铜电解精炼——电流效率的测定

铜电解精炼——电流效率的测定
一、 实验目的
1.了解铜电解精炼的基本原理；
2.熟悉铜电解精炼的实验方法及电流效率的测定。

二、 基本原理
铜的电解精炼，是将火法精炼的铜铸成阳极板，用纯铜薄片作为阴极板，相间地装入电解槽中，用硫酸铜及硫酸的水溶解作电解液，在直流电的作用下，发生下列反应：
1.阳极反应
Cu-2e=Cu 2+ V 34.0εC u
/C u 2=+
(1)
Me-2e=Me 2+ V 34.0εM e
/M e
2<+
(2)
2OH --2e=H 2O+O 2 V 59.1ε2
—
O
/OH 2= (3)
SO 42--2e=SO 3+O 2 v 42.2ε2
—
24
O
/SO
= (4)
正常情况下,由于OH -及SO 42-的标准电位远比铜的电位正.(3)、(4)反应不可能进行；电位比铜负的贱金属将在阳极上优先溶解，但其含量很少，贵金属（如Au 、Ag 电位远比铜的电位正，不能进行阳极溶解）和某些金属（如硒、碲等和铜形成不溶解的化合物）不溶。

成为阳极泥沉入槽底；因此，在阳极上进行的主要反应是铜以二价形态溶解。

2.阴极反应
)
7(V
34.0εMe
e 2Me )6(V
0εH e 2H 2)5(V
34.0εCu e 2Cu Me /2Me 2H /H 2Cu
/Cu
22
2<=+==+==++++++
+
氢的标准电位较铜负，而氢在铜阴极上析出的超电压又很大，故在正常情况下，（6）式不可能进行，电位较负的贱金属不能在阴极上析出，留在电解液中，待电解液定期净化时除去。

因此在阴极上进行的主要反应是二价铜离子析出，这样，在阴极上析出的铜纯度很高，称为电解铜，简称电铜（含铜量99.98%—99.99%）。

电解精炼时，各种杂质的脱除率均在90%以上。

铜电解精炼时的电流效率，一般系指阴极电流效率而言。

它是电铜实际产量与按照法拉第定律计算的理论产量之比，而以百分数表示的一个指标；它直接影响铜电解精炼的电能消耗，电流效率愈低或槽最压愈高，电能消耗愈大，工厂中的电流效率，在一般情况下，约为95—98%。

三、 实验仪器及试剂
I.实验仪器
铜电解精炼实验装置见图
1，2——铜电极（两块阳极，一块阴极）；3——高位槽；
4——集热式恒温磁力搅拌器；5——电解槽；
6——CuSO
溶液
4
II.试剂
1.硫酸
2.硫酸铜
3.硫脲
四、电解条件
I.温度：55℃—60℃
II.电流密度：300安培/米 2
III.电解液循环速度：V=75—100毫升/分
IV.电解液成份：Cu2+ 45克/升
H2SO4210克/升
硫脲0.03克/升
1——直流稳流稳压电源；2——高位槽；3——数字电压表；
4——集热式恒温磁力搅拌器；5——电解槽；
6——铜电极（二块阳极，一块阴极）
五、实验步骤
1．砂纸打光，水洗干净，酒精冲洗，电吹风吹干后称重；
2．将阳极板用20%硫酸溶液浸泡15分钟左右，水洗干净，用滤纸擦干；
3．将阴、阳极板放入电解槽中，阴极板放中间，阳极板放二边，异极板板距为35—40毫米，电板浸入部分高度80毫米；
4.集热式磁力加热搅拌器电源，加热电解液，控制温度在55—60℃之间；
5.调节电解液循环速度，使V=75—100毫升/分；
6.按图接好线路；
7.接通直流稳压稳流电源，使I=1.66A,记下开始电解的时间;
8.测量槽电压,应为0.2—0.25伏；
9.电解30分钟；
10.掉电源、拆去线路，关闭电解液循环系统；
11.取出电极，用水洗净，将阴极板用酒精擦洗后用电吹风吹干，称重；
12.实验完毕，打扫实验场地。

六、注意事项
电解过程中，注意观察电流、槽电压、电解液循环速度；控制在所需量。

七、计算电流效率、电能消耗
实际析出金属量
=
η×
100
%
理论析出金属量
电能消耗=（平均槽电压×1000）/（1.186×电流效率）（kmh/t•h）式中：理论析出金属量（克）=电流强度（安培）×电解时间（小时）×电化当量（克/安培·小时）
铜电化当量=1.186克/安培·小时
八、实验讨论。