应用电化学-4-1-金属电沉积和电镀原理讲课教案
电镀工艺学-金属电沉积理论
即电化学步骤和电结晶步骤，动力学规律交迭，极化曲线复
杂、数据分析困难； 2 固体表面不均匀，结晶过程中电极表面不断变化； 3 对大多数金属而言，界面步骤都进行的很快， 用经典电化学 测量极化曲线的方法不能揭示界面动力学规律。
2
Plating technology
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
Plating technology
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
电镀工艺学
第二章 金属电结晶
1
Plating technology
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
• 金属电结晶的基本概念 • 定义：通常把金属离子或络离子的放电并形成金属晶体的过 程称为金属电结晶 1 金属电结晶的界面反应至少包括放电和结晶两个连续的步骤，
1. 电化学极化较小的金属体系:
当从铜、银、锌、镉、铅、锡等金属的简单盐溶液中沉积这 些金属时极化都很小，即交换电流密度都很大。
8
Plating technology 如： 1 M
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
ZnSO4
80mA/cm2 42mA/cm2
吸附原子的表面扩散控制 在许多电极上，吸附原子的表面扩散速度并不大，如果电
化学步骤比较快， 则电结晶过程的进行速度将由吸附原子的
表面扩散步骤控制；如果电极体系的交换电流较小，则往往是 联合控制。 假设一个台阶上有一个无穷小面积dx、dy。 假设单位表面上吸附原子的平均浓度为。
其对时间t的变化应为表面上由法拉第电流产生的吸附原子的
第二章-金属电沉积PPT优秀课件
二、传质控制步骤
1）电迁移：溶液中的荷电粒子（离子）在外电场作用下， 向电极迁移的一种传质方式。在电镀中，由于大量导电盐 的加入或其它不参加电极反应的荷电粒子的存在，一般沉 积金属离子的电迁移可忽略不计。
二、传质控制步骤
2）对流：溶液中的反应粒子（或组分）随液体流动同时 进行传递的过程称为对流。此时液体与物质粒子之间不存 在相对运动，电解液流动的主要原因为：
第四节 金属的电结晶
一、电结晶的基本概念
电结晶：金属离子放电以后进入晶格形成晶体 的过程。
晶体表面并不是十分完整，存在台阶和拐角。通 常把拐角这类位置称为晶体的生长点。
第四节 金属的电结晶
一、电结晶的基本概念
在电极电位偏离平衡电位不远处，电流密度很 小，晶粒长大比较 粗大。 当电极电位变得更负时，吸附原子来不及规则 地排列在晶格上，获得的晶粒 细小。
V DCi0 Cis
-扩散层的有效厚度
ik
I S
Q St
ik-电流密度
法拉第定律：
如果氧化还原反应中表示得失电子的计量系数为 n，即为n mol电子从负极通过外电路转移到正极， 则产生的电量Q为nF。
F-法拉第常数，其值为96485 C·mol-1。
根据法拉第定律：
Q nFM M-反应物摩尔数
一、电结晶的主要形态
可见叠加层的形貌，层与 层之间紧密连接、叠加 厚度均匀，每层的厚度保持在30-80 nm左右。
二、结晶形态与过电位的关系
过电位是决定结晶形态的首要因素。
实际使用的电流密度超过极限电流密度时，扩散过
电位急剧增大，会导致阴极上大量析氢和常常形成
形状如树枝的枝状沉积层，或形状如海绵的疏松沉
式中：io—交换电流密度，是当电极反应处平衡时 （ ik k）a 的电i0流密度；α、β为阴阳极反应的传递系 数且满足α+β=1。
应用电化学PPT课件
应用电化学发展趋势与挑战
发展趋势
随着新能源、环保等领域的快速发 展，应用电化学在能源存储与转换、 环境电化学等方面呈现出广阔的应 用前景。
挑战
应用电化学面临着电极材料性能、 反应机理、稳定性等方面的挑战， 需要加强基础研究和应用创新。
学生自我评价与建议
自我评价
通过本课程的学习，我对应用电化学有了更深入的了解，掌握了基本的电化学 知识和实验技能，但在理论理解和实践应用方面还需加强。
03
CATALOGUE
电化学应用技术
电镀与电沉积技术
电镀原理
通过电解作用在金属表面沉积一层金属或合金，以改善其表面性 能。
电镀种类
