Теоретически возможное количество цинка определяется по закону Фарадея: количество вещества, окисленного на аноде, восстановленного на катоде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества (I τ) через границу электрод-электролит.
mтеор = I t FЭZn ,
где I - сила тока, А;
t - время электролиза, ч;
F - число Фарадея равное 26,8 А·ч/моль; ЭZn - молярная масса эквивалента цинка
ЭZn = AnZn ,
где: АZn - атомная масса цинка, г / моль;
n - число электронов, участвующих в реакции (8) на катоде. Формула для расчета выхода цинка по току (11) примет вид
|
|
mпракт 26,8 |
n |
|
ВТZn |
= |
|
|
100% . |
I t A Zn |
|
|||
|
|
|
|
|
(12)
(13)
(14)
Расчет расхода электроэнергии на получение единицы веса (г) металлического покрытия позволяет выбрать такие условия электролиза, которые обеспечили бы наименьшее напряжение на ванне. Для расчета количества электроэнергии W используют формулу
W = |
Q V |
= |
I t V |
, |
вт ч |
, |
(15) |
|
mпракт |
mпракт |
г |
||||||
|
|
|
|
|
где V - напряжение на ванне, В.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Работа выполняется на лабораторной установке, схема которой указана на рис. 2.
Последовательность операций и их содержание
1.Провести механическую обработку образцов, для чего ошлифовать образцы наждачной бумагой.
2.Провести травление образцов в растворе № 1 следующего состава: HCl - соляная кислота - 20%
H2SO4 - серная кислота - 20%
36
Для чего необходимо укрепить образцы в приспособлении (см. рис. 1) и завесить в ванну № 1. Образцы в ванне держать 5..7 минут. Затем вынуть их вместе с приспособлением и тщательно промыть в проточной водопроводной воде. При промывке деталей необходимо обеспечить полное стекание промывной воды.
3. Провести электрохимическое обезжиривание образцов в ванне № 3 (щелочной раствор № 2, при комнатной температуре). Для этого промытые образцы, укрепленные в приспособлении, завесить в ванну и включить электрический ток. Силу тока на ванне регулировать с помощью реостата (рис.2, дет.7). Сила тока Ia,подаваемого на обезжиривание, рассчитывается по формуле
Ia = ik × S, |
(16) |
где ik - заданная плотность тока (10..15 А / дм2 );
S- площадь образца, находящегося в электролите (дм2 ). Продолжительность обезжиривания 0,5мин (анодное обезжиривание) и
1..2 мин - обезжиривание катодное. Такую быструю смену полюсов сделать 2 раза. Обезжиривание закончить катодной операцией. После электрохимического обезжиривания образцы тщательно промыть проточной водой и просушить сначала фильтровальной бумагой, а затем - на воздухе.
4.Взвесить образец на аналитических весах, записать массу образца до цинкования m1.
5.Рассчитать необходимую силу тока для цинкования (iк = 1 А/дм2), пользуясь формулой (16).
6.Провести гальваническое цинкование, установив по амперметру рассчитанную силу тока в цепи. Через каждые 10..15 минут замерять и записывать напряжение на ванне цинкования.
После 20..30 минут электролиза вынуть оцинкованный образец, выключить выпрямитель.
7.Оцинкованную деталь промыть водопроводной водой, высушить и
вновь взвесить на тех же весах, записав массу образца после цинкования m2. По разнице масс рассчитать привес осажденного цинка (mпракт.).
8.Рассчитать выход по току цинка по формуле (14).
9.Рассчитать удельный расход электроэнергии на основании средней величины напряжения на ванне цинкования по формуле (15).
10.Определить среднюю толщину цинкового покрытия
h = mпракт. , S d
(17)
где h - толщина покрытия;
mпракт. - привес металла;
S - площадь покрытия, см2;
37