電鍍銅實驗報告-顧佳輝-萬舜.docx

電鍍銅及條件實驗的探究一、 實驗目的和要求1理解電鍍等電化學方法的基本原理；2了解鋼鐵表面電鍍銅的一般工藝，學習電鍍操作；3理解電鍍液的選擇和影響鍍層質量的因素。二、 實驗原理在電鍍時，將待鍍的工件作為陰極，用作鍍層的金屬作為陽極，兩極置于欲鍍金屬的鹽溶液（即電鍍液或電解液）中。在適當?shù)碾妷合拢枠O上發(fā)生氧化反應，金屬失去電子而成為陽離子進入溶液中，即陽極溶解（若為不溶性陽極，則一般是溶液中的OH-失去電子放出O2）；陰極發(fā)生還原反應，金屬陽離子在陰極鍍件上獲得電子析出，沉積成金屬鍍層。一般地，電鍍層是靠鍍層金屬在基體金屬上結晶并與基體金屬結合形成的。電鍍液的選擇直接影響電鍍質量。例如，鍍銅工藝中，用基本成分為CuSO4和H2SO4的酸性鍍銅液，往往使鍍層粗糙，與基體金屬結合不牢。本實驗采用焦磷酸鹽鍍銅液，能獲得厚度均勻、結晶較細密的鍍銅層，而且操作簡便，成本較低，污染小。這種電鍍液的主要成分是CuSO4和Na4P2O7（焦磷酸鈉）。CuSO4在過量Na4P2O7溶液中形成配位化合物Na6Cu(P2O7)2（焦磷酸銅鈉），化學反應方程式為：CuSO4+2Na4P2O7Na6Cu(P2O7)2Na2SO4該配位化合物中的配離子Cu(P2O7)26-比較穩(wěn)定，穩(wěn)定常數(shù)K穩(wěn)1109，因此溶液中游離的Cu2+濃度很低，陰極上的電極反應為：Cu(P2O7)26-2e-Cu2 P2O74-在具體電鍍工藝過程中，鍍液的pH、溫度及攪拌程度、電流密度、極板間距、施鍍時間等因素對鍍層質量均有一定影響。三、 操作方法和實驗步驟實驗步驟注意事項預處理：用砂紙打磨鋼片的正反面，至表面繡層、毛刺除盡，然后用去離子水洗干凈，掛在電極掛鉤上，放入溫度50的除油液中進行除油。除油、洗凈、吸干后稱量質量m1。打磨漆包線，導線，鱷魚夾等。鋼片要打磨干凈，不要殘留紅色的鍍層。在去油后，不要用手直接拿鋼板的表面。線路的各個接頭也要打磨干凈，特別是鋼板的打孔處，掛鉤的底端，鱷魚夾的夾口處等地方，防止電路不通。鍍銅：裝配儀器，選擇是否加入攪拌器。將鋼板和銅片掛在掛鉤之上，保證兩塊板正對平行，且處在同一高度上，板間距為2cm。將兩塊板完全浸入電鍍液中，通電，調節(jié)電流粗調旋鈕至0.06A(0.12A)后馬上開始計時，時間為20min(10min)。連接電路時，紅線（陽極）連銅板，黑線（陰極）連鋼板。接通電路前，須將電壓旋鈕調至最大，電流旋鈕調至最小。調節(jié)電流時，粗調旋鈕比較敏感，必須緩慢調節(jié)厚度測定：電鍍結束后，將鋼板取出，用去離子水洗凈。觀察鋼板的電鍍情況，以及正反兩面的電鍍區(qū)別。吸干后稱量質量m2，并測量鋼板的長a和寬b。利用這些數(shù)據(jù)計算鍍層的厚度。電鍍結束后先斷電源，取下鋼板后可觀察鋼板正對銅板那面與背對銅板那面的鍍層情況。在稱量之前要先洗凈吸干，因為數(shù)據(jù)變化本來就很小，一定要注意細節(jié)，減小相對誤差。四、 數(shù)據(jù)記錄與處理 電流/A時間/min是否攪拌鋼板長/cm鋼板寬/cm鋼板質量m1/g鋼板質量m2/g表面積S/cm2鍍層厚度h/cm0.0620是5.91 3.95 50.89 50.92 46.7 7.19 X10-050.0620否5.87 3.97 51.04 51.07 46.6 7.20 X10-050.1210是6.00 3.90 50.22 50.24 46.8 4.78 X10-050.1210否6.00 4.05 53.07 53.10 48.6 6.90 X10-05五、 實驗結果分析先分析是否攪拌這個自變量，在20min情況下，是否攪拌對鍍層厚度的影響不大。