电解铜(6篇)

电解铜篇1

首先，从铜原子的微观结构来看，它的核外电子排布为[Ar]3d104s1，为3d轨道全充满模型，较为稳定。从它的晶体结构来看，它属于金属晶体中的面心立方最密堆积，与它的堆积方式相同的有银和金等，配位数为12，而空间利用率则高达74%。铜在化合物中的常显价态为+1价和+2价，其中+2价的铜较为稳定，而+1价的铜在一定条件下易被氧化，某些环境下（如酸性环境）易发生歧化反应。铜及其化合物在高中化学中的转换关系可用如下示意图进行表示：

铜及其化合物作为无机化学中重要的一类物质，它们和其他的金属以及化合物一样，有着一些很常规的转换。如CuO、CuCl2、Cu（OH）2和CuSO4，这些物质之间的转换大多是常规的复分解反应，这些在初中化学中都有提到，它们的转换并不难。然而铜单质作为一种并不活泼的金属，它的很多转变便显得较为复杂，比如铜与氧化性较强的氧气可以生成+2价的氧化铜，但与氧化性较弱的S只能生成+1价的Cu2S。铜与酸溶液间的反应也显得尤为特别，如与浓硫酸在加热条件下可生成SO2，在常温下不反应。值得注意的是当浓硫酸慢慢变稀到一定程度时，此反应便不再进行，所以关于这一块的考题是很多的。铜与HNO3的反应也很复杂，与HNO3在常温下即可反应，教材中重点介绍了与浓硝酸反应生成二氧化氮，与稀硝酸反应生成一氧化氮，实际上铜与硝酸的反会因硝酸浓度的不同产生各种产物，如与极稀的硝酸反应可以生成硝酸铵，所以关于铜与硝酸反应产物多样化的混合计算在高中化学中一直是一个难点。铜与浓硫酸、硝酸的反应均体现了酸的强氧化性，从某种程度上说，铜可在酸性环境下与氧化性离子发生反应，如铜和酸性的过氧化氢溶液可反应生成铜离子和水，铜与稀硫酸虽不反应，但是向其中加入硝酸钠铜片会溶解，此类反应考查了无机化学反应的实质，即铜与离子间的组合反应。

在无机化学中，铜及其化合物在电化学中也有充分的应用，如在原电池和电解池中，铜通常会被用作电极之一，而铜的化合物，如氯化铜、硫酸铜的溶液经常被用作电解质溶液。在电解池中铜的应用更为广泛，如电解氯化铜溶液和电解硫酸铜溶液就属于两种类型，前者属电解电解质型，后者属放氧生酸型。在金属的精炼过程中，铜的精炼较重要的内容，纯铜作阴极，粗铜作阳极，并且用含铜离子的溶液作为电解质溶液，是粗铜精炼的重要模型，这一模型有助于中学生掌握电解法冶炼金属的原理。与电解法冶炼金属相提并论的是电镀，而在电镀中镀铜是很重要的一个部分。通常情况下，由于铜的活泼性较差，故很多情况下在其他活泼金属的表面镀上一层铜会增强该金属的防腐蚀性能，因而电镀铜在实际生活中的应用也非常广泛，其原型就是待镀金属作阴极，镀层金属（如铜）作阳极，含镀层金属离子的电解质溶液作为电镀液即为电镀模型。

铜在高中配合物化学中也有着较广泛的应用，如铜离子易接受水分子或氨分子提供的孤电子对，从而形成天蓝色的[Cu（H2O）4]2+和深蓝色的[Cu（NH3）4]2+，这类配合物的品种超过百万，是一个庞大的化合物家族。

