2012电镀制品参考答案

%100`⨯=m m ηnFMk =《超硬材料电镀制品习题集》参考答案第一章 超硬材料电镀制品概论 1、答案见P2~3之1~6条（须做简化处理） 2、答：超硬材料电镀制品的特点： （1）结构形式：①具有工作层和基体两层结构特点；②具有形状特殊和工作层较薄特点。

（2）工作层组织：①浓度最高，一般在200%左右；②结合力最强；③气孔率最低，可趋近于零；④硬度高，明显高于青铜和树脂磨具。

（3）产品类型：首先，仅仅少部分是磨具，更大部分是非磨削用途的专用工具。

其次，电镀制品当中，有相当一部分是用其他工艺方法难以制造的产品。

3、答：超硬材料电镀制品具有一切超硬材料制品共有的使用性能。

其共性主要表现在比普通磨具加工磨削比高、磨削力小、磨削热也小。

同时，由于电镀工作层具有组织致密、磨粒浓度高、固结牢的特点，使得电镀制品使用性能又有一些独到之处。

其特性突出表现为加工效率高、磨削比高、保形性好以及加工精度高。

4、答：（1）制造工艺特点：①工艺程序特点：包括基体加工、基体镀前处理和电镀三个主要阶段。

②工艺参数特点：制造温度低，制造周期短（高厚度多层电镀制品除外）。

③成型性能特点：保形性好，成型性能优异。

（2）工艺装备特点：①一般只需要功率不大的整流器和电镀槽等小型设备。

因此投资少、占地少、厂房小。

②为防止电镀废气和废液污染环境，需要有一套专用的处理设备。

第二章 电化学基本知识1、名词解释：①电化学：研究化学变化与电能之间相互关系的学科。

②金属电沉积：用电化学方法使金属离子从溶液中还原为金属的过程。

③电镀：在基体表面上形成结合牢固、细致紧密、分布均匀的金属层的电沉积。

④第一类导体：依靠自由电子导电的导体，也叫电子导体。

⑤第二类导体：依靠离子导电的导体，也叫离子导体。

⑥电流效率：电极上实际析出或溶解的金属质量m`与根据法拉第定律计算的理论值m 之比，通常用%表示。

公式：⑦法拉第恒量：法拉第第二定律公式中的比例系数F 。

其数值为96500C ·mol -1。

⑧电沉积速率：电镀时单位时间内所获得的镀层厚度。

即V=δ/t 。

2、答：电镀时整个电回路的导电机理： 在外电场作用下，自由电子在两电极和外线路中定向移动而导电；阴阳离子在电解质溶液中定向移动而导电；在电极与溶液的界面上有得失电子的电极反应发生而导电。

3、答：法拉第第一定律：在电极上电流引起的物质化学变化的量m 与通过的电量Q 成正比，公式为m=KQ=KIt 。

法拉第第二定律：物质的电化当量与其摩尔质量M 成正比,与其离子价数n 成反比。

公式为K=M/（nF ）。

4、答：电化学当量：表示电极上通过单位电量所形成产物的量，是各物质特有的常数。

公式： 单金属：K=M/（nF ）二元合金：K AB =1/（A/K A +B/K B ） 三元合金：K ABC =1/（A/K A +B/K B +C/K C ） 5、解：η=m '/（KIt ）×100%= 95%. 6、解：η=δγ/（K i C t ）=97.5（%）. 7、解：δ=K i C t η/γ=5.84μm. 8、解：t=δγ/（K i C η）=4.56h. 9、解：i C =δγ/（Kt η）=1.7A/dm 2，I 总=2S 总i C =68A （两面都镀镍）.10、解：t=δγ/（K i C η）=0.50h. 11、解：δ= (i 1t 1+ i 2t 2) K η/γ=11.1μm. 12、名词解释：①溶液的电导：指溶液导电能力大小，为溶液电阻的倒数。

