李狄-电化学原理-第九章-金属的电沉积过程解析
电化学沉积的原理和应用
电化学沉积的原理和应用原理电化学沉积是一种通过外加电位来控制金属和其他物质在电极表面沉积的方法。
它基于电化学原理，即在电解质溶液中，通过电极之间的电流进行反应，从而使得物质在电极表面进行沉积。
电化学沉积的主要原理可归纳为以下几点：1.电解质溶液：电化学沉积需要在电解质溶液中进行。
这种溶液通常包含一个可供沉积的金属离子，以及其他辅助剂和添加剂。
电解质溶液的成分对沉积物的性质和质量起着重要作用。
2.电极：电化学沉积需要使用两个电极：阳极和阴极。
阳极是由要沉积的金属或物质构成，而阴极则是导电材料，通常是金属。
在沉积过程中，金属离子在电流的作用下从溶液中被还原到阴极表面。
3.外加电位：通过控制外加电位，可以调节沉积速率、尺寸和形状。
正电位会促使金属离子被还原并沉积到阴极上，而负电位则相反。
通过精确控制外加电位，可以获得所需的沉积结果。
4.电化学反应：电化学沉积是通过电化学反应实现的。
当外加电位施加在电解质溶液中时，阳极上发生氧化反应，而阴极上发生还原反应。
这导致金属离子从溶液中被还原并沉积在阴极表面。
应用电化学沉积在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 电镀电镀是电化学沉积最常见的应用之一。
通过在金属表面沉积一层金属镀层，可以提高金属材料的表面整体性能，如耐腐蚀性、抗磨损性和外观美观性。
电镀广泛应用于汽车制造、家电制造、珠宝制造等行业。
电镀还可以用于制备导电材料，如导电膜、导电网格等。
这些导电材料在电子器件制造和传感器制造等领域发挥着重要作用。
2. 纳米材料制备电化学沉积可以用来制备各种纳米材料。
通过控制反应条件和沉积参数，可以获得具有特定形貌和粒径的纳米材料。
这些纳米材料在材料科学、能源储存和催化剂等领域具有广泛应用前景。
3. 生物医学应用电化学沉积可用于生物医学应用中，例如制备人工关节、植入材料和生物传感器等。
通过在材料表面沉积具有特定形态和特性的材料，可以提高生物医学材料的生物相容性和性能。
第九章_金属的电沉积过程要点
有不同配位数的各种络离子都有，其浓度
也不相同。
2、金属络离子阴极还原机理
（2）配位数较低、浓度适中的络离子在电极 上得到电子而还原。 原因：配位数低，还原所需的能量小； 浓度适中，才能有一定的量。
2、金属络离子阴极还原机理
（3）当有两种络合剂存在，而一种络离子 又比另一种络离子容易放电，则在表面转 化步骤之前，还要经过不同类型配位体的 交换过程。
衡电位，并获得一定过电位。
一、金属离子从水溶液中阴极还原的 可能性
2、某金属在阴极析出的充分条件： 溶液中其他粒子不会优于该金属在阴极上 首先析出。 例如：金属离子还原电位比氢离子还原电 位更负，则氢在电极 上优先大量析出，金 属就很难沉积出来。
一、金属离子从水溶液中阴极还原的 可能性
3、从周期表中的位置，判断金属离子从水 溶液中还原的可能性：
（从难放电的络离子形式转变为易放电的络 离子形式。）
2、金属络离子阴极还原机理
• 例如：氰化镀锌溶液中存在两种络合剂， NaCN 、NaOH 其阴极还原过程如下：
2 Zn(CN ) 2 4 OH Zn ( OH ) 4 CN 配位体交换 4 4 Zn(OH ) 2 Zn ( OH ) 2 OH 4 2 Zn(OH ) 2 2e Zn(OH ) 2 2吸附 Zn(OH ) 2 Zn 2 OH 2吸附 晶格中
第九章 金属的电沉积过程
定义：通过电解的方法，在电解池阴极
上，金属离子通过还原反应和电结晶过
程在固体表面生成金属层。
目的：改变固体材料的表面性能或制取 特定成分和性能的金属材料。
第九章 金属的电沉积过程
§9.1 金属电沉积的基本历程和特点 §9.2 金属的阴极还原过程 §9.3 金属的电结晶过程
电沉积的基本原理
电沉积的基本原理电沉积呀，就像是一场微观世界里超级有趣的“金属搬家”游戏呢！咱先来说说电沉积发生的舞台——电解液。
这电解液就像是一个充满各种小粒子的热闹“小广场”。
这里面有金属离子，它们就像一个个等待被安排新住所的小居民。
比如说，要是想电沉积铜，那这个电解液里就有铜离子在里面游来游去。
这些离子在溶液里可不安分，它们被周围的水分子或者其他溶剂分子包围着，就像一个个小明星被粉丝簇拥着一样。
然后呢，咱得有电极。
电极就像是这个“搬家”游戏里的起点和终点。
一般有阳极和阴极。
阳极就像是一个“资源供应站”，它会发生一些反应来提供电子或者离子。
阴极呢，那可是“目的地”，是金属离子们向往的新家。
比如说，在一个简单的电沉积铜的装置里，阳极可能是一块铜块，阴极可能是一块别的金属或者导电的材料。
当我们把这个装置接通电源的时候，就像给这个微观世界按下了启动键。
电源就像是一个指挥官，它开始指挥电子的行动。
电子从阳极出发，沿着导线像小蚂蚁搬家一样，朝着阴极跑去。
这个时候，阳极的铜块就不淡定了。
它开始失去电子，铜原子就变成了铜离子，进入到电解液这个“小广场”里。
这就像是家里的大人把东西拿出来放到外面，准备让别人搬走一样。