电解铜篇2

用厚铜箔及超厚铜箔制成的印制电路板可称为“厚铜印制电路板”。

厚铜PCB应用领域及需求量在近年得到了迅速的扩大，现已成为具有很好市场发展前景的一类“热门”PCB品种。

一、厚铜箔及超厚铜箔

通常将公称厚度为105μm及其以上的PCB用铜箔（包括经表面处理后的电解铜箔、压延铜箔），统称为厚铜箔。厚铜箔，国内外PCB及铜箔制造业更习惯以铜箔公称厚度将其具体划分为三个品种，是将等于或大于105μm（≥3oz）～240μm称为厚铜箔；300μm及其以上称为超厚铜箔；600μm及其以上称为超MAX铜箔。厚铜箔（电解铜箔）及超厚铜箔（电解铜箔）的主要产品规格见表1中所列。

厚铜箔及超厚铜箔属于一类特殊的PCB用铜箔。它除了具有常规的电解铜箔（或压延铜箔）性能外，它作为大电流基板的导电层或内芯散热金属层还具有特殊的一些性能要求。这些特殊性能要求是要满足来自它的下游产品的应用条件、加工条件等方面。对它的应用性能要求，最突出的表现在厚铜导电电路上能稳定地通过大电流，以及更好散发由负载大电流在基板内产生的高热量的特性。

近年，随着厚铜印制电路板应用领域扩大，产销量的提高，使得厚铜箔的产销量有了明显的提高。据统计在2012年，它的产销量已占世界整个电子铜箔产销量的5～6%，即为1.7～2.0万吨/年。

世界厚铜箔及超厚铜箔主要生产企业有：古河电工公司、JX日矿日石金属公司、卢森堡电路铜箔有限公司、金居开发铜箔股份有限公司、长春石油化学股份有限公司、中科英华股份有限公司等。推估主要生产厂的世界厚铜箔及超厚铜箔市场占有率（以2012年市场格局情况为计）如图1所示（注：在图1中的日矿金属市场份额包括一部分的压延铜箔）。

二、厚铜印制电路板

用厚铜箔及超厚铜箔制成的印制电路板可称为“厚铜印制电路板”。它使用的导电材料（铜箔）及基板材料、生产工艺、应用领域都与常规PCB有所差异，因此它属于特殊类PCB。厚铜PCB应用领域及需求量在近年得到了迅速的扩大，现已成为具有很好市场发展前景的一类“热门”PCB品种。

厚铜PCB产品新发展，也引伸出一个以它为中心的新产业链（见图2）。它的终端电子产品领域也与常规PCB有所差异。

厚铜印制电路板绝大多数为大电流基板。大电流基板主要应用领域是两大领域――电源模块（功率模块）和汽车电子部件。它的主要终端电子产品领域，有的相同于常规PCB（如携带型电子产品、网络用产品、基站设备等），也有的有别于常规PCB领域，如汽车、工业控制、电源模块等。

大电流基板与常规印刷电路板在功效上有所差异。常规PCB最初的主要功效，是用于构成传递信号的导线（配线）。随着PCB技术向着HDI板的方向不断发展，这种信号传输导线的线宽演变得越来越微细，导线的厚度（PCB的导电层厚度）也变得越来越薄，铜箔从厚度35微米，到更薄的18μm、12μm，甚至9μm及其更极薄。有大电流通过的、承载功率器件的基板，主要功效是保护电流的承载能力和使电源稳定。这种大电流基板的发展趋势是承载更大的电流、更大的器件发出的热需要散出，因此通过的大电流越来越大，基板所用的铜箔厚度也越来越厚。例如现在制造的大电流基板也将使用210μm厚铜箔成为常规化；再例如代替用于汽车、机器人、功率电源等原用的母线（Busbar）、线束的基板的导体层厚度都已达到400μm～2000μm。

采用厚铜箔的PCB例见图3。

三、功率电子产品与技术

自厚铜印制电路板问世起，PCB的应用领域就跨入了一个新的工业产品领域――功率电子产品。

1958年美国GE公司生产了第一只晶闸管，开创了功率半导体器件，产生了功率电子行业。1973年美国西屋公司研究室主任Dr.Newell首次提出功率电子技术概念，并给出了其经典的定义[1]。功率电子又习惯上称为电力电子（PowerElectronics），它是一门包含电工、电子、控制等多个子学科的交叉技术作为支撑的一类产品。功率流经功率电子电路，受电子器件控制。

