师：同学们好，这节课我们一起来探讨电解原理在电镀和电冶金方面的应用。希望通过这节课，大家能运用电解原理分析电镀、铜的精炼、电冶金等过程中的能量及物质变化，初步掌握依据探究目的设计方案进行探究的思维方法。同时，了解化学对人类文明的伟大贡献，主动关注与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题。

　　在日常生活中，铁制品应用广泛，但铁易生锈，该如何处理呢？方法之一是在铁制品表面镀上金属，比如铬、镍、锌、铜等，这样既能隔绝空气、抗腐蚀，又美观耐用。那么，如何在铁制品表面镀上这些金属呢？请大家利用电解原理设计方案，在铁制品表面镀铜，可以画一画电解装置，写出两极的电极反应式。

　　显然，铁制品不参与电极反应，应做电解池的阴极。要在其表面镀铜，阴极表面需析出铜，即发生铜离子得电子生成铜的反应。那么铜离子从哪里来呢？电解质溶液我们可选择硫酸铜溶液。该电解池对阳极材料有要求吗？电解质溶液中的铜离子向阴极放电，不断被消耗，要让电解过程持续进行，就需补充铜离子。阳极材料可选择纯铜，这样阳极的铜失电子进入溶液就能补充铜离子。

　　所以，在铁制品表面镀铜，可选择这样的装置：用纯铜作阳极，铁制品作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液。随着电解的进行，阳极的铜片不断溶解，在阴极铁件表面会镀上一层红色的铜。

　　那电解质溶液的浓度如何变化呢？根据电子守恒原理，阴极放电消耗的铜离子与阳极放电生成的铜离子数目相同，所以电解质溶液的浓度保持不变。整个电解过程可看成以电解质溶液作媒介，将阳极材料镀到阴极表面，我们把这个过程称为电镀，即利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。

　　如果要在铁制品表面镀锌，就可以选择锌片做阳极，硫酸锌做电解质溶液。很明显，电镀装置规律性很强。大家能不能小结一下电镀池的构成，以什么做阳极，什么做阴极，什么溶液做电解质溶液？

　　生：一般选择待镀物作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属阳离子的溶液作电解质溶液。

　　师：非常好。通过电镀可以增强金属的抗腐蚀能力，增加金属表面硬度和美观。电镀在工业上应用广泛，工业上由黄铜矿冶炼的粗铜含铜约98.5%，其中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质。那么如何获得纯铜呢？请大家利用电解原理设计方案，将粗铜进行精炼。同样画一画电解装置，并书写电极反应式。

　　要将粗铜中的杂质去除，粗铜应做电解池的阳极。理论上分析，阳极活泼性强的锌、铁会优先失电子进入溶液，然后才轮到铜。也就是说，在金和银还没来得及失电子之前，铜就优先失电子了。所以阳极不可能获得纯铜，那么纯铜只能在阴极获得。阴极材料选择什么呢？选择纯铜更好，若选择其他材料，就相当于有杂质了。所以我们以粗铜作阳极，纯铜作阴极来进行电解。

　　阳极有多个反应，活泼性强的锌、铁优先失电子，然后轮到铜。那不如铜活泼的银有可能在阳极失电子吗？显然银要失电子应在铜之后，当铜放电完全，阳极棒就溶解了。所以银和金等不如铜活泼的金属就掉落下来，形成了阳极泥。注意，这个阳极泥可是贵金属，不能乱扔。

　　那么阴极发生什么反应呢？我们希望发生铜离子得电子生成铜的反应，这样在阴极表面就能源源不断地析出我们想要的纯铜。所以电解质溶液最好选择硫酸铜溶液。

　　大家会不会想，阳极放电产生的锌离子、亚铁离子进入电解质溶液，有没有可能到阴极表面去放电呢？根据放电顺序，铜离子氧化性强，优先放电，所以理论上在阴极表面不会析出锌和铁。

　　我们电解精炼粗铜，就用粗铜作阳极，纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。这样随着电解的进行，阳极粗铜溶解，在阴极就可获得我们想要的纯铜。

　　那么电解精炼粗铜一段时间之后，电解质溶液中铜离子的浓度如何变化？我们知道阴极始终发生着铜离子得电子生成铜的反应，而一开始阳极材料中的活泼金属锌、铁优先放电，所以铜离子的浓度一开始会减小，直到阳极的铜放电变成铜离子进入溶液，电解质溶液中铜离子的浓度才会保持不变。整个过程可表示为：铜离子浓度一开始减小，最后保持不变。

　　同样在电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等吗？当阳极由活泼的锌、铁放电，而阴极此时析出的是铜，所以质量不相等。

　　我们再来看两个小问题，既然铜放电能力强于锌离子，阳极又会放电产生铜离子，那么这个电解质溶液一定要选择硫酸铜吗？选择硫酸锌行不行呢？通过分析可知，这不行。当阳极活泼的锌、铁放电时，若选择硫酸铜溶液，溶液中的氢离子就会移向阴极，在阴极表面得电子而析出，相当于产生杂质了。

　　那如果电解质溶液选择稀硫酸，可不可以？铜离子的放电能力强于氢离子，一开始氢离子放电产生氢气，这不是杂质。但理论上电解一段时间，很快就会产生铜离子，这时不就可以析出铜了吗？而且硫酸也易得。

　　于是我们以粗铜作阳极，纯铜作阴极，用稀硫酸作电解质溶液来进行实验，结果发现在阴极表面持续产生气泡，通电很长一段时间之后才会析出红色的铜。显然，这种选择效率太低了。

　　产生这种现象的原因是什么呢？在该装置中，锌离子、亚铁离子的放电能力弱于氢离子，所以阴极表面没有析出锌和铁。但铜的析出也在很长时间之后，说明一开始当铜离子浓度较小时，其放电能力也弱于氢离子。我们平常理解铜离子的放电能力强于氢离子，但事实并非如此。

　　粒子的氧化性或还原性其实还与什么有关呢？还与它的浓度有关，会随着浓度的增大而增强。我们中学所掌握的放电顺序其实是在条件相同的前提下。显然，只有当铜离子的浓度达到一定值，才会优先于该浓度下的氢离子放电。在工业生产中，我们也可通过改变粒子的浓度来控制放电顺序。其实除了粒子浓度，我们还可以通过控制电压、调控产物种类等改变粒子的放电顺序，从而达到减少污染、降低生产成本的目的。