而在阴极那边呢，可是热闹非凡。
那些在电解液里游来游去的铜离子，一看到阴极这个诱人的“新家”，而且还有电子在那等着它们，就迫不及待地跑过去。
每个铜离子得到两个电子，就又重新变成了铜原子，然后乖乖地在阴极表面安家落户。
就像小孩子们找到自己的小房间，一个个排好队，在阴极表面形成一层铜的涂层。
电沉积可不光是这么简单的直线过程哦。
在这个过程中，还有很多小状况呢。
比如说电解液里的离子浓度会影响电沉积的速度和质量。
如果离子浓度太低，就像“小广场”里的居民太少了，那搬到阴极的金属原子数量就少，沉积的速度就慢。
而且，溶液里可能还有其他的离子在捣乱。
它们可能会和金属离子抢电子，或者影响金属离子到达阴极的路线。
这就像在搬家的路上有一些小调皮鬼在捣乱一样。
电化学第九章金属的电沉积过程
添加剂的影响
添加剂可以改变溶液的电导率、界面张力和金属离子的还原过程，从而影响电沉 积过程。
常用的添加剂包括络合剂、缓冲剂、表面活性剂等。
温度的影响
温度可以影响电沉积过程的反应速率和产物形貌，通常随着温度的升高，电沉积速率加快。
但温度过高可能导致析出金属结构松散和溶液中气体的大量析出。
04
CATALOGUE
总结词
镀镍是一种具有优良防腐蚀性能的金属 电沉积技术，具有较低的孔隙率和较高 的硬度和耐磨性。
VS
详细描述
镀镍层呈银白色，具有良好的抗腐蚀和抗 磨损性能，广泛应用于电子、电力、石油 化工和航空航天等领域。在镀镍过程中， 应控制电流密度、电镀液成分和温度等参 数，以确保获得高质量的镀层。
镀金
总结词
镀金是一种具有优良导电性能和抗氧化性能 的金属电沉积技术，具有美观的外观和良好 的延展性。
电化学第九章金属 的电沉积过程
目录
• 电沉积过程的基本原理 • 金属电沉积的种类与特性 • 电沉积过程的影响因素 • 电沉积的应用领域 • 电沉积技术的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
电沉积过程的基本原理
电沉积的定义
总结词
电沉积是指通过在电解液中施加电流，使金属离子还原并沉积在阴极表面上的过程。
03
CATALOGUE
电沉积过程的影响因素
金属离子的影响
金属离子浓度
金属离子浓度越高，电沉积速率越快，但过高的浓度可能导致析 出金属颗粒粗大。
络合剂
络合剂可以控制金属离子的水解和聚合，从而影响电沉积过程。
金属离子的电荷和半径
金属离电沉积过程。
流电沉积和脉冲电沉积。
电沉积的物理化学基础
金属电沉积理论
金属电沉积理论一.研究概况在电化学中,金属的电化学沉积学是一种最古老的学科。
在电场的作用下，金属的电沉积发生在电极和电解质溶液的界面上，沉积过程含有相的形成现象。
首先，在金属的电化学沉积实验的研究时间要追溯到19世纪，并且在引进能产生直流电的电源以后，电镀很快成为一种重要的技术。
电镀被用来制造各种不同的装饰性和功能性的产品，尽管在开场的早期，电镀技术的开展和应用建立是在经历的根底上。
金属电沉积的根本原理就是关于成核和结晶生长的问题。
1878年，Gibbs在他的著名的不同体系的相平衡研究中，建立了成核和结晶生长的根本原理和概念。
20世纪初，Volmer、Kossel、Stransko、Kaischew、Becker和Doring用统计学和分子运动模拟改良了根本原理和概念。
按照这些早期的理论，成核步骤不仅要求一个新的三维晶体成核，而且完美单晶外表的层状二维生长。
对于结晶理论的一个重要改良是由Avrrami提出的结晶动力学，他认为在成核和生长过程中有成核中心的重复碰撞和相互交迭。
在1949年，Frank提出在低的过饱和状态下的一个单一晶面成长会呈螺旋状生长。
Cabrera和Frank等考虑到在成长过程中吸附原子的外表外表扩散作用，完善了螺旋成核机理。
20世纪二三十年代，Max、Volmer等人对电化学结晶进展了更为广泛的根底研究。
Erday-gruz和Volmer是第一次认识到过饱和度与过电位，稳态电流密度和由电荷转移引起的电结晶过电位之间的关系。
20世纪三四十年代，Finch和他的同事做了大量的关于多晶电化学沉积的实验，研究了决定结晶趋向与金属薄膜的组织构造的主要因素。
在这一时期，Gorbunova还研究了底层金属与电解质溶液组成对电结晶过程的影响，并发现了由于有有机添加剂的吸附作用可能导致金属晶须的生长。
1945年，Kaischew对电结晶理论做了重大改良。
考虑到单一晶体外表上金属原子的结合和分开的频率，可利用分子运动学模拟电化学结晶过程。
第9章金属的电沉积过程
⑵阴极还原产物不是纯金属而是合金有利于还原 反应的实现。
⑶在非水溶液中，由于各种溶剂性质不同于水， 往往在水溶液中不能阴极还原的某些金属元素， 可以在适当的有机溶剂中电沉积出来。
⑷电沉积层的质量
电
化
学
原
理
3、溶剂对金属电化学性质的影响
