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电镀铁实验的研究

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1 问题的提出

电镀是应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金的过程，其目的主要是增强材料的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观性等，因此电镀所用的镀层金属通常是一些在空气中或溶液里不易被腐蚀的金属或合金，如：镍、铬、铜、银等。

在中学化学教学时，开设电镀实验不但可以使学生更好地理解电解的基本原理，对于激发学生学习化学的兴趣也有积极的作用。为此，苏教版《化学反应原理（选修）》教材P21的“观察与思考”栏目具体介绍了电镀银的原理与实验，在苏教版《实验化学（选修）》教材P68“电解与电镀”课题中也安排有铁钉镀锌实验。但在实际教学中，很多学生和教师都有这样的疑问，生活中最常见的金属铁的活动性恰好处于银锌两金属之间，是否能实现电镀铁实验呢？笔者为此进行了实证研究。

2 实证研究

2.1 惰性电极电解（亚）铁盐的溶液能析出单质铁

为探究水溶液条件下能否析出铁单质，分别选择FeCl2溶液、FeSO4溶液、FeCl3溶液及Fe2（SO4）3溶液等4种常见（亚）铁盐溶液为电解液，用惰性的石墨电极按如图1所示的装置进行实验。具体操作步骤如下。

图1 电解实验装置图

（1）选择 PVC 投影用电解器，按如图1所示组装实验装置并用铁夹固定装置。

（2）从注液口倒入适量含（亚）铁盐的电解液，挤压玻璃球a、b使之充满阳极区和阴极区。

（3）往注液口插一水银温度计，使电解液的温度在实验过程中始终保持在25～30℃之间。

（4）接通学生电源，用10V的直流电压电解，观察实验现象。

实验时的室温为25.2℃，具体实验结果见表1。

表1 电解不同（亚）铁盐溶液的实验结果序号电解质浓度实验操作及现象1 FeCl2 1mol／L 电解前溶液为浅绿色。电解时，阴极区溶液颜色逐渐变浅，电极表面变粗糙并有少量气泡产生，电解10min后取出石墨电极放入稀盐酸中能产生大量无色可燃性气体；阳极区溶液逐渐变为淡黄色、黄色、棕黄色，约6min后溶液逐渐变浑浊，并在两极区中间靠阳极区附近一侧最先产生红褐色沉淀，在a处导管口放置湿润淀粉KI试纸，开始无明显变化，一段时间后略显蓝紫色。2 FeSO4 1mol／L 电解前溶液为淡绿色。电解时，阴极区电极表面变粗糙并伴有少量气泡产生，电解10min后取出石墨电极放入稀盐酸中能产生大量无色可燃气体；阳极区电极上产生大量气泡，收集并检测气体，其能使带火星木条复燃，溶液颜色逐渐变为黄色，在两极区中间靠阳极区附近一侧产生少量棕褐色沉淀。3 FeCl3 1mol／L 电解前溶液为黄色。电解时，阴极区溶液颜色变浅，电极表面产生大量可燃性气体，电解3min后在两极区中间靠阴极区附近一侧产生红褐色沉淀，电解10min后取出电极加入稀盐酸能生成少量无色气泡；阳极区电极上有少量气泡，若a处导管口放置湿润淀粉KI试纸一定时间后显蓝紫色，电解质溶液逐渐加深为棕黄、棕红，置暗处用白光束照射有明显的丁达尔现象。4Fe2（SO4）30.5mol／L电解液为米黄色。电解时，阴极区电极表面产生大量可燃性气体，电解4min后在两极区中间靠阴极区附近一侧产生棕褐色沉淀，电解10min后取出电极放入稀盐酸中能产生少量无色可燃气体；阳极区电极上产生大量气泡，收集并检测气体，其能使带火星木条复燃，溶液颜色逐渐加深为棕黄色。

电解FeCl2溶液时，阴极上主要发生Fe2＋＋2e－＝Fe，在阳极附近2Cl－－2e－＝Cl2↑，氯气的产生与溶解会使得阳极区内电解液的pH值下降，并因氧化Fe2＋成Fe3＋导致电解液颜色加深。在电场作用下，生成的Fe3＋继续向阴极区域扩散，由于迁移过程中溶液碱性逐渐增强，并最终在两极区中间靠阳极区附近一侧最先产生红褐色沉淀。而电解FeSO4溶液时阳极产生的氧气水溶性相对较差，电解开始时就能看到电极上产生大量气泡，但因氧化Fe2＋不充分，生成的Fe3＋较少而棕褐色沉淀也就不多。

电解FeCl3 和Fe2（SO4）3 溶液时，由于溶液酸性较亚铁盐溶液强，在阴极附近氢气产生量较多；在H＋还原为H2的同时，部分Fe3＋也会得电子还原为Fe2＋，电解液颜色变浅，Fe2＋继续还原最终析出单质铁。与电解亚铁盐溶液相比，电解铁盐溶液时单质铁的析出速率要慢很多，相同时间内单质铁的析出量也少了很多。

笔者也曾将电解池的阴极材料换为光亮的铜棒重复上述实验，均能看到铜棒表面有不同程度变黑的现象。综上可见，无论是电解亚铁盐FeCl2、FeSO4的溶液，还是电解铁盐FeCl3、Fe2（SO4）3 的溶液，在阴极上都能析出一定量的单质铁，但相比之下电解亚铁盐时析出铁的速度更快，量也要多得多。

文章来源：《电镀与精饰》网址: http://www.ddyjszz.cn/qikandaodu/2020/0828/349.html