估計是長時間電鍍后，鍍層覆蓋到一定程度，不再覆蓋，從鍍層均勻度來看，攪拌的鍍層更均勻。10min的情況下，不攪拌的鍍層厚度攪拌的鍍層更厚，估計是4號鋼片表面積更大，易于鍍銅的關系。4組數(shù)據(jù)也說明了攪拌對鍍層厚度影響不大，但是從鍍層觀察結果來看，攪拌后的鍍層更均勻光亮。再來看時間這個自變量，4組實驗總庫倫量相等，20min的鍍層厚度明顯比10min的大，而且鍍層也更均勻。以上結果說明，長時間、低電流、攪拌都有利于提高電鍍效果。六、 心得顧佳輝：通過這次試驗，我理解了電鍍等電化學方法的基本原理，了解了鋼鐵表面電鍍銅的一般工藝，學習電鍍操作，明白了電鍍液的選擇和影響鍍層質量的因素。準備階段方面，對碳鋼片的預處理很重要，用砂紙打磨鋼片的正反面，至表面繡層、毛刺除盡，然后用去離子水洗干凈，這幾步我們做的很仔細。在板間距的控制上，我們在攪拌過程中很難保持每個部位都是相距2cm，只能保證中線相距2cm。另外鍍層結束后對鍍層觀察方面，對于均勻度這樣的特性，我們只能通過肉眼觀察，難免有較大誤差，最好可以用專門的儀器來判定。此實驗通過控制變量的方法，研究單一變量對電鍍效果的影響。在實驗過程中，我認為有兩點需要改進的地方。其一是該實驗作為分析實驗，需要數(shù)據(jù)的精確性，但是因為本實驗中質量差最大為0.04g，只精確到0.01g的數(shù)據(jù)不足以顯示出其變量改變后對鍍層厚度的影響，應該使用更高精度的測重儀器。同時鍍銅過程實際鍍層覆蓋六個表面積，但是計算過程只考慮了兩個，也會造成誤差。其二是四次實驗分兩組由不同的操作者在不同的儀器上完成，盡管電鍍液混合過，但是儀器本身有所差別，操作者也有差別，會導致實驗數(shù)據(jù)不準。綜上，本次試驗結論有待考究，結合以上兩點改進后實驗數(shù)據(jù)會更加精確。萬舜：這次“電鍍銅及條件實驗的探究”實驗。實驗的原理我們在化學課程中早已學習過，但是在實際的電鍍工業(yè)中，考慮到鍍層的光滑程度以及牢固度，所以我們選用的不是基本成分為CuSO4和H2SO4的酸性鍍銅液，而是焦磷酸鹽鍍銅液，這樣能獲得厚度均勻、結晶較細密的鍍銅層。在實驗操作方面，預處理階段非常關鍵，直接關乎到整個實驗的成功與否。所以打磨，清洗，去油等處理都需要很細心的去做。由于我們是要探討不同條件下電鍍的效果差異，所以我們需要與另一個小組保持其余條件的一致，所以電鍍液需要實現(xiàn)進行混合平分。在電鍍過程中，由于需要將鋼板和銅片完全浸沒在電鍍液中，所以我們無法觀察到電鍍過程中的每一個變化。而且我們的比較的變量中有一個是是否攪拌，所以為了讓數(shù)據(jù)更我說服力，我們最好是和另一個組同步攪拌速率。最后稱重，計算鍍層厚度時，我們所做的兩個數(shù)據(jù)結果非常接近，而另一組的結果相差則比較大。我覺的最終的原因應該是空氣天平的靈敏度不夠，達不到實驗的精度要求，這一點在我們稱量鍍銅后的鋼板質量時就可以發(fā)現(xiàn)了，兩次質量差僅有0.02g或0.03g，質量產生的誤差可能就達到了50%。再就是我們計算鋼板表面積時，只計算了上下兩個