包括镀铬、镀锌、镀金、镀银等多种类型，广泛应用于机械制造、 电子电器等领域。
电沉积技术
利用电化学原理在导体或半导体表面沉积金属、合金或化合物，制 备具有特定功能的薄膜材料。
通过测量电解过程中电流-电压曲线 变化，对环境中的污染物进行定性和 定量分析。
06
CATALOGUE
电化学实验方法与技术
电化学实验安全知识
实验室安全规则
必须遵守实验室各项安 全规定，注意防火、防 爆、防毒等。
仪器安全使用
使用电器设备时，应注 意防止触电和短路；使 用高温设备时，应防止 烫伤和火灾。
应用电化学PPT课件
CATALOGUE
目 录
• 引言 • 电化学基础知识 • 电化学应用技术 • 电化学在能源领域的应用 • 电化学在环境领域的应用 • 电化学实验方法与技术 • 课程总结与展望
01
CATALOGUE
引言
电化学概述
电化学是研究电与化学变化之间 相互关系的科学，涉及电能与化
学能之间的转换。
应用电化学金属电沉积和电镀原理
ⅠⅡ ⅢⅣⅤⅥⅦ
Ⅷ
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ 0
AA BBBBB
BBAAAAA
Li Be
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
专著名称
说明
电镀工艺学（王鸿建）
该书出版年代较早，但电镀基本理论叙 述较详细
电镀工程（张胜涛）
该书收集了大量新工艺
现代实用电镀技术（陈亚）
该书收集了大量新工艺，并有部分新理 论
电镀工艺与理论（黄子勋）
该书出版年代较早，但电镀基本理论叙 述较详细
4.1.2 金属电沉积原理
1、金属离子还原的可能性
可能电沉积的元素
合金共沉积相特点：
低共溶合金 所形成的合金是各金属组分晶体的混 合物。不同组分金属的晶体独立生长。
如Sn－Pb、Cd－Zn、Sn－Zn、Cu－Ag 固溶体合金 固体溶液 金属间化合物 一种新相，不同于A也不同于B
如Cu6Sn5、Ni3Sn2 性质 硬、脆
4.1.3 金属电结晶
金属电结晶的基本概念： 定义：通常把金属离子或络离子的放电并形成金属晶体的过程
2.电镀过程的实施 基本历程：液相传质→前置转化→电荷传递→电结晶
电镀锌彩色钝化
电镀铜锡合金
电镀铬
我们可以利用电沉积技术做：
(1) 表面处理 增强零件的抗腐蚀性能
(2) 表面处理 增强零件的装饰功能
(3) 表面处理 增强零件的特殊功能如抗高温氧化、抗磨、减磨、
2025版新教材高中化学第4章化学反应与电能实验活动4简单的电镀实验课件新人教版选择性必修1
【实验步骤】 1．把铁制镀件用砂纸打磨干净，放入1 mol·L－1 NaOH溶液中除去 油污， 然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出， 并用蒸馏水洗净。
2．把铁制镀件与2～3 V的直流电源的负极相连，铜片与直流电源 的正极相连(如图)。将两极平行浸入电镀液中，两极间距约5 cm, 5～10 min后取出，观察镀件表面发生的变化。
【问题讨论】 1．电镀前，如果将铜片与直流电源的负极相连，铁制镀件与直流 电源的正极相连，通电后观察到的现象是什么？阴极和阳极发生的反应 分别是什么？ 提示：铁制镀件溶解，铜片上析出铜单质，电镀液蓝色逐渐变浅。 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu； 阳极：Fe－2e－===Fe2＋。
2．查阅资料，了解工业生产中电镀质量的影响因素。 提示：受电镀液的浓度、纯净度，镀件的表面处理工艺，电压的选 择，电流的稳定性等多方面影响。
通常采用含有镀层金属离子的可溶性盐溶液，A、D项中AgCl和Ag2SO4 均为沉淀，只有B项符合要求。
3．有关电镀铜的实验，下列说法正确的是( B ) A．电镀铜电解质溶液的浓度不断减小 B．硫酸铜溶液加入氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮 C．阳极材料一般选择石墨等惰性材料 D．电镀使用的电压越大，反应速率快，提高效率 解析：A项，电镀铜阳极产生铜离子，阴极铜离子生成铜，电解质 溶液中的铜离子浓度几乎不变；C项，阳极材料一般选铜；D项，电压越 大，速率越快，但生成的镀层不均匀。
5．下列各图所示装置能达到实验目的的是( A )
