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摘要：梳理已有的电镀锌实验的改进方案，通过理论分析与实验探究，获得较理想的实验条件：选择ZnSO4-NH4Cl-CH3COONa电镀液、溶液pH为6、电镀电压为0.76V、电极间的距离为5cm，电镀可以得到银白色、较致密的镀锌层。增加锌镀层的酸性腐蚀和中性腐蚀实验证明，镀锌层具有显著减缓铁腐蚀的作用。
关键词：铁片电镀锌; 电镀液; 白铁皮; 实验探究; 铁腐蚀
文章编号：1005-6629（2021）08-0075-04
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1 引言
镀锌铁皮俗称白铁皮，是表面镀覆锌的白色低碳钢薄板，具有不易生锈和耐腐蚀的优点，镀锌铁皮在生产、生活中的用途广泛，用于制作各种容器等。
电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或者合金的过程。电镀实验可以让学生理解电能向化学能的转化、掌握电解原理和电解装置、体验电镀原理在工业生产中的应用价值。人教版《化学反应原理》安排了铁上镀铜的学生实验[1]，苏教版《实验化学》安排了铁上镀锌的学生实验[2]。铁上镀锌实验具有如下教学价值：一是基于实验本体价值培养学生的实验操作能力。学生操作电镀锌实验需要选择电极材料、配制电解液、组装实验装置、控制变量探究适切的实验条件等，电镀锌实验可以提高学生的操作与心智技能;二是基于学科认知价值帮助学生深刻理解离子在溶液中的放电规律。很多学生对离子放电存在不少迷思概念，认为金属活动性顺序表中Zn位于H前，所以H 先于Zn2 放电。学生通过观察电镀锌的实验现象后，理解影响离子放电的因素有很多（如pH、电压、离子浓度等），控制实验条件可以使Zn2 先于H 放电;三是基于学科社会价值帮助学生理解电解原理及其在工业中的广泛应用。铁上镀锌可以减缓铁的腐蚀延长白铁皮的使用寿命。
为了达成上述教学功能，本文希望电镀锌实验的理想现象如下：镀锌层是银白色（与生活中所用白铁皮的颜色相近）的、致密的镀锌层具有减缓铁腐蚀的作用。
2 文献简要评述
2.1 苏教版《实验化学》的实验方案求证
用50mL蒸馏水溶解3.5g ZnCl2、 12.5g KCl、 1.5g硼酸，调节pH为5～6，此时c（Zn2 ）=0.51mol/L。以烧杯为电镀槽、锌片作阳极、铁钉作阴极，用6V直流电源电解。装置如图1所示[3]。
根据上述实验方案操作，5s后铁钉表面即产生气泡，摇动铁钉，疏松的镀层锌散落于溶液中。
教材提供的方案没有得到理想的实验结果，学生不明白锌层为什么不能镀在铁钉上，异常的现象削弱了实验的教学价值。
2.2 其他代表性实验方案求证
已有文献[4，5]介绍常见电镀液是不同浓度的ZnSO4·7H2O、 NH4Cl与CH3COONa的混合物，电镀电压设定在2～6V之间，电镀时间控制在1～5min，有的方案还添加了表面活性剂改善锌的吸附效果。由于实验材料、电压、电流、电极间的距离均会影响电镀效果，本文在求证和探究时均使用下列相同仪器、用品和实验操作。
仪器：高中学生电源（J04003-I），导线，电解槽，秒表，800目细砂纸，分析天平
用品：锌片，铁片，ZnSO4·7H2O，NH4Cl，CH3COONa，盐酸，NaOH溶液，稀硫酸，铁氰化钾，饱和食盐水，酚酞
