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【个案】若要在铁片上镀锌,则锌片作阳极,铁片作阴极,电解液为ZnCl2、KCl的混合溶液,KCl的作用是增强溶液的导电性。这句话是否有问题?
【思考】
高中阶段的电镀锌情景:
铁为阴极,锌为阳极、电解质为氯化锌或硫酸锌等。
理由:Zn-2e-=Zn2+,Zn2++2e-=Zn
问题:由于ZnCl2等溶液因为水解而显酸性,电解质溶液中存在浓度较高的H+离子,因此,该实验存在较大问题,在铁表面得到金属锌的同时,至少在铁表面会得到氢气,影响电镀质量。原因很简单,同浓度H+的氧化性比Zn2+氧化性强许多!(可查电极电位可知,即便浓度低许多的H+离子的氧化性也比Zn2+的氧化性强,具体需要计算)
转化为锌酸盐(锌酸盐是指阴离子是锌酸根离子ZnO22-)的盐类)
【解决办法】
提高Zn2+离子浓度
降低H+离子浓度
为了提高的电镀效果,必须降低反应速率。即降低Zn2+离子浓度。
以上思考出现矛盾
为了满足以上需要:解决方法如下
(1)降低Zn2+离子浓度的同时,也需要降低H+离子浓度,并且使Zn2+先得到电子。
(2)具体执行方案
在ZnCl2溶液中加氨水,由于氨水为碱性,使得H+浓度大大降低,同时由于得到了[Zn(NH3)4]2+使得Zn2+离子浓度大为降低,使Zn2+离子得到电子能力大为降低,反应速率大为降低,可以得到质量较好的镀层。
(3)在ZnCl2中加入KCl溶液后,主要为了得到[ZnCl2(OH)2]2-,主要为了降低Zn2+浓度,而不是为了提高导电性,如果为了提高导电性,完全可以加入KNO3等电解质。
(4)在ZnCl2中加入KCl溶液后,主要的离子是,Zn2++2Cl-+H2O=[ZnCl2(OH)2]2-+2H+,该平衡实际上可以看作是水解以及Zn2+形成配合物的过程。KCl溶液的加入,平衡往右移动,可以使得Zn2+浓度降低。但H+浓度并没有降低,从而要影响电镀质量,因此这不是一个好的电镀方案!但可以得到稍微好一些的镀层。
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