A．图甲，验证铁的吸氧腐蚀 B．图乙，保护水体中的钢铁设备 C．图丙，在铁制品表面镀锌 D．图丁，测定中和热
解析：图甲，食盐水是中性条件，发生吸氧腐蚀，A能达到实验目 的； 图乙，铁比铜活泼，形成原电池时，铁为负极发生氧化反应被腐 蚀，故不能用此装置保护水体中的钢铁设备，B不能达到实验目的；图 丙，锌比铁活泼，Fe2＋得电子能力比Zn2＋强，则在阴极上，Fe2＋得电子 生成铁单质，无法在铁电极上镀锌，应使用硫酸锌作电解液，C不能达 到实验目的；图丁，缺少玻璃搅拌器，D不能达到实验目的。故选A。
金属镀层沉积原理PPT课件
★ 电化学步骤
★ 新 相 生 成 步骤
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
2、电镀过程的步骤与稳态过程
★ 液相传质步骤 溶液中的水化金属离子或络离子从溶液 内部向阴极界面迁移，达到阴极的双电层溶液一侧。
★ 表面转化步骤 水化金属离子或络离子通过双电层到达 阴极表面后，不能直接放电生成金属原子，而必须经过在 电极表面的转化过程，才能进行电化学反应。
◆ 阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极 活化剂。其作用在于提高阳极开始钝化的电流密度，从 而保证阳极处于活化状态而能正常溶解。
◆ 添加剂：不改变镀液性能的微量物质，却能显著改善 镀层性能的物质，按所起作用可分为光亮剂、整平剂、 润湿剂和抑雾剂等。
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
△ 较大。
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1、电极反应机理 （2）极 化
第r＝二σ章A金/ρn属F镀△层的沉积原理与工艺 △Ek=πhσ2 A/ρnF△
W=K·exp︱-πhσ2NA/ρnFRT△ ︱
② 浓差极化
由于溶液中离子扩散速度 小于电子运动速度，使阴极附 近溶液中的金属离子还原沉积 后，补充不及时，造成邻近电 极表面液层离子的浓度与溶液 主体浓度发生差异而产生的极 化称为浓差极化。
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
1.电镀技术 1.1 电镀的定义
★ 在含有镀层金属离子的盐溶液 中，以被镀金属为阴极，通过电 解作用，使镀液中欲镀金属的阳 离子在阴极金属表面沉积出来， 形成镀层的一种表面加工方法。
镀 层性能 不同于 基体， 具有独 特的形 态、结 构、组 织和性 能。
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1、电极反应机理 （2）极 化
高中化学 第四章 电化学基础 第四节 金属的电化学腐蚀与防护教案高二化学教案
〖第四节 金属的电化学腐蚀与防护〗之小船创作[明确学习目标] 1.了解金属腐蚀及其危害。
2.了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。
3.了解金属防护的一般方法，特别是电化学防护的方法。
一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀 金属腐蚀是指金属与周围的□01气体或液体物质发生□02氧化还原反应而引起损耗的现象。
一般可分为□03化学腐蚀和□04电化学腐蚀。
2．钢铁的电化学腐蚀二、金属的电化学防护1．牺牲阳极的阴极保护法 应用□01原电池原理，让被保护金属作□02正极，另找一种活泼性较强的金属作□03负极。
如图所示：2．外加电流的阴极保护法 利用□04电解原理，把被保护的钢铁设备作为□05阴极，用□06惰性电极作为辅助阳极，两者均在电解质溶液(海水)里，接外加□07直流电源。
3．牺牲阳极的阴极保护法的实验按如图所示连接好装置，往Fe 电极区滴入2滴K 3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液(已知Fe 2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成蓝色沉淀)，可以看到电压表指针□08发生偏转，Fe 电极上有□09气泡产生，没有蓝色沉淀生成，说明溶液中不含□10Fe 2＋，Fe 受到□11保护。