②溶液的电导率：长1m 、截面积为1m 2的液柱的电导称为该溶液的电导率。

③离子迁移数：某种离子迁移的电量与通过溶液的总电量之比，称为该离子的迁移数。

13、填空（1）影响电解液电导率的因素为电解液本性、浓度和温度。

（2）电解液导电能力的大小取决于离子浓度、离子电价、离子淌度。

（3）在离子电荷相同的条件下，H+移动速度比其他离子快5~6倍，OH-移动速度比一般离子快2~3倍，所以强酸强碱的电导率通常比其他电解质大得多。

14、答：在电极表面附近的液层中，传质过程主要以扩散形式或扩散与电迁移的形式进行。

原因：在电极表面附近的液层中，稳态下保持着一定的浓度梯度，并以一定的速度进行着稳定的扩散过程。

在这里，液流速度比溶液深处小得多，对流作用可以忽略不计。

此时，传质以扩散和电迁移为主。

当溶液中含有大量惰性电解质时，放电离子本身迁移数很小。

此时扩散过程起着主要作用，可视为扩散区。

15、答：电极与溶液界面是电极反应进行的场所，因此界面的状态和性质对于电极反应的动力学性质，以及反应产物的组织和性能，都会产生很大的影响。

首先，电极材料的化学性质和表面状况不同，同一电极反应的速度可以很不相同，有时甚至相差1010倍以上。

其次，电极与溶液界面上的电场强度对电化学反应的活化能有很大影响，从而对反应速度的影响也达到十个数量级。

而界面双电层是界面电场形成的原因，因此应对电极与溶液界面的状况和性质有所了解。

16、答：（1）双电层的电荷分布：双电层是由电极表面电荷层与溶液中过剩异号离子层所构成。

液相侧的一层通常又包含紧密层（厚度约10-10m）和分散层（厚度约10-8~10-10m）两部分。

在稀溶液和表面电荷密度很小时，分散层厚度较大；在浓溶液中和表面电荷密度较大时，分散层厚度较小，可以忽略。

（2）双电层的电位分布：与双电层的电荷分布相对应，双电层的电位ϕa也分为两部分：分散层电位ϕ1和紧密层电位ϕa-ϕ1。

这两部分是串联关系，ϕa=（ϕa-ϕ1）+ϕ1。

当ϕa和C0都很小时，ϕa≈ϕ1；当ϕa和C0都很大时，|ϕa|>>|ϕ1|，ϕa-ϕ1≈ϕa，即紧密层电位是主要的，分散层电位可以忽略。

17、答：①电极电位：将标准氢电极做负极与给定电极（作正极）组成一个电池，其电动势为给定电极的电极电位。

②标准电极电位：处于标准状态时所测得的（氢标）电极电位。

③电化序：电极电位的顺序定量地表示出各种物质离子化的难易顺序，称为电化（学）序。

④平衡电位：指无外电流通过，电极上氧化与还原速度相等，体系处于动态平衡时的电极电位。

18、填空测定电极电位实际上是测定电动势，后者通常可根据对消法（或补偿法）原理进行测量。

第三章电极过程动力学概论1、解释：①电极的极化：当电流通过电极时，电极电位与平衡电位之间出现差异的现象称为电极的极化。

④过电位：在一定电流密度下，电极电位与平衡电位之间的差值称为过电位，通常以η表示，并且取正值，即η=⎪Δϕ⎪⑤极化曲线：描述电极电位（或过电位）与电流密度之间关系的曲线。

⑥极化率：极化曲线的斜率称为极化率，公式为Kp=⎪Δϕ⎪/Δi=dη/di⑦析出电位：当外加电压等于分解电压时两极的电极电位，是开始析出物质时所必须的最小电极电位（绝对值最小）。