平滑的金属表面对可见光反射率较高，多于70%以上呈现银白色光泽。若镀件凹凸不平或电流控制不当，镀锌层会显黑色[6];电镀选择表面积较大的光滑镀件和低电流，可以获得银白色锌镀层。本文将铁钉改为1cm×5cm铁片（电镀时插入溶液部分为1cm×3.6cm）。铁片处理：先用精细800目细砂纸反复打磨，保证表面光滑，再置于1mol/L热NaOH溶液数分钟，完全除去表面油污，用清水洗净后放入6mol/L盐酸，1min后取出用蒸馏水冲洗干净，备用。选取锌片为1.2cm×6cm（电镀时插入溶液部分为1.2cm×4cm），两电极间的距离为5cm。
根据林悦[7]的实验方案：称量4g ZnSO4·7H2O、 1g NH4Cl、 1g CH3COONa配制200mL电镀液，此时c（Zn2 ）=0.07mol/L、 c（NH 4）=0.078mol/L，c（Zn2 ）∶c（NH 4）≈1∶1。选择2V直流电源，接通电源测得电流为0.06A，阴极表面逐渐析出银白色物质，同时产生气泡，慢慢增多，30s后表面开始变灰黑，锌层结构粗糙。1min后停止电镀，用蒸馏水清洗镀件，表层灰黑色疏松的锌层脱落，露出灰白色镀层。
林悦[8]控制电压为2V，电镀初期观察到锌离子在铁片表面得到电子慢慢析出，形成银白色的镀层。随后有气泡产生，说明氢离子在阴极得电子产生氢气，析出锌层开始变灰黑，散落，没有得到理想的实验效果。
根据任跃红[9]的实验方案：称量10g ZnSO4·7H2O、 46g NH4Cl、 6g CH3COONa配制成200mL溶液，此时c（Zn2 ）=0.17mol/L，c（NH 4）=4.3mol/L，c（Zn2 ）∶c（NH 4）≈1∶25。选择2V直流电源，接通电源测得电流为0.40A，阴极表面逐渐出现银白色，迅速产生气泡并很快增多，20s后表面开始变灰黑，晶粒粗糙，1min后停止电镀。用蒸馏水冲洗镀件，表层灰黑色疏松的锌层脱落，露出银白色光亮镀层，吹干后称量、计算镀层质量约为0.002g。
任跃红[10]提供的实验方案获得实验现象和文献[11]基本相同，不能获得致密的镀锌层。还发现此时若延长电镀时间或增大电镀电压均无法增加镀层。
综上所述，具有代表性的以上两種实验方案[12，13]提供的电镀锌实验方案不理想，故也没证明镀锌层能减缓铁腐蚀的作用。
关键词：铁片电镀锌; 电镀液; 白铁皮; 实验探究; 铁腐蚀
文章编号：1005-6629（2021）08-0075-04
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1 引言
镀锌铁皮俗称白铁皮，是表面镀覆锌的白色低碳钢薄板，具有不易生锈和耐腐蚀的优点，镀锌铁皮在生产、生活中的用途广泛，用于制作各种容器等。
电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或者合金的过程。电镀实验可以让学生理解电能向化学能的转化、掌握电解原理和电解装置、体验电镀原理在工业生产中的应用价值。人教版《化学反应原理》安排了铁上镀铜的学生实验[1]，苏教版《实验化学》安排了铁上镀锌的学生实验[2]。铁上镀锌实验具有如下教学价值：一是基于实验本体价值培养学生的实验操作能力。学生操作电镀锌实验需要选择电极材料、配制电解液、组装实验装置、控制变量探究适切的实验条件等，电镀锌实验可以提高学生的操作与心智技能;二是基于学科认知价值帮助学生深刻理解离子在溶液中的放电规律。很多学生对离子放电存在不少迷思概念，认为金属活动性顺序表中Zn位于H前，所以H 先于Zn2 放电。学生通过观察电镀锌的实验现象后，理解影响离子放电的因素有很多（如pH、电压、离子浓度等），控制实验条件可以使Zn2 先于H 放电;三是基于学科社会价值帮助学生理解电解原理及其在工业中的广泛应用。铁上镀锌可以减缓铁的腐蚀延长白铁皮的使用寿命。