1．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑是如何形成的，其主要成分是什么？提示：铁锅中含有碳元素，在潮湿环境中生锈属于吸氧腐蚀，在腐蚀过程中，负极：Fe －2e －===Fe 2＋，正极(C)：2H 2O ＋O 2＋4e －===4OH －，总反应为2Fe ＋2H 2O ＋O 2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2极易被氧化，发生反应4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3。
Fe(OH)3进一步反应生成铁锈Fe 2O 3·n H 2O 。
2．结合金属腐蚀的本质，分析如何进行金属防护。
提示：金属腐蚀的本质是被氧化剂氧化变成金属阳离子。
金属防护的基本思路是：①防止金属与氧化性介质直接接触；②防止金属表面形成电解质溶液；③改善金属的内部结构；④利用电化学原理进行防护。
电镀基础课程PPT学习教案
４．镀金：镀层为导电皮膜用，故镀层之耐磨性及硬度就必须比 较优良，因面使用硬金系统镀液（酸性金），大多采用金钴合 金．
５．镀锡：目前大多采用烷基磺酸光泽浴，也有采用无光泽如雾 锡电镀
６．干燥：使用热风循环烘干 ７．封孔处理：电镀完成后，在电镀层表面涂上一层透明的有机
膜，而该膜不可以增加电接触阻抗．分为水溶性和油性二种．
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２．膜厚测试：镀层膜厚测试方法有显微镜测试法、电解测试法、 Ｘ光荧光测试法、滴下测试法等．现在市场上大部分皆使用Ｘ光 荧光测试法，因为准确度高（在经正规校正下）、速度快（数十 秒）．而其它的方法已经没人在使用了．目前业界使用的X-RAY 荧光膜厚仪的品牌有德国的FISCHER,美国的CMI,其测试原理与方 法皆大同小异,但由于厂牌不一样,多少会有少许误差,只要使用标准 片做好检量线,做好定位工作,做好底材修正,即可将误差降至最低.
产速度 ６．包装数量：依第据14页/客共36页户要求之包装．
７．水蒸汽老化试验：测试是否变色或腐 蚀斑点，及后续之可焊性
８．抗变色试验：使用烤箱烘烤法，是否 变色或脱皮
９．耐腐蚀试验：盐水喷雾试验等
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九：产品特性之量测方式及原理
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１．外观检查：大多采用目视方法，严格 会使用４倍或１０倍放大镜检查（在许多 的国际标准规范也是如此，如ＡＳＴ Ｍ）．人们比较对色泽均匀这个定义能达 成共识．
c对电镀后的制品应立即撤出现场，因为电 镀现场的湿气、酸气、湿度都相当高，会 加速镀层的腐蚀
d：储存、检验电镀品的环境，应随时保持 恒温、低湿度、干净的空气。装设空调、 除湿机防止灰尘进入，因为灰尘中含有大 量的碳，容易吸收空气中之二氧化硫，造 成加速腐蚀。
4电化学与金属腐蚀
溶液的温度
2. 电极电势的测定
标准电极电势( )
(Standard Electrode Potential)
指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电 极都是标准电极。 标准态： ● 所有的气体分压均为1×105 Pa ● 溶液中所有物质的活度均为1mol·kg-1 ● 所有纯液体和固体均为1×105 Pa条件下最稳定或
[c(还原态)/cθ ]b
(1) 单纯浓度改变对电极电势的影响
例：已知E(Fe3+/Fe2+) = 0.771V， 求c(Fe3+) = 1.0 mol·dm-3， c(Fe2+) = 1.0 10-3 mol·dm-3 时的E (Fe3+/Fe2+) = ？
解：电极反应为：Fe3+ + 2e Fe2+
Eθ
(MnO
4
/Mn
2
)
0.0592 5
lg
[c(MnO
4
)/c
θ
][c(H
[c(Mn 2 )/c ]
)/c θ
]8
1. 浓度或分压对电极电势的影响
当温度为298.15K时：
E
Eθ
0.0592 n
[c(氧化态)/cθ ]a lg [c(还原态)/cθ ]b
当c(氧化态) 或 c(还原态) 或 [c(氧化态)/cθ ]a ，E值均增大
4.1.2 原电池的热力学