表9-2金属在水和某些有机溶液中25℃时的标准电极电位(V) 电极 Li|Li+ K|K+ Na|Na+ Ca|Ca2+ Zn|Zn2+ Cd|Cd2+ Pb|Pb2+ H|H+ Ag|AgCl,ClCu|Cu2+ Hg|Hg2+ Ag|Ag+ H2O -3.045 -2.925 -2.714 -2.870 -0.763 -0.402 -0.129 0 0.222 0.337 0.789 0.799 CH3OH -3.095 -2.925 -2.728 --0.74 -0.43 -0 -0.010 --0.764 C2H5OH -3.042 --2.657 ----0 -0.088 ---N2H4 -2.20 -2.02 -1.83 -1.91 -0.41 -0.10 0.35 0 --0.77 -CH3CN -3.23 -3.16 -2.87 -2.75 -0.74 -0.47 -0.12 0 --0.28 -0.23 HCOOH -3.48 -3.36 -3.42 -3.20 -1.05 -0.75 -0.72 0 --0.14 0.18 0.17
目前认为 电结晶过 程有两种 形式
一是阴极还原的新生态吸附原子聚集形成晶核，晶 核逐渐长大形成晶体；
一是新生态吸附原子在电极表面扩散，达到某一位 置并进入晶格，在原有金属的晶格上延
电化学第九章_金属的电沉积过程
讨论：络合物不稳定常数越小， 平衡电位下降越多；而平衡电位越负， 还原反应越难进行。
2、金属络离子阴极还原机理
（1）金属络离子的存在形式： 在络盐溶液中，金属以简单金属离子到具 有不同配位数的各种络离子都有，其浓度 也不相同。
2、金属络离子阴极还原机理
（2）配位数较低、浓度适中的络离子在电极 上得到电子而还原。 原因：配位数低，还原所需的能量小； 浓度适中，才能有一定的量。
金属元素在周期表中的位置愈靠右边，化学 活泼性越弱，还原的可能性越大。
一、金属离子从水溶液中阴极还原的 可能性
0 1.5V 铬分族
一、金属离子从水溶液中阴极还原的 可能性
4、分析金属离子能否沉积时，还应考虑以下 因素：
①金属以络离子存在时，其平衡电位会明显 负移，还原更加困难。
例如：铁、钴、镍以水溶液形式存在时，可 在阴极还原；而以络盐形式存在时，不能 在阴极还原。
2、金属络离子阴极还原机理
（3）当有两种络合剂存在，而一种络离子 又比另一种络离子容易放电，则在表面转 化步骤之前，还要经过不同类型配位体的 交换过程。
（从难放电的络离子形式转变为易放电的络 离子形式。）
2、金属络离子阴极还原机理
• 例如：氰化镀锌溶液中存在两种络合剂， NaCN、NaOH 其阴极还原过程如下：
化学动力学参数可能不同。
§9.2 金属阴极还原过程
一、金属离子从水溶液中阴极还原的可能性 二、简单金属离子的阴极还原 三、金属络离子的阴极还原
一、金属离子从水溶液中阴极还原的 可能性
1、某金属在阴极析出的必要条件： 阴极的电位负于该金属在该溶液中的平
衡电位，并获得一定过电位。
一、金属离子从水溶液中阴极还原的 可能性
电化学原理第四版李荻课件
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05
CHAPTER
超级电容器技术与应用
利用电极与电解质界面形成的双电层或电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量。
基本原理
充电速度快、功率密度高、循环寿命长、温度范围宽、绿色环保等。
特点
优点
能量密度高、充放电速度快等。
工作原理
通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量，电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。
充电过程
正极板上的二氧化铅和负极板上的铅在电解液的作用下，分别生成硫酸铅和水，同时有电子在外电路中流动，形成充电电流。
放电过程
硫酸铅和水在正极板和负极板上分别还原成二氧化铅和铅，同时有电子在外电路中流动，形成放电电流。
镍镉电池
01
以氢氧化镍作为正极，氢氧化镉作为负极的一种碱性蓄电池。具有大电流放电特性好、耐过充和过度放电等优点，但存在记忆效应和环保问题。
在放电过程中，铝阳极与水和电解质中的氢氧根离子发生反应生成氢氧化铝和氢气，同时释放出电子产生电流；空气中的氧气在阴极接受电子被还原成氢氧根离子。充电时，逆向反应进行，氢氧化铝得电子被还原成铝沉积在阳极上。
优缺点
铝空气电池具有高的理论比能量、低成本和环境友好等优点；但是存在铝阳极自腐蚀、氢氧化铝沉积等问题导致电池性能衰减。
铂、钯等贵金属具有良好的催化活性和稳定性，广泛应用于燃料电池、有机合成等领域。
铂族金属催化剂
通过合金化可以改善贵金属的催化性能和降低成本，如铂钌合金、铂铑合金等。
贵金属合金催化剂
纳米级贵金属催化剂具有高比表面积和优异的催化活性，应用于电催化、光催化等领域。
贵金属纳米催化剂
03
非贵金属氮化物催化剂
金属的电沉积过程
北京科技大学电化学理论结业论文金属的电沉积过程学院：姓名：学号：邮箱：电话：金属的电沉积过程摘要：文章介绍了金属电沉积的基本历程和特点，简单说明了金属的阴极还原过程，探讨了简单阴离子、络离子和有机活性物质对此过程的影响，并讨论了金属的电结晶过程，简单分析了金属电沉积层的形态结构与性能，简要介绍了研究金属电沉积的方法。