为了达成上述教学功能，本文希望电镀锌实验的理想现象如下：镀锌层是银白色（与生活中所用白铁皮的颜色相近）的、致密的镀锌层具有减缓铁腐蚀的作用。
2 文献简要评述
2.1 苏教版《实验化学》的实验方案求证
用50mL蒸馏水溶解3.5g ZnCl2、 12.5g KCl、 1.5g硼酸，调节pH为5～6，此时c（Zn2 ）=0.51mol/L。以烧杯为电镀槽、锌片作阳极、铁钉作阴极，用6V直流电源电解。装置如图1所示[3]。
根据上述实验方案操作，5s后铁钉表面即产生气泡，摇动铁钉，疏松的镀层锌散落于溶液中。
教材提供的方案没有得到理想的实验结果，学生不明白锌层为什么不能镀在铁钉上，异常的现象削弱了实验的教学价值。
2.2 其他代表性实验方案求证
已有文献[4，5]介绍常见电镀液是不同浓度的ZnSO4·7H2O、 NH4Cl与CH3COONa的混合物，电镀电压设定在2～6V之间，电镀时间控制在1～5min，有的方案还添加了表面活性剂改善锌的吸附效果。由于实验材料、电压、电流、电极间的距离均会影响电镀效果，本文在求证和探究时均使用下列相同仪器、用品和实验操作。
仪器：高中学生电源（J04003-I），导线，电解槽，秒表，800目细砂纸，分析天平
用品：锌片，铁片，ZnSO4·7H2O，NH4Cl，CH3COONa，盐酸，NaOH溶液，稀硫酸，铁氰化钾，饱和食盐水，酚酞
平滑的金属表面对可见光反射率较高，多于70%以上呈现银白色光泽。若镀件凹凸不平或电流控制不当，镀锌层会显黑色[6];电镀选择表面积较大的光滑镀件和低电流，可以获得银白色锌镀层。本文将铁钉改为1cm×5cm铁片（电镀时插入溶液部分为1cm×3.6cm）。铁片处理：先用精细800目细砂纸反复打磨，保证表面光滑，再置于1mol/L热NaOH溶液数分钟，完全除去表面油污，用清水洗净后放入6mol/L盐酸，1min后取出用蒸馏水冲洗干净，备用。选取锌片为1.2cm×6cm（电镀时插入溶液部分为1.2cm×4cm），两电极间的距离为5cm。
根据林悦[7]的实验方案：称量4g ZnSO4·7H2O、 1g NH4Cl、 1g CH3COONa配制200mL电镀液，此时c（Zn2 ）=0.07mol/L、 c（NH 4）=0.078mol/L，c（Zn2 ）∶c（NH 4）≈1∶1。选择2V直流电源，接通电源测得电流为0.06A，阴极表面逐渐析出银白色物质，同时产生气泡，慢慢增多，30s后表面开始变灰黑，锌层结构粗糙。1min后停止电镀，用蒸馏水清洗镀件，表层灰黑色疏松的锌层脱落，露出灰白色镀层。
林悦[8]控制电压为2V，电镀初期观察到锌离子在铁片表面得到电子慢慢析出，形成银白色的镀层。随后有气泡产生，说明氢离子在阴极得电子产生氢气，析出锌层开始变灰黑，散落，没有得到理想的实验效果。
根据任跃红[9]的实验方案：称量10g ZnSO4·7H2O、 46g NH4Cl、 6g CH3COONa配制成200mL溶液，此时c（Zn2 ）=0.17mol/L，c（NH 4）=4.3mol/L，c（Zn2 ）∶c（NH 4）≈1∶25。选择2V直流电源，接通电源测得电流为0.40A，阴极表面逐渐出现银白色，迅速产生气泡并很快增多，20s后表面开始变灰黑，晶粒粗糙，1min后停止电镀。用蒸馏水冲洗镀件，表层灰黑色疏松的锌层脱落，露出银白色光亮镀层，吹干后称量、计算镀层质量约为0.002g。
任跃红[10]提供的实验方案获得实验现象和文献[11]基本相同，不能获得致密的镀锌层。还发现此时若延长电镀时间或增大电镀电压均无法增加镀层。
综上所述，具有代表性的以上两種实验方案[12，13]提供的电镀锌实验方案不理想，故也没证明镀锌层能减缓铁腐蚀的作用。