1.电池反应的△Gm与电动势E的关系
对电动势为E的电池反应：
Cu2++Zn→Zn2++Cu
根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉 布斯函数，可求得(298.15K时)：
电化学沉积
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，尽管在开始的早期，电镀技术的发展和应用建立是在经验的基础上。
金属电沉积的基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基本原理和概念。
20世纪初，Volmer、Kossel、Stransko、Kaischew、Becker和Doring用统计学和分子运动模拟改进了基本原理和概念。
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，而且完美单晶表面的层状二维生长。
对于结晶理论的一个重要改进是由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表面表面扩散作用，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行了更为广泛的基础研究。
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结构的主要因素。
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进。
考虑到单一晶体表面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。
电化学沉积和电泳沉积
电化学沉积和电泳沉积电化学沉积和电泳沉积是两种常用的表面涂层技术，它们在材料科学、化学工程等领域有着广泛的应用。
下面将详细介绍这两种技术的原理、特点和应用。
1. 电化学沉积电化学沉积是一种利用电化学原理将金属离子还原成金属沉积在电极表面的技术。
在电化学沉积过程中，通常会将金属离子溶解在电解液中，通过外加电压使金属离子在电极表面还原成金属沉积。
电化学沉积具有以下特点：- 可控性强：通过调节电解液成分、电极材料和电压等参数，可以控制沉积层的厚度、结构和性质。
- 沉积速度快：电化学沉积的速度通常比化学气相沉积等传统涂层技术快。
- 可以实现均匀涂层：由于金属离子在电极表面还原成金属沉积，可以实现均匀的涂层。
电化学沉积在材料科学、电子器件制造等领域有着广泛的应用，例如制备导电薄膜、防腐蚀涂层等。
2. 电泳沉积电泳沉积是一种利用电场作用将带电颗粒沉积在电极表面的技术。
在电泳沉积过程中，通常会将颗粒悬浮在电解质溶液中，通过外加电压使颗粒在电场作用下沉积在电极表面。
电泳沉积具有以下特点：- 可以实现均匀分布：由于颗粒在电场作用下沉积，可以实现均匀分布在电极表面。
- 可以沉积复杂形状：由于颗粒在电场作用下运动，可以沉积复杂形状的涂层。
- 可以沉积多种材料：电泳沉积不仅可以用于金属颗粒的沉积，还可以用于陶瓷、聚合物等材料的沉积。
电泳沉积在材料科学、生物医学等领域有着广泛的应用，例如制备纳米颗粒、生物传感器等。
综上所述，电化学沉积和电泳沉积是两种重要的表面涂层技术，它们在材料科学、化学工程等领域有着广泛的应用，可以满足不同领域对涂层性能的要求。
在未来的研究中，这两种技术将继续发挥重要作用，推动材料科学和化学工程的发展。
金属的电沉积过程课件
B、多价金属离子的阴极还原符合多电子电极反应规律（多步反应）
2.3. 金属络离子的阴极还原
加入络合剂后，由于络合剂和金属离子的络合反应，使水化金属离子转变为 不同配位数的络合离子，金属离子在溶液中的存在形式和在电极上的放电粒 子都发生了改变，因而引起了该电极体系的电学性质变化
电冶炼、电精炼、电铸、电镀。
1.1. 金属电沉积的基本历程
A、液相传质步骤 溶液中的反应粒子(金属水化离子)向电极表面迁移
B、前置转化 迁移到电极表面的粒子发生化学转化反应，如离子 水化程度降低、重排，络离子配位数变化 C、电荷转移 反应粒子得到电子、还原为吸附态金属原子
D、电结晶 新生吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置进 入金属晶格生长，形成晶体
晶核长大时过电 位