有关文献[2]对功率电子技术与微电子技术的差异做了比较：微电子技术的功能是信息处理，即对小信号的放大、运算、波形变换等，主要用于信号传感及变送；功率电子技术的主要功能是功率调节或功率处理[2]，其实质是功率变换，即将某一电压（或电流、频率、波形）的电能变换为另一种电压（或电流、频率、波形）的电能，功率变换包括可控整流、逆变、变频、DC-DC等各种变换。变换的功率其电流大于几kA，电压超过数十kV，容量达到兆瓦级。

图4中的（a）及（b）分别为信息处理与功率处理的系统框图。

四、厚铜印制电路板应用功能的扩展，使应用领域得到扩大

近年，厚铜PCB的市场迅速扩大，与厚铜PCB的设计、制造提高，应用功能的延伸、扩大，有着密切的关系。它的应用功能的新扩展带动市场的扩大，主要表现在如下几方面。

4.1充分发挥厚铜PCB小型化、薄型化、多层化的优势，替代陶瓷基板的步伐加快

有机树脂基的厚铜PCB具有可实现基板小型化、薄型化、多层化的优势，由于近年电动汽车、混合动力汽车、机器人等所用的大功率电源和电流控制器（如DC-DC转换器）、电源开关、马达电路、熔断器等都更趋于小型化，这为厚铜PCB替代原普遍采用的陶瓷基板创造了机遇，加快了步伐。

混合动力汽车用DC-DC转换器用大电流、有机树脂基厚铜PCB例，见图5。

4.2厚铜PCB在设计、制造技术上的进步，推动了功率电路（负载大电流）与控制电路实现“一体化”

在汽车电子中的PCB设计，往往是搭载功率器件的基板，与电路控制的基板是采用分立设置的。搭载大电流功率器件的基板是采用陶瓷基板的形式。在陶瓷基板再更多地进行控制电路的电路布线，在制作工艺上是难于达到的。将搭载功率器件的陶瓷基板被有机树脂基厚铜PCB所替代，实现了负载大电流的功率电路与控制电路的“一体化”。

图6例举了混合动力汽车用DC-DC转换器基板采用有机树脂基的厚铜PCB实例，它将功率电路与控制电路实现“一体化”。

古河电气公司近年新开发、生产一类“一体化”的厚铜箔PCB。它称为“PB-L厚铜箔内层多层板型”。这种结构的基板适合于承载电流值（连续保持）在30A～70A的电流。基板结构设计的特点是将功率电路实现内层化（见图7）。这种功率电路内层化的基板设计，从电感电抗角度考虑是基板设计的更佳选择方案。并且这种电路设计，对降低尖峰电压（浪涌电压），也可发挥很好效果。并且基板的表面可达到平滑。由于采用功率电路的内层化，它还在高电压的领域得到应用。古河电气公司的功率电路内层化的厚铜箔PCB实际例见图8所示。

值得注意的是，近年汽车中的厚铜基板与线束实现一体化的进程加快。这种厚铜基板-线束一体化的复合型大电流PCB，将许多的大电流线束转变为电路布线的形式，控制电路与功率模块电路集中在一个PCB体系中（见图9），减少了对汽车电子部件的联结、装配上的繁琐，提高了可靠性、易于实现小型化。一体化复合型大电流基板的各部位PCB结构图如图10所示。

