阴极极化曲线的测定

五、实验记录
镀液
Ⅰ号
电动势值（阴极相对于饱和甘汞电极）（V） 电镀面积（cm） 5mA 10mA 15mA 20mA 25mA 0mA （长×宽×2）
Ⅱ号
Ⅲ号
Ⅳ号
六、数据处理
1.计算电流密度DK和阴极电位φK
电流密度 DK

电流值 电镀面积
(mA /
cm2 )
阴极电位φK=饱和甘汞电极-所测得的电动势值
注意：
（1）判明光标移动方向与电动势值大小的关系；
（2）测量过程中，必须经常调整电动势值，保持光标最接 近零；
（3）读取电动势时，光标可能还会缓慢地朝一个方向移动 或左右摆动，只记下8min时的电动势值即可。
6.改变输出电流、测定电动势
（1）5mA的电动势测定完后，按第4-5步骤依次测定电流 输出值为10mA、15mA、20mA、25mA时的电动势，电流输出 值确定后按下秒表，4min后读取电动势值；
（2）依次调节工作电流调节“中”、“细”、 “微”键盘，使检流计光标最接近为零。
4.确定输出电流
调标准后，调节直流标准电压电流发生器，使输 出电流为5mA，对铜片进行电镀。
注意：直流标准电压电流发生器的“极性”转换开关 置于“+”处（红色为正极）；“输出”转换开关置于 “准备”处；“量程”转换开关置于“100mA”处。
一、实验目的
1.测定铜电极在镀锌溶液中的阴极极化 曲线； 2.了解络合剂、添加剂对阴极极化的影 响；
二、实验原理
在有电流通过电极时，电极电势偏离可逆 平衡电位，阴极的电势表现得比可逆电极的电 势更负一些，这种现象称为阴极极化。阴极极 化曲线是指电流密度与阴极电势之间的关系曲 线。
本实验是通过在含不同成份的镀锌溶液中 被电镀的铜电极的阴极极化曲线的测定，来研 究络合剂、添加剂对阴极极化的作用。
（2）发生器“输出”转换开关置于“准备”处，然后测 定电动势值，即电流为0mA时的电动势值。
（3）测量结束，取出铜片用蒸馏水清洗，量取铜片电镀 面积（长×宽×2）；
（4）把Ｈ管中的镀液倒掉，用蒸馏水清洗干净，然后装 入Ⅱ号镀液；
（5）测定完Ⅱ号镀液后，再依上法测定Ⅲ、Ⅳ号镀液；
（6）实验结束，清洗复原。最后观察四种镀液所镀铜片 的质量。
分析四种镀液阴极极化作用的大小顺序
①获得相同的阴极电位，四种镀液分别所需的电 流密度；
②在相同的电流密度下，四种镀液分别得到的阴 极电位；
③增大相同的电流密度，四种镀液得到的阴极电 位增大值的大小。
八、注意事项
九、思考题
电镀是一种电解加工工艺，所加工的物体为 阴极，电解质中的金属离子电沉积在物体表面， 这是一个电结晶的过程。当晶核的生成速度大于 晶核的成长速度时，镀层就细致紧密，因此晶核 的生成速度是决定镀层质量的重要因素。
金属离子从液相转变为固相，使体系自由能 降低，在新相形成的同时要建立新的界面，又使 体系自由能升高，所以体系能量的变化应是这两 部分能量之和。
其中：饱和甘汞电极25℃时为0.2412V（温度对影响较小）
计算结果：
电流值 5mA 10mA 15mA 20mA 25mA 0mA
Ⅰ号
DK φK
Ⅱ号
DK φK
Ⅲ号
DK φK
Ⅳ号
DK φK
2.在直角坐标图上作阴极极化曲线DK ~ -φK （以DK 为Y轴， -φK为X轴） DK
-φK
七、结果分析与讨论
插上发生器插头，把“电源”转换开关置于“通” 处，再把“输出”转换开关置于“通”处，然后按下 秒表开始计时，边电镀边调电动势，8min后读取电动 势值。