晶核生成时过电位
电结晶形核过程规律 一、电结晶形核需要消耗一定电能，因而在平衡电位不能形核，从 物理意义上来说，过电位或阴极极化只所起的作用与盐溶液结晶的 过饱和度相同
二、阴极过电位的大小决定了电结晶层的粗细度，过电位越高，晶 核数量越多，沉积层越细致，反之越粗
3.2. 在已有晶面上的延续生长
A、使金属电极的平衡电位负移 25oC时，银在1mol/L AgNO3中平衡电位：
e = Ө + RT/F lnaAg+ = 0.779 + 0.0591 log(0.4) =0.756 V
加入1mol/L KCN后，因Ag+与CN-形成络离子，平衡反应为：
Ag+ + 2CN- = Ag(CN)2K不 = aAg+ aCN-2/ aAg(CN)2- = 1.6 10-23 Ag+ 的活度为
应用电化学
电化学是从研究电能与化学能之间的相互转化开始的，目前已发展为一门重要的边沿学科，它与化学领域中的其他学科、物理、生物、电子等学科的紧密联系，出现电分析化学、有机电化学、催化电化学、量子电化学、半导体电化学、生物电化学等交叉学科，这些学科涉及能源、交通、材料、生命以及环境等重大问题的研究，推动着国民经济和科学技术的发展。
电极反应是电化学中的主要研究对象，是指在电子导体与离子导体界面上发生的有电子参加的氧化还原反应。
电极本身既是传递电子的介质，又是电极反应的场所。
通常将电流通过电极与溶液界面时所发生的一连串变化的总和，称为电极过程。
按反应类型来说，电极反应属于氧化还原反应，然而，由于这种反应是在电极表面上进行的，是特殊的异相氧化还原反应，它与一般的氧化-还原反应又有许多不同。
①分区进行。
由于反应中涉及的电子能通过电极和外电路传递，氧化反应和还原反应可以分别在阳极和阴极进行。
电极表面作为“反应地点”，起着相当于异相催化反应中催化剂表面的作用。
②电极表面上存在的双电层和表面电场（电极反应的特殊性）。
虽然在一般催化剂表面上也存在表面力场和电场，但电极表面的特点是我们可以在一定范围内任意地和连续地改变表面上电场的强度和方向，因而就可以在一定范围内随意地和连续地改变电极反应的活化能和反应速度。
换言之，在电极表面上我们有可能随意地控制反应表面的“催化活性”与反应条件。
根据电极反应的性质，电极过程可以分为阴极过程和阳极过程。
根据电极过程的研究对象的不同大致可分为以下三类：①金属电极过程，包括金属电沉积和金属溶解，例如Ni2++2e-＝Ni(镀镍的阴极过程)和Cu(粗铜)＝Cu2++2e-(铜电解精炼的阳极过程)；②气体电极过程。
例如氢氧燃料电池中的两个电极反应：H2＝2H++ 2e-和O2+2H2O+4e-=4OH-；③电解氧化还原，其实所有在电极上进行的反应都是氧化反应或还原反应，这里指的是除金属电极过程和气体电极过程以外的电极过程，而且其反应物和产物通常都是可溶的。
《金属的电化学腐蚀与防护》 学历案
《金属的电化学腐蚀与防护》学历案一、学习目标1、理解金属电化学腐蚀的原理，包括吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
2、掌握金属电化学防护的方法，如牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
3、能够通过实验探究和分析，解释生活中常见的金属腐蚀现象，并提出相应的防护建议。
二、学习重难点1、重点（1）金属电化学腐蚀的原理。
（2）金属电化学防护的方法。
2、难点（1）吸氧腐蚀和析氢腐蚀的电极反应式书写。
（2）理解牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法的工作原理。
三、知识回顾1、原电池的工作原理（1）原电池的构成条件：具有不同的电极材料、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行的氧化还原反应。
（2）原电池的电极判断：较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。
（3）电极反应式的书写：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
2、电解池的工作原理（1）电解池的构成条件：外接电源、电解质溶液、形成闭合回路。
