K,小灯泡将 ,然后断开开关,再加入适量无水硫酸铜,待全部溶解后,溶液将呈 色。这时若合上开关K,小灯泡将 ,纯铜板上发生的现象是 ,其电极反应式为 ;粗铜板上发生的现象是 。若测得此过程中1秒内共有3×10个18Cu2+和2×1018个SO42-通过两极板间某一截面,则加在灯泡两端的电压为 。
答案:不发光;蓝;发光;有纯铜沉积不断地变厚;Cu2++2e====Cu;不断地溶解而变薄;6.4V。
解析:解此题应该弄清金属导电与液体导电的区别:①一切金属都能导电,而液体则不然,只有某些物质的酸、碱、盐(电解质)的水溶液或它们溶解成液体时才能导电,所以两次合上开关灯泡的发光与否就显见了。②金属的导电是电子导电,液体的导电是离子导电,当有外电场时,正、负离子同时做方向相反的定向运动形成电流,在一段时间内,通过电解质某一截面的电量等于通过该截面的正、负离子的电量绝对值之和,考虑到题目中Cu2+和SO42-均为二价离子,不难根据I=q/t计算出电路中的电流,再根据欧姆定律U=IR计算出灯泡两端的电压;③金属导电时金属本身并不变化,而液体导电时,电解质要发生化学变化,极板上有物质析出,本题中硫酸铜溶液中有电流通过时,Cu2+迁移至阴极板后将从极板上获得两个电子变为铜原子而沉积在电极上,即发生了还原反应:Cu2++2e====Cu;硫酸根离子迁移到阳极后将和粗铜板上的铜原子结合成硫酸铜而又溶入水中,并在水溶液里再次电离成铜离子和硫酸根离子,随着电流不断通过溶液,这个过程也就不断地进行着,作为阳极的粗铜板不断地溶入硫酸铜溶液,而作为阴极的纯铜板则不断地变厚,结果粗铜成了纯铜,这就是电解炼铜的过程,学生只要理解了这一电解原理,答案就不言而喻了。
|
|
|
|
|
|
|