4.3厚铜PCB在结构上的多样化发展，提高了它的散热功效

4.3.1内芯嵌入厚铜的结构

（1）大电流/厚铜箔印制电路板是日本共荣电资公司（KyoeiDenshiCo.，Ltd，公司网址：kyoeidenshi.co.jp）的一类主导产品。近年它推出内芯金属材为铜板的散热基板，其产品很畅销。它有两种这类典型产品：其一是以0.8mm或1.6mm的铜板作为基板的内芯，基板的总厚度为3.6mm（6层）构成的。另一种是选用175μm厚铜箔作内芯材，所制的PCB总厚度为1.6mm或者2.0mm（实例见图11）。这两种大电流/厚铜箔散热基板，最开始主要应用在大电流的汽车换流器/交流变换器、电源设备的变换器等方面。之后又扩展到高频基板、携带型电子产品的基站用天线装置方面，并且它的应用市场在近年还渗透到汽车用微波雷达、无线LAN（无线局域网）等新应用领域。

（2）为了解决大电流及散热问题，大阳工业公司采用300μm、400μm、500μm压延铜箔，制成“超厚铜大电流基板”，在它承载的发热器件的下方设有垂直的铜导热通路，它是由厚铜镶嵌而成的（见图12）。

（3）近年来汽车的ECU等电子控制装置用印制电路板朝着多层化方向发展，CMK公司创造的含Cu板内芯材（Cu板的厚度为250μm、500μm）的多层板，很适应于此PCB应用领域的需求。实现性能的高可靠性，它更加需要多层板具有高散热性。CMK公司的这类多层板，有单层Cu板内芯层型与双层Cu板内芯层型的两大多层板品种（见图13）。

（4）将厚铜箔（或厚铜板）埋入到内层，既起到电路层作用，又起到散热的作用，这已成为TSS公司的大电流基板的一大特色。这种大电流基板，由于厚铜箔的采用，在承受大电流的电路线条宽幅方面可以比一般大电流基板电路宽幅缩得更窄。而厚铜箔埋入内层的结构，又使得基板可变得更小型化（结构图见图14）。

4.3.2改变厚铜PCB导线的横剖面的形状

高电流和高电压的电路中采用厚铜箔作导电层，可以起到增加电路导线垂直方向的深度，减小电路导线宽度的功效。这样就可有效地使PCB面积变小，缩小了它所占的空间。同一种电路图形，而印刷电路板的横截面形态不同，所通过的允许电流大小也有所不同。采用了厚铜层布线，其横截面的面积增大，允许电流获得增加（不同厚度铜箔PCB的允许电流对比见图15）。

日本TSS公司的厚铜型大电流基板具有与业界生产的同类产品明显差异的特殊之点。一般PCB的电路横截面剖面构形是梯形，而这大电流基板电路层的横截面剖面结构呈“算盘珠”形，它可使电路线条顶部的尺寸得以扩宽，有利于信号的传输。电路层制作采用了半蚀刻技术以及新型蚀刻液。“算盘珠”形电路构形电路的基板，还可以制成埋入基板一半的结构。这样可抑制电路侧面进行元器件装联焊接时，锡焊料流入电路的凹形根部端内，这使得基板可靠性获得提高。

“算盘珠”形厚铜电路构形的大电流基板特点见图16的对比图。

4.3.3高频特性和厚铜基结合的PCB需求增加[3]

高频型厚铜PCB是近年发展起来的新型PCB品种。它扩大了厚铜PCB的功能，是厚铜PCB更高一层的形式。它的问世，开拓了厚铜PCB的新的应用市场领域。这类PCB，高耐热性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性、耐电压性都很优秀。它的主要应用领域有：通信领域、通信电源、无线通信、光纤通信、卫星通信、网络基站、网络电源、航天航空等。近年来，国内外不少著名的通信、网络巨头都纷纷提出对这类高频特性和厚铜基结合的印制电路板的需求。

参考文献：

[1]蔡宣三，赵争鸣.功率电子学科的基本理论初探.电力电子，2009，第1期：5-8.