（2）电解池的电极判断：与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。
（3）电极反应式的书写：阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
四、新课导入在日常生活中，我们经常会看到金属制品生锈、腐蚀的现象，比如铁制的栏杆生锈、自行车的链条生锈等。
这些金属的腐蚀不仅影响了物品的外观和使用寿命，还可能造成安全隐患。
那么，金属为什么会发生腐蚀呢？又该如何防护金属的腐蚀呢？今天我们就来一起学习金属的电化学腐蚀与防护。
五、知识讲解1、金属的电化学腐蚀（1）定义金属的电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生原电池反应而引起的腐蚀。
（2）分类①吸氧腐蚀在中性或弱酸性环境中，金属发生吸氧腐蚀。
例如，钢铁在潮湿的空气中生锈。
电极反应式：负极（Fe）：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺正极（C）：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻总反应：2Fe ＋ O₂＋ 2H₂O ＝ 2Fe(OH)₂②析氢腐蚀在酸性较强的环境中，金属发生析氢腐蚀。
例如，钢铁在酸洗时发生的腐蚀。
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3. 电镀层的分类
(1)按电镀层的用途分类：
防护性镀层 防护性镀层用途最广，其主要目的是对基体的防护，
耐磨、防腐是其主要目的。例如： 罐头合内表面镀锡； 电器零件镀锌彩色钝化；水管电镀锌等。
防护-装饰性镀层
大多数情况下不仅需要对基体进行防护，同时还要 求有一定的装饰功能，这种镀层兼有防护和装饰双重功能， 且装饰为主要目的，如：
ห้องสมุดไป่ตู้
目前国内外主要的电镀专业刊物： 专业刊物有：电镀与环保；电镀与精饰；表面处理等；
近年来由于电镀技术也广发应用于各种材料的修饰，复合 材料的制备等，因此一些电镀的论文也发表在和相应材料 有关的杂志上或相应学科杂志上。如和催化有关的则在催 化方面杂志上；和纳米材料有关的则在纳米材料相关杂志 上。
与电镀相关的一些专著
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
水溶液中可能电沉积
络合物电解液可以电沉积
非金属
2. 单金属离子的还原
1） 简单盐金属离子的还原 2） 络合物电解液中金属离子的还原
1) 简单金属离子的还原
在电镀工艺中被沉积金属的盐类称为主盐。 主盐可由简单盐、复盐和络盐担任。 当用简单盐或复盐配制电解液时，能够电离出简单金属 离子，故称为简单盐电解液。
阴极性镀层 当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更
正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。 阴极性镀层仅能对基体起到机械保护作用，不能起到电化
学保护作用，如：
铁上镀Sn： Sn2 /Sn －0.14V Fe2 /Fe －0.44V ?
形成腐蚀电池时，Sn为阴极，Fe为阳极
自行车轮镀铜镍铬； 吊灯等灯具电镀仿金镀层或仿银镀层； 仪器仪表盘装饰性电镀缎面镍；
功能性镀层 功能性镀层是具有特定功能和特定意义的镀层， 通常是只对 某一种零件和某一种特殊使用条件下所要求的特殊功能，因 此功能性镀层包括的项目较多，而且随着技术的发展和应用 的开发，今后还会越来越多，如： •耐磨镀层： 提高零件的表面硬度，增加抗磨损性能（如直 轴、曲轴、气缸， 纺织机械中的各种辊桶镀硬铬或喷涂陶磁 微粒）； •减磨镀层： 多用于滑动接触面，需要电镀韧性好的金属， 如轴瓦，轴套等镀Sn、Pb-Sn、Pb-In等；
（2） 按电化学性质分类 阳极性镀层
当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体金 属更负，首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阳极性镀层。
阳极性镀层不仅能对基体起到机械保护作用，还能起到电化 学保护作用，如：
铁上镀锌： Zn2 /Zn －0.76V Fe2 /Fe －0.44V ?