关键词：金属电沉积；阴极还原；电结晶；镀层；0 引言金属的电沉积是通过电解方法，即通过在电解池阴极上金属离子的还原反应和电结晶过程在固体表面生成金属层的过程。
其目的是改变固体材料的表面性能或制取特定成分和性能的金属材料。
金属电沉积应用的领域也很广泛，通常包括电冶炼、电精炼、电铸和电镀四个方面，它的这些应用使其受到了越来越多的关注，因此，研究并掌握电沉积过程的基本规律变得尤为重要。
1金属电沉积的基本历程和特点1.1 金属电沉积的基本历程金属沉积的阴极历程，一般由以下几个单元步骤串联组成：（1）液相传质：溶液中的反应粒子，如金属水化离子向电极表面迁移。
（2）前置转化：迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转化反应，如金属水化离子水化程度降低和重排；金属络离子配位数降低等。
（3）电荷传递：反应粒子得电子，还原为吸附态金属原子。
（4）电结晶：新生的吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置（生长点）进入金属晶格生长，或与其他新生原子聚集而形成晶核并长大，从而形成晶体。
上述各个单元步骤中反应阻力最大、速度最慢的步骤则成为电沉积过程的速度控制步骤。
不同的工艺，因电沉积条件不同，其速度控制步骤也不同。
1.2 金属电沉积过程的特点电沉积过程实质上包括两个方面，即金属离子的阴极还原（析出金属原子）的过程和新生态金属原子在电极表面的结晶过程（电结晶）。
前者符合一般水溶液中阴极还原过程的基本规律，但由于电沉积过程中，电极表面不断生成新的晶体，表面状态不断变化，使得金属阴极还原过程的动力学规律复杂化；后者遵循结晶动力学的基本规律，但以金属原子的析出为前提，又受到阴极界面电场的作用。
电化学原理李荻电子版
电化学原理李荻电子版一、电化学原理1、电化学的定义及原理：电化学是指通过化学反应改变物质形态和组成，产生电流；或通过电流来改变化学物质的形态和组成。
电化学定律是指总能量和电荷守恒定律，其中总能量是指电荷以及反应物和产物实际热量（包括活化能）的总和，它表明在化学反应中，电荷是守恒的。
2、电化学反应：电化学反应由电解质和电荷守恒定律构成，是指电解质发生溶解作用，由此产生电话，甚至改变化学物质的形态和组成的现象。
电化学反应的性质可以用反应偏活性来表示，它是有机化学反应中的一种基本反应。
3、电化学电池：电化学电池是指通过电解质和反应物的电子交换反应的物质改变，产生无极性的自发电流的装置。
它是由阳极，阴极和电解液构成的电解电池。
电池工作原理即电解质发生溶解作用，从而产生电流，或者反向运行，即电流通过电池，产生电化学反应，最终变化物质的形态和组成。
4、电化学反应的应用：电化学的应用极为广泛，其中以冶金为主，如用电流改变合金的成分组成，以及用来开发新材料、新装备、新药物和新冶金工艺。
此外，电化学还有多种实用应用，如在制造精密机械制品、电器、特种催化剂、化学试剂、工业材料等方面，都得到了有效和广泛的运用。
二、李荻电化学1、李荻电化学：李荻电化学是由克里金学派在20世纪初发展出来的新理论，它以李荻（Liimuian）学派的思想为基础，将化学反应物经电动力的驱动，转变为电磁力的支配，发展了一套完整的新的电化学理论。
它由李荻派的思想、其他学者的研究成果和近代行业实践融会而出。
2、李荻电化学原理：李荻电化学是一种化学与物理相结合的理论，它认为所有化学反应都源自于原子间的电磁作用力；用克里金原理可以对电化学反应拟合等效电路，并用来计算等效上阻和下阻；另外，还可以借助等效电路计算其他非电化学反应，从而扩展出量子化学领域，开始研究由宇宙的精神属性引发的反应。
3、李荻电化学的应用：李荻电化学的实际应用有：一是用新发展的李荻电化学理论指导及优化电化学活性，使用克里金方法来设计电池、电极、电解质及电解液；二是研究催化剂的电化学响应，即催化剂中电子的迁移及反应应力；三是用李荻电化学的原理指导电化学的应用，比如金属的抗蚀性、合金的电化学性质等；四是研究混杂体中电磁隔离性对反应的影响、与电解质容量及电势的关系、极电位的调。
年电镀工艺课件金属电沉积
金属电沉积的应用
电子工业：制造电子元件、电路板等 化学工业：生产化学试剂、催化剂等 材料科学：制造金属材料、合金等 环境保护：废水处理、废气处理等
03
电镀液的成分及作用
主盐
作用：提供金属离子，形成电 镀层
常见种类：硫酸铜、硫酸镍、 氯化锌等
影响因素：浓度、纯度、稳定 性等
应用：广泛应用于电子、机械、 化工等领域
电镀设备的影响
电镀槽：影响镀层的均匀性和 厚度
电流密度：影响镀层的质量和 速度
温度：影响镀层的结晶度和硬 度
搅拌速度：影响镀层的均匀性 和平整度
环境条件的影响
温度：影响镀层厚度和均匀性
湿度：影响镀层质量，过高或 过低都会影响镀层性能
空气污染：影响镀层质量，可 能导致镀层出现缺陷