电解铜篇3

我们一直倡导电源厂商无论是在产品的型号、外包装或是铭牌上都要坚持诚信原则，不做任何带有误导消费者的行为。我们找来上一代的航嘉多核R85来与两款产品作对比分析。

可以看到，对比旧版航嘉多核R85，多彩白银时代DLP－650PG和新版航嘉多核R85的铭牌上通过表格清晰罗列出各电路的输出明细状况，更便于用户了解电源的输出能力。

根据产品铭牌显示，多彩白银时代DLP－650DG和航嘉多核R85的双路+12V合并输出功率都同样在380w左右，多彩的双路输出分别为17A和19A，而航嘉的则同为18A，十分接近。两者拥有的强大+12V输出有利于增强在多核双显卡平台下电源的供电输出质量，保障整个平台的稳定性。

编辑揭秘：透过铭牌识别额定功率真假

为了满足多核CPU和多显卡的负载需求，现在的电源多数都会采用双路甚至多路的+12V输出来平衡电源的负载，保证输出稳定。因而+12V输出的大小就成为衡量一个电源负载能力的重心，我们可以通过计算得知电源的+12V输出占电源额定总输出的比例，一款负载能力出色的电源其+12V输出一般都应不低于电源额定总输出的80％。如果低于80％的话我们就要小心电源存在功率虚标或者它本身的负载能力不强。

两款产品都在铭牌上明确标示出电源的额定输出功率为450W，其中，航嘉多核R85没有多余的最大功率标识，不会造成消费者迷惑，而多彩白银时代DLP-650PG在产品型号中出现的数字与额定功率不符，容易让消费者误会这是一款650W的电源。

我们认为，电源的型号标识应该避免出现有可能会引起消费者误会的数字，比较好的做法是产品型号中的数字与额定功率数吻合，而最佳的做法是以中文命名再加与额定功率数相同的数字组合，这不但有利于消费者记忆，更不会有任何误导成分。在此，航嘉多核R85在铭牌的标识上更体现出正规大厂该有的风范。

外观对比

航嘉多核R85在主24Pin的输出线缆设有网布包覆，而多彩白银时代DLP-650PG所有线材都包覆有蛇纹网布，整洁美观。令人意外的是，它的线缆还采用了模组化的输出方式，让用户可按需添减，减少机箱内不必要的线缆，有助于机箱提升散热效能。

内部解剖

分别打开两款电源的外壳，首先可以感觉到的是航嘉多核R85明显要比多彩白银时代DLP-650PG更坚硬结实，它的外壳即使用力施压也不易变形。相反，多彩的外壳就十分软，在拧开螺丝的一刻就能感觉到电源的外壳有种想向外扩展的趋势，打开后只要对其稍用力施压就会发生变形。笔者认为使用这样薄弱的钢材来制作外壳是不能接受的，再漂亮的外表也无法取代产品质量这一首要属性。

撇开外壳不谈，两款电源同样使用双管正激的电路方案。双管正激方案对比传统的半桥方案会有着更高的转换效率，输出的电流质量亦更佳。我们可以看到PCB板中间有一大一细两个变压器，那就是双管正激方案的典型特征。

反转上盖，两款产品的散热风扇同样采用由台湾悦伦电子生产DS12SM-12风扇，其中航嘉多核R85的为传统的黑色造型，而多彩白银时代DLP-650PG采用的是透明设计，边上还设有蓝色LED。

两者的PCB板元件布局都十分有序，各级电路的用料都充足完整，相对比之下，航嘉多核R85的电路板元件密度明显更高一些。虽然用料充足不绝对代表产品性能好，但是一款好产品有着厚道的用料总是能给予人可信赖的感觉。

在市电的接入部分，航嘉多核R85在独立开关接线处设有绝缘塑胶包裹，而且两条主供电线上还添加了一个磁环负责过滤高频杂波，多彩白银时代DLP-650PG的输入端接地良好，但是接线上就省略了绝缘塑胶和磁环，而级EMI电路中的×电容就被转移到了PCB板上。

同样采用主动PFC设计，电路中两者都采用了一个硕大的黑色储能电感，其中航嘉多核R85的要更为巨型。黑色电感与普通的黄色电感相比损耗更少，但是相应价格也更高。

滤波电容方面两者各有优势，多彩白银时代DLP-650PG使用了颗日系尼吉康270uF的电容，最高工作温度为105度，而航嘉多核R85的是一颗330uF的HEC电容，最高工作温度为85度。