形成腐蚀电池时，Zn为阳极，Fe为阴极
M n m20 H n eM m2 O H
可能的历程: 电极表面层中金属离子周围水分子重排
电子转移
失去剩余水化层进入晶格。
根据金属离子阴极还原时极化的大小，可分成两类:
电化学极化较小的金属体系: 当从铜、银、锌、镉、铅、锡等金属的简单盐溶液中沉积 这些金属时极化都很小，即交换电流密度都很大。
专著名称
说明
电镀工艺学（王鸿建）
该书出版年代较早，但电镀基本理论叙 述较详细
电镀工程（张胜涛）
该书收集了大量新工艺
现代实用电镀技术（陈亚）
该书收集了大量新工艺，并有部分新理 论
电镀工艺与理论（黄子勋）
该书出版年代较早，但电镀基本理论叙 述较详细
4.1.2 金属电沉积原理
1、金属离子还原的可能性
可能电沉积的元素
必须指出的是，金属的电位是随着介质而发生变化的，因此， 镀层是属于哪一类也应根据具体情况而定。 如：
Fe-Zn 在70℃热水中 阴极 Fe-Sn 在有机酸中 阳极 镀层是否对基体具有保护作用，受使用环境的影响较大， 如果镀层在环境介质中不稳定， 则不能对金属起到应有的保 护作用，如Zn在海洋性气候中，由于有大量Cl-存在而不稳定， 因此应使用适合环境的镀层，如镉镀层或代镉镀层等。
镀层与基体结合牢固，一定的厚度及厚度均匀 镀层结构致密、孔隙率小等。 进一步要求：镀层内应力小、柔韧性好、有一定的硬度、
色彩、 表面光亮或均匀沙面等。 对于防护性镀层有耐腐蚀的具体要求
其它获得金属及其合金涂层的方法： （1） 热浸镀： 将被镀金属熔溶，再将工件浸入熔溶液中.如： 水管件浸镀锌，线路板浸镀锡等. （2） 物理镀： 采用真空镀、离子镀等方法：如手表、首饰、 工具等真空镀TiN。 （3） 化学镀： 采用化学还原剂催化还原形成镀层，其特点 是镀层均匀，致密性好， 控制含磷或硼的比例可得到非晶态 镀层，如化学镀镍（碱性电池铁壳内表面）、化学镀铜线路 板孔金属化等
微孔吸附、增强材料强度、增强材料导电性能等
(4) 电铸
提纯金属或湿法冶金
(5) 电加工 某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加
工成型技术
(6) 表面处理 制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等
(7) 高科技 如电沉积法制备一维纳米线
(8) 材料制备 制备催化材料、复合材料、金属膜材料等
常规电镀对电镀层的基本要求： 通常对电镀层要求：
•热处理镀层： 防渗碳镀铜、防渗氮镀锡； •导电性镀层： 线路板、电子元件腿、插接件镀金，
铁丝镀铜做电话线；
•磁性镀层： 镀铁、钴、镍或合金， •抗高温氧化：通常电镀 镍、铬或复合电镀Ni-ZrO2、Ni-Al2O3、
Cr-TiO2； •抗强阳极腐蚀： 钛基镀铂 •修复性镀层： 铬、铁、铜等，电镀或电刷镀
ⅠⅡ ⅢⅣⅤⅥⅦ
Ⅷ
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ 0
AA BBBBB
BBAAAAA
Li Be
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
应用电化学-4-1-金属电沉积和 电镀原理
2.电镀过程的实施 基本历程：液相传质→前置转化→电荷传递→电结晶
电镀锌彩色钝化
电镀铜锡合金
电镀铬
我们可以利用电沉积技术做：
(1) 表面处理 增强零件的抗腐蚀性能
(2) 表面处理 增强零件的装饰功能
(3) 表面处理 增强零件的特殊功能如抗高温氧化、抗磨、减磨、