电场强度：影响镀层厚度和均 匀性，过高或过低都会影响镀 层性能
络合剂
作用：络合剂是 电镀液的重要组 成部分，可以稳 定金属离子，防 止金属离子沉淀
类型：常见的络 合 剂 有 E DTA 、 DT PA 、 N TA 等
作用原理：络合 剂通过与金属离 子形成稳定的络 合物，防止金属 离子沉淀，提高 电镀液的稳定性
应用：络合剂广 泛应用于电镀行 业，可以提高电 镀液的稳定性， 提高电镀质量
排放，降低废水处理成本
发展新型电镀液和添加剂
环保型电镀液：减少有害物质排放， 提高环保性能
功能性电镀液：提高电镀层的性能， 如耐磨性、耐腐蚀性等
纳米电镀液：提高电镀层的精细度 和均匀性
智能电镀液：实现电镀过程的自动 化和智能化控制
新型添加剂：提高电镀液的性能， 如分散性、稳定性等
绿色添加剂：减少有害物质排放， 提高环保性能
电解质：能导电的物质， 包括离子和电子
电化学原理-(李狄-著)北航出版社-课后5-9章习题参考答案
第五章1、在电极界面附近的液层中，是否总存在三种传质方式？为什么？每种传质方式的传质速度如何表示？答：电极界面附近的液层通常是指扩散层，可以同时存在着三种传质方式（电迁移、对流和 扩散），但当溶液中含有大量局外电解质时，反应离子的迁移数很小，电迁移传质作用可以忽略不计，而且根据流体力学，电极界面附近液层的对流速度非常小，因此电极界面附近液 层主要传质方式是扩散。
三种传质方式的传质速度可用各自的电流密度J 来表示。
电迁移： 对流：扩散：2. 在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有 什么区别？答：一定强度的对流的存在是稳态扩散过程的前提。
区别：在理想稳态扩散条件下，扩散层有确定的厚度，其厚度等于毛细管的长度l ；而在真实体系中，由于对流作用与扩散作用的重叠，只能根据一定的理论来近似求得扩散层的厚度。
理想稳态扩散： 实际稳态扩散： 3. 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极有什么优点？它们在电化学测量中有什么重要用途？ 答： 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，因此电极表面各处的电流密度分布均匀。
这克服了平面电极表面受对流作用影响不均匀的缺点。
它们可以测量并分析极化曲线，研究反应中间产物的组成及其电极过程动力学规律。
4. 试比较扩散层、分散层和边界层的区别。
扩散层中有没有剩余电荷？答：紧靠电极表面附近，有一薄层，此层内存在反应粒子的浓度梯度，这层叫做扩散层；电极表面的荷电粒子由于热运动而倾向于均匀分布，从而使剩余电荷不可能完全紧贴着电极表面分布，而具有一定的分散性，形成所谓分散层；靠近电极表面附近的液流层叫做边界层，越接近电极表面，其液流流速越小。
电极/溶液界面存在着离子双电层时，金属一侧的剩余电荷来源于电子的过剩或缺贫。
双电层一侧区可以认为各种离子浓度分布只受双电层电场影响，不受其它传质（包括扩散）过程的影响。
因此扩散层中没有剩余电荷。
5. 假定一个稳态电极过程受传质步骤控制，并假设该电极过程为阴离子在阴极还原。
电化学原理第九章 金属的电沉积过程
n+
金属络离子的阴极还原 机理： 以氰化镀锌为例） 机理：（以氰化镀锌为例）
Zn(CN) + 4OH = Zn(OH ) + 4CN
2− 4 2− 4 −
配位体交换 配位数降低
Zn(OH ) = Zn(OH )2 + 2OH
2− 4
2− 2−
−
Zn(OH )4 + 2e = Zn(OH )2 (吸 ） 附
第二节 金属的阴极还原过程 金属离子从水溶液中阴极还原的可能性 ： 满足上式金属离子才能从水溶液中还原。 满足上式金属离子才能从水溶液中还原
ϕ < (ϕ平＋η)
简单金属离子的阴极还原
M ⋅ mH2 0 + ne ⇒ M + mH2O
步骤： 步骤： 水分子的重排和水化程度的降低 水化离子转变为吸附原子（离子） 水化离子转变为吸附原子（离子） 吸附原子（离子） 吸附原子（离子）转变为金属原子
第九章 金属的电沉积过程
第一节 金属电沉积的基本历程的特点 一.基本历程 基本历程 液相传质 前置转化 电荷传递 电结晶
二.金属电沉积过程的特点 金属电沉积过程的特点 阴极过电位是电沉积过程进行的动力； 阴极过电位是电沉积过程进行的动力； 双电层的结构， 双电层的结构，特别是粒子在紧密层中 的吸附对电沉积过程有明显影响； 的吸附对电沉积过程有明显影响； 沉积层的结构、 沉积层的结构、性能与电结晶过程中新 晶粒的生长方式和过程密切相关，同时 晶粒的生长方式和过程密切相关， 与电极表面（基体金属表面） 与电极表面（基体金属表面）的结晶状 态密切相关。 态密切相关。
Zn(OH ) (吸 ） Zn(晶 中 + 2OH − 附 ＝ 格 ）
2− 2
电化学原理-第九章节-金属的电沉积过程
电镀金和银广泛应用于珠宝、饰品、电子等领域，作为装饰材料 和导电材料。
金和银电镀的优缺点
金和银电镀具有高贵典雅的外观和良好的导电性，但成本较高， 且银易氧化变色。