5.测置于“X”，按下 “粗”的按钮，依次从大到小调节测定电动势的六个键盘使 光标最接近零（主要调节第1、2、3键盘），接着按下“细” 的按钮。依次从大到小调节测定电动势的六个键盘使光标最 接近零（主要调节第4、5、6键盘）。
1.UJ25型直流高电势电位差计
2.YJ42型精密稳压源
3.AC15直流复射式检流计
4.YJ87型直流标准电流电压发生器
四、实验步骤
组装实验装置
温度补偿校正
确定输出电流
检流计调零
测定电动势
改变输出电流 测定电动势
1.组装实验装置 ①YJ42型精密稳压源上的红色接线柱为正极， 转换开关置于“2V”处；
说明：
（1）NH4Cl：主要起导电作用，以改善电解液的 分散能力。氨还可以与氨三乙酸共同与锌络合形 成更为稳定的络离子。
（2）氨三乙酸：络合剂，与锌离子形成络合离子。
（3）硫脲：添加剂，在电镀过程中，电解产生的 活性S2-离子在电极表面与金属形成表面络合物， 阻碍电极反应。
（4）聚乙三醇：添加剂，是非离子型表面活性物 质，强烈地吸附在电极表面，阻碍电极反应。
从所需要的表面能量来考虑，小晶体比大晶 体具有更高的表面能。阴极极化越大，过电位越 大，能够提供更多的表面能，所以晶核生成的速 度越大。
因此在电镀中，往往通过增大阴极极化来提 高电镀的质量。但是，如果单纯增大电流密度以 造成较大的浓差极化，则常常形成疏松的镀层， 因而在电镀生产中，大都在镀液中加入各种络合 剂、添加剂，以减小电极反应速度，增加电化学 极化。
四种镀液成份：
Ⅰ、0.38MZnCl2+4.8MNH4Cl+0.21M氨三乙酸+2g/l硫脲+2g/l聚乙三醇 Ⅱ、0.38MZnCl2+4.8MNH4Cl+2g/l硫脲+2g/l聚乙三醇 Ⅲ、0.38MZnCl2+4.8MNH4Cl+0.21M氨三乙酸 Ⅳ、0.38MZnCl2+4.8MNH4Cl
②用剪刀剪下锌片、铜片（0.5×5cm），并用 砂纸把要电镀的地方磨亮（双面）；
③一只Ｈ管装入饱和KCl溶液，另一只Ｈ管装 入Ⅰ号镀液，并按流程图连接。
标准电池
YJ42 型精 密稳 压源
直流 复射 式检 流计
电计 标准 未知1 未知2
甘
汞
2.2V
3.3V
电 极
盐桥
铜片 锌片
UJ25型直流高电势电位差计
直流标准 电流电压 发生器
饱和KCl溶液 镀液
2.温度补偿校正
（1）温度补偿校正，按以下计算公式进行；
Et E20 0.0000406 (t 20) 0.00000095 (t 20)2
式中：E20为标准电池20℃时的电动势，单位为V（厂家提供，已 标在标准电池上）；t为当时实验室的气温。
三、药品仪器
1.UJ25型直流高电势电位差计； 2.YJ42型精密稳压源； 3.AC15直流复射式检流计； 4.YJ87型直流标准电流电压发生器； 5.标准电池； 6.饱和甘汞电极； 7.H管、盐桥、铜片、锌片、剪刀、小刀、直尺、砂纸、烧杯等； 8.饱和KCl溶液； 9.镀液（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号）。
（2）插上YJ42型精密稳压源的插头，打开电源开关； （3）插上AC15直流复射式检流计的插头，电源转换开 关应置于“×1”处，调节“零点调节”旋钮，使标度 尺上的光标处于零位。
3.检流计调零
在测定电动势之前，必须先进行调标准，即 进行工作电流调节。
（1）电位差计左下角的测量转换开关置于“N” 处，按下“粗”的按钮，调节工作电流“粗”键 盘，使检流计光标最接近为零。