⑧电极过程：在讨论电化学反应速度时，习惯上将电极表面上发生的过程与电极表面附近液层中进行的过程，以及新相生成过程合并起来处理，统称为电极过程。

⑨稳态电极过程：整个过程的进行速度达到稳定值，不再随时间而变化，而且过程中各个基元步骤进行速度相等的状态时的电极过程。

⑩速度控制步骤：控制稳态电极过程速度的基元步骤中最慢的那个步骤。

2、电极过程的基本步骤及其解释见教材P35第11~23行。

3、解释：①交换电流：是在平衡电位下电极上的还原或氧化的单向反应速度，它表示电极在平衡条件下的反应能力的大小。

②电化学极化：由于电化学反应的迟缓而引起的电极极化，也叫活化极化。

③浓差极化：由于液相传质步骤的迟缓而引起的极化。

④扩散层厚度：稳态下电极附近存在浓度差的液层的厚度。

⑤极限电流密度：电极上对应实际浓度C S →0时所能达到的最大电流密度。

4、答：电化学极化与交换电流的关系： i 0越大越不易产生电化学极化，i 0越小越容易产生电化学极化（η越大）。

5、答：电极极化对电化学步骤反应速度影响： 电化学极化是电化学反应的推动力，其值越大电化学反应速度越快。

6、电化学极化基本方程式（以阴极为例）为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=)exp()exp(0c c c RT nF RT nF i i ηβηα 由上式可知，极化的大小主要取决于外电流i C 和交换电流i 0的大小。

更进一步说取决于它们的相对大小，即二者的比值i C /i 0。

7、答：线性极化方程式η=ωi 及其极化曲线适合范围：i«i 0或η<20mv 。

它表示过电位与电流密度成线性关系。

8、答：塔费尔方程式η=a+blgi 及其极化曲线适合范围：i »i 0或η>120mv 。

它表示电流密度与交换电流成半对数关系。

9、答：浓差极化方程式为 )ln(cd d c i i i nF RT -=η 它适用于产物不溶解的电极过程，相对应的极化曲线如图3-12和图3-13所示(见P45)。

这种极化曲线的特点是η与lg(1-i C /i d )之间存在线性关系，斜率为2.303RT/(nF)；而在i C 与ϕ图中出现极限电流密度i d 。

10、答：并存时的极化方程式为 )ln(ln 0cd d c c i i i nF RT i i nF RT -+=ααη 极化曲线大致可分为三段：（1）、（2）、（3）（见P46~47。

不必画图）。

11、答案见表3-2（P48）第四章 习题 1、填空（1）金属电沉积是通过电解方法从溶液中获取金属沉积物的过程。

（2）电镀的目的是制造特定成分与性能的金属覆盖层。

（3）按照主要离子的存在形式，电镀溶液可分为简单盐电镀液和配合物电镀液两类。

2、答：(1)按结构镀层可分为两大类：一类是简单镀层，另一类是复合镀层。

(2)按使用目的镀层也可分为两类：一类是防护性或防护装饰性镀层，另一类是功能镀层。

3、答案见P53~54（1）~（6）（应适当简化）。

4、答案见P54第17~24行。

5、答：金属配离子在阴极还原时的主要放电形态是表面配合物。

原因：电化学反应级数的测定表明，直接在电极上放电的总是配位数较主要存在形态低的配离子。

这是因为配位数较低的配离子具有适中的浓度和反应能力，因而反应速度较大。

另一方面，配位数较低的配离子负电荷较少，受到的排斥力较小，因此配位数较低的配离子成为主要的直接放电粒子。

同时，这些配离子是主要存在形态的配离子在还原过程中经过配体改组转化而来的，只存在于电极表面上，可称为表面配合物。

6、答：经历的主要步骤如下： （1） 配离子向电极迁移。

（2） 主要存在形态的配离子发生转化，在电极表面上形成表面配合物。

（3） 表面配合物直接在电极上放电。

（4） 脱去配体，进入金属晶格。

7、答：电结晶过程的过电位包含η电和η结。

i 较低时，由电子转移步骤控制或与表面扩散联合控制；i 较高时，电子转移为控制步骤。