电镀镍和钴
镍和钴的电沉积原
理
通过电解液中的镍或钴离子在阴 极上还原成金属单质，实现镍或 钴的电沉积。
应用场景
电镀镍和钴广泛应用于汽车、机 械、航空航天等领域，作为防护 涂层和耐磨涂层。
络合剂
02
03
阴离子
络合剂的存在可以稳定金属离子， 影响其在电极表面的沉积行为。
阴离子的种类和浓度也会影响金 属的电沉积过程，例如氯离子可 以促进金属的沉积。
电极的材质和表面状态
电极材质
不同电极材料的电化学性质不同，会影响金 属的沉积过程。
电极表面粗糙度
电极表面粗糙度对金属的电沉积过程有显著 影响，粗糙度越高，电沉积速率越快。
镍和钴电镀的优缺
点
镍和钴电镀具有优良的耐磨、耐 腐蚀性能，但镍易形成氢脆，钴 价格较高。
07
电沉积的未来发展
高性能电沉积材料的开发
总结词
随着科技的不断进步，高性能电沉积材料的开发已成为未来发展的重要方向。
详细描述
目前，科研人员正在研究新型的高性能电沉积材料，如纳米材料、合金材料等， 这些材料具有更高的强度、硬度、耐腐蚀性和导电性等特性，能够满足更广泛的 应用需求。
在这个过程中，电流通过电解液中的 离子传输到电极上，并在电极上还原 成金属原子，这些原子随后在电极表 面沉积形成金属层。
金属电沉积的应用
在电子制造中，金属电沉积被用 于制造导线和电路板，以及在半 导体器件上形成金属电极。
在电镀中，金属电沉积可用于将 金属涂层沉积到各种基材上，如 钢铁、铜、铝等，以提高其美观 性和耐久性。
电化学原理_(李狄_著)北航出版社_课后1-7章习题参考答案
电化学原理第一章习题答案1、解：2266KCl KCl H O H O 0.001141.31.010142.31010001000c K K K K cm 11λ−−−−×=+=+=+×=×Ω溶液 2、解：E V Fi i =λ，FE V i i λ=，，， 10288.0−⋅=+s cm V H 10050.0−⋅=+s cm V K 10051.0−⋅=−s cm V Cl 3、解：,62.550121,,,,2−−⋅Ω=−+=eq cm KCl o HCl o KOH o O H o λλλλ2O c c c ,c 1.004H H +−====设故，2,811c5.510cm 1000o H O λκ−−−==×Ω4、（1）121,,Cl ,t t 1,t 76.33mol (KCl o KCl o Cl cm λλλλλ−−−−+−+−=++=∴==Ω⋅∵中）121121121,K ,Na ,Cl 73.49mol 50.14mol 76.31mol (NaCl o o o cm cm cm λλλ++−−−−−−−=Ω⋅=Ω⋅=Ω⋅同理：，，中）（2）由上述结果可知： 121Cl ,Na ,121Cl ,K ,mol 45.126mol 82.142−−−−⋅Ω=+⋅Ω=+−+−+cm cm o o o o λλλλ，在KCl 与NaCl 溶液中−Cl ,o λ相等，所以证明离子独立移动定律的正确性；（3） vs cm vs cm u vs cm u F u a o o l o l o i o /1020.5,/1062.7,/1091.7,/24N ,24K ,24C ,C ,,−−−×=×=×==++−−λλ5、解：Cu(OH)2== Cu 2++2OH -,设=y ；2Cu c +OH c −=2y 则K S =4y 3因为u=Σu i =KH 2O+10-3[y λCu 2++2y λOH -]以o λ代替λ（稀溶液）代入上式，求得y=1.36×10-4mol/dm 3所以Ks=4y 3=1.006×10-11 (mol/dm 3)36、解： ==+，令=y ，3AgIO +Ag −3IO Ag c +3IO c −=y ，则=y S K 2，K=i K ∑=+（y O H K 2310−+Ag λ+y −3IO λ）作为无限稀溶液处理，用0λ代替，=+y O H K 2310−3AgIO λ则：y=43651074.1104.68101.11030.1−−−×=××−×L mol /;∴= y S K 2=3.03810−×2)/(L mol 7、解：HAc o ,λ=HCl o ,λ+NaAc o ,λ-NaCl o ,λ=390.7，121−−⋅Ωeq cm HAc o ,λ=9.02121−−⋅Ωeq cm ∴α0/λλ==0.023，==1.69αK _2)1/(V αα−510−×8、解：由欧姆定律IR=iS KS l ⋅=K il,∵K=1000c λ,∴IR=1000il cλ⋅=V 79.05.0126101010533≈××××− 9、解：公式log ±γ=-0.5115||||+Z −Z I （设25）C °（1）±γ=0.9740，I=212i i z m ∑,I=212i i c z ∑，=（）±m ++νm −−νm ν1（2）±γ=0.9101，（3）±γ=0.6487，（4）±γ=0.811410、解：=+H a ±γ+H m ，pH=-log =-log （0.209+H a 4.0×）=1.08电化学原理第二章习题答案1、 解：()+2326623Sb O H e Sb H O ++++ ，()−236H H +6e + ，电池:2322323Sb O H Sb H O ++解法一：00G E nF ∆=−83646F =0.0143V ≈，E=+0E 2.36RT F 2232323log H Sb O Sb H OP a a a ==0.0143V0E 解法二：0602.3 2.3log log 6Sb Sb H H RT RT a a F Fϕϕϕ+++=+=+； 2.3log H RTa Fϕ+−=∴000.0143Sb E E ϕϕϕ+−=−===V2解：⑴，(()+22442H O e H O +++ )−224H H +4e + ；电池:22222H O H O +2220022.3log 4H O H O P P RT E E E Fa =+= 查表：0ϕ+=1.229V ，0ϕ−=0.000V ，001.229E V ϕϕ+−∴=−= ⑵视为无限稀释溶液，以浓度代替活度计算()242Sn Sn e ++−+ ，()，电池:32222Fe e Fe ++++ 23422Sn Fe Sn Fe 2+++++ +23422022.3log 2Sn Fe Sn Fe C C RT E E F C C ++++=+=（0.771-0.15）+220.05910.001(0.01)log 20.01(0.001)××=0.6505V ⑶()，，(0.1)Ag Ag m e +−+ ()(1)Ag m e Ag +++ (1)(0.1)Ag m Ag m ++→电池：(1)0(0.1)2.3log Ag m Ag m a RT E E F a ++=+，（其中，=0） 0E 查表：1m 中3AgNO 0.4V γ±=，0.1m 中3AgNO 0.72V γ±=， 2.310.4log0.0440.10.72RT E V F×∴==× 3、 解：2222|(),()|(),Cl Hg Hg Cl s KCl m Cl P Pt ()2222Hg Cl Hg Cl e −−++ ，()222Cl e Cl −++ ，222Hg Cl Hg Cl 2+ 电池：222200002.3log 2Cl Hg Hg Cl P a RT E E E F a ϕϕ+−=+==−∵O 1.35950.2681 1.0914(25C)E V ，∴=−=设 由于E 与无关，故两种溶液中的电动势均为上值Cl a −其他解法：①E ϕϕ+=−−0，亦得出0E ϕϕ+=−−②按Cl a −计算ϕ+，查表得ϕ甘汞，则E ϕϕ+=−甘汞 4、 ⑴解法一：23,(1)|(1)()H Pt H atm HCl a AgNO m Ag +=()222H H e +−+ 222，()Ag e Ag +++ g ，2222H Ag H A ++++ 电池：有E ϕϕϕ+−=−=+，02.3log()AgAgAg RTE m Fϕγ++±∴=−。
12电化学教程第9-10章
一般来说，参与反应的络合物越稳定， 使反应粒子改组为活化络合物时涉及能 量变化也较大，即金属离子还原时活化 能较高，极化较大。（NH3,CN-,CNS-,大 部分含氧酸阴离子，多胺、多酸等有机 物配体） 有些离子能形成利于电子交换的“桥” 式配体，则反应活化能显著降低，即使 Ka很小，过电位也很低，往往比简单离 子都容易反应。(卤素离子，OH-也可能）
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9.5.3 实际晶面的生长
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9.6 有机表面活性物质的影响
电镀工艺中，大部分有机添加剂的作用 机理是增大电化学极化和增大新晶核的 形成速度，使镀层细致均匀。有些添加 剂能促进某些晶面的择优取向，改进镀 层光亮程度。有些能阻化或活化电极反 应，有些能影响镀层内应力，或影响气 泡在镀层上的附着能力，等等。
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10.3 金属的自溶解
腐蚀：在许多介质中金属能与其作用 生成各种化合物，从而引起金属结构 的破坏。
化学腐蚀：电子在金属与氧化组分间直 接传递，是不可分割的过程 电化学腐蚀：电子传递是间接的，在一 定程度上可看作是分开进行的过程，半 反应遵循电极过程动力学规律。
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金属的化学腐蚀是氧化剂直接与金属表 面的原子相碰撞而形成腐蚀产物，它受 一般受多相化学反应规律支配。例如， 金属Zn在高温干燥的含氧气氛中的腐蚀 就是化学腐蚀。 金属的生物化学腐蚀是由于各种不同微 生物的生命活动引起的。某些微生物用 金属做培养法，或者以生成的产物侵蚀 金属。一定组成的土壤、污水和某些有 机物能加速生物化学腐蚀。
