实验09阴极极化曲线的测定

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
2.2V 3.3V
甘 铜片 汞 电 盐桥 锌片 极
UJ25型直流高电势电位差计
饱和KCl溶液 镀液
直流标准 电流电压 发生器
2.温度补偿校正
（1）温度补偿校正，按以下计算公式进行；
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）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。
阴极极化曲线的测定
一、实验目的 三、药品仪器 五、实验记录 二、实验原理 四、实验步骤 六、数据处理
七、结果分析与讨论 八、注意事项 九、思考题
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。
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）。
1.UJ25型直流高电势电位差计
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。
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 确定输出电流 温度补偿校正 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；
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）；
五、实验记录
镀液 电动势值（阴极相对于饱和甘汞电极）（V） 5mA 10mA 15mA 20mA 25mA 0mA 电镀面积（cm） （长×宽×2）
Ⅰ号 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
电流值 电流密度 DK (mA / cm2 ) 电镀面积
阴极电位φK=饱和甘汞电极-所测得的电动势值
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。
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。
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Hale Waihona Puke Baidu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
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 Ⅰ号 Ⅱ号 5mA 10mA 15mA 20mA 25mA 0mA
Ⅲ号
Ⅳ号
DK φK DK φK DK φK 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
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。
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。 （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。 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.测定电动势
测定电动势时，先把测量转换开关置于“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）。
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。
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。
（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。
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