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习题
金属Cu由Cu 2+离子活度为1的溶液中在 25。C下以J＝70安培／米2的速度沉积。 在电子转移步骤控制整个电极过程速度的 情况下测得塔菲尔公式中的b＝0.06伏特 和J0＝1安培／米2。问阴极电位是多少？
电沉积法的原理
电沉积法的原理
电沉积法的原理
电沉积法是利用电流在液体中的电化学作用，将溶质从原液中沉积到电极上的一种技术。
简单地说，它是一种将溶质从溶液中沉积到电极上的方法。
电沉积法是一种简便、灵活、可控的沉积方式，它可以将低浓度溶质沉积到电极上，从而获得高浓度的沉积物。
电沉积法的基本原理是电化学反应。
它是通过将电解质溶液中的正负离子迁移到电极表面，从而产生电化学反应来实现沉积的。
电沉积法的流程包括：溶液准备、沉积电位设定、沉积电流设定、沉积时间设定和沉积净化。
电沉积法与其他沉积技术相比具有许多优势，它可以在短时间内实现快速沉积，沉积结构致密，晶体尺寸均匀，耐腐蚀性高，可以在短时间内实现大量沉积，并且可以控制沉积的厚度和形态。
电沉积法的应用非常广泛，可以用于制备金属薄膜、氧化物薄膜、纳米晶体薄膜等材料，也可以用于制备纳米结构、微纳米器件、芯片封装等微结构。
电沉积法是一种简便、灵活、可控的沉积方式，可以用来制备多种材料，具有广泛的应用前景。
11, 第九章_离子嵌脱)
电化学原理 第九章
总体而言
层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入和脱出， 晶体结构牢固，在充放电电压范围内的稳定性好，使电极具有 良好的充放可逆性，以保证锂离子电池的循环寿命; 锂离子嵌入和脱出量大使电极具有较高的电化学容量； 锂离子的扩散系数较大，以减少极化造成的能量损耗，保证电 池有较好的快充放电性能; 锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较小，以使电池 有较平稳的充放电电压。
充放电过程介于双电层电容器和离子电池之间
性能特点--介于电池与物理电容器之间
电化学原理 第九章
性 能 铅酸电池
充电时间 1-5小时
放电时间 0.3-3小时
比能Wh/kg 30- 40
循环寿命
300
比功率W/kg < 300
充放电效率 0.7-0.85
超级电容器 普通电容器
0.3-若干秒 10-3—10-6秒
经典的电化学动力学方程以金属电极为基础， 探究金属/溶液界面的电场分布特点及对电极反应 的影响
双电层结构模型 描述液相中反应物种的电极反应过程
B-V方程 Tafel 方程
模型化、理想化、抽象化
电化学原理 第九章
典型体系
（汞/惰性金属电极、液相反应物种、可逆）
抽象化
理想化
经典模型、动力学方程
应用于具体体系
电化学原理 第九章
salt
counterion
red
Green-blue
电化学原理 第九章
电极过程 小结
电化学原理 第九章
以电化学反应为研究对象，宏观上研究 电流（反应速率）与反应条件（电极材料、 电解液组成、电位等）的关系（规律）及影 响因素，微观上研究电子交换的过程（机 理）。
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第二节 金属的阴极还原过程 金属离子从水溶液中阴极还原的可能性 ：
平＋
满足上式金属离子才能从水溶液中还原。
简单金属离子的阴极还原
M n mH2 0 ne M mH2O
步骤： 水分子的重排和水化程度的降低 水化离子转变为吸附原子（离子） 吸附原子（离子）转变为金属原子
金属络离子的阴极还原
过电位的大小决定电结晶层的粗细程度。
在已有界面上的延续生长
直接在生长 点放电
通过扩散进入 生长点
新生态吸附原子在电极表面扩散，达到 某一位置并进入晶核，在原有金属的晶 格上延续生长。
盐溶液中结晶过程 过饱和度越大，结晶出来的晶粒越小；
过饱和度越小，结晶出来的晶粒越大；
在一定过饱和度的溶液中，能继续长大 的晶核必须具有一定大小的尺寸 。
电结晶形核过程规律
电结晶时形成晶核要消耗电能，所以平衡 电位下不能形成晶核，只有达到一定的阴 极极化值时（析出电位）才能形核；
第八章 金属的电沉积过程
第一节 金属电沉积的基本历程的特点
一.基本历程 液相传质 前置转化 电荷传递 电结晶
二.金属电沉积过程的特点
阴极过电位是电沉积过程进行的动力； 双电层的结构，特别是粒子在紧密层中
的吸附对电沉积过程有明显影响； 沉积层的结构、性能与电结晶过程中新
晶粒的生长方式和过程密切相关，同时 与电极表面（基体金属表面）的结晶状 态密切相关。
机理：（以氰化镀锌为例）
ZnCN
2
4
4OH
ZnOH
2
4
4CN
配位体交换
ZnOH
2 4
ZnOH 2
2OH
ZnOH
2 4
2e
ZnO降低
电子转移
ZnOH
2 2
(吸附）＝Zn(晶格中）
2OH
进入晶格
第三节 金属电结晶过程
金属电结晶的形式 阴极还原的新生态吸附原子聚集形成晶
核，晶核长大称晶体；