多彩白银时代DLP-650PG的三块铝制散热片都经过抛光处理，做工精细，它们的大小均等，用料厚实：而航嘉多核R85的每块散热片大小各异，输出电路的那块散热片上增设有丰富的折叠凹槽以增大散热面积。

两款电源的PCB中部散热片上都设有一对开关管，这就是“双管正激”中的核心。航嘉多核R85采用的是ST26NM60N开关管，其单颗最大的传输电流为20A，耐压值600V，而多彩白银时代DLP-650PG用的是英飞凌16N50C3，单颗最大传输电流为16A，耐压值为560V，虽然数据上略为低于多核R85所用ST26NM60N，但是并联下来对于450W的电源而言余量都是十分充沛的，足够为电能稳定高效的转换提供保障。

航嘉多核R85在线材与电路板连接的位置设有夹扣作固定处理，在部分主要供电线材上更设有热缩管；而多彩白银时代DLP-650PG在线材处理上就显得有点粗糙它并没有为所有的线材都配备金属扣，而且有配备的线材都要“挤”到那个小孔中，大小明显不足。可喜的是，两款产品主要都使用了18AWG规格的线材，符合安全标准，更有部分线路的线材是使用了20AWG规格，线材上都没有偷工减料的迹象，值得欣赏。

虽然说电源的线材无论是否配备热缩管或金属扣对一款电源的实际性能表现几乎没有影响，但小小的细节却能反映出厂家对待产品的态度。笔者认为无论是电源线材本身又或是在与PCB的接线处理上，厂家都应该秉承一种一丝不苟的态度去对待。既然多彩为电源配备了优质的线材，又是否可以在线材的处理上做得更完美呢?

两款电源的输出电路部分用料十分充足，它们同样配备一大一小的两个黑色储能电感，而且都做绝缘处理，防止意外短路的发生。两者都使用了大量的滤波电容，有利于过滤多余的谐波让输出的电力更纯净。航嘉多核R85在电感的大小上又再次领先多彩白银时代DLP-650PG，而多彩则在这部分元件的绝缘处理上做得较好。

翻到电路板的背部，我们可以看到两款电源的背板都带有大量的贴片元件，采用机器焊接补锡的电路板焊点饱满，没有出现因人手焊接而产生的手工差异问题。而航嘉多核R85的做工要更精良一些，另外其底部设有黑色橡胶粒，可有效防止PCB被压坏。

80PLUS铜牌实力展示

我刊在上月的《以环保低碳的名义80PLUS电源选购宝典》文中曾提到，要获得80PLUS铜牌认证，电源产品必须要能在50％的典型情况下获得85％或以上的转换效能。

根据80PLUS官方测试数据显示，航嘉多核R85和多彩白银时代DLP-650PG的平均效能分别为84.14％和84.74％，两者总体实力相当，具体的数据可参看左边图表。

实际测试

为了验证航嘉多核R85和多彩白银时代DLP-650PG的实力，我们使用i5750搭配GeForceGTX480作了为期一周的长期测试，具体平台配置如表。

NVIDIA的GTX480显卡是著名的耗电大户，对电源的要求很高，而且平台中的CPU亦加压超频到4GHz。笔者开始还担心电源会不会被烧了，但是事实证明担心是多余的。两款电源顺利通过了3DMark、Everest、cjnbench等多项常规测试，另外在《星际争霸2》、《尘埃2》、《地铁2033》等几款大型游戏中依然表现稳定，七天内从没出现过死机，重启等异常状况。

值得一提的是，无论是航嘉多核R85还是多彩白银时代DLP-650PG，它们的工作温度都控制得很好，我们利用红外线感温仪对两款电源的电路板上各部位进行扫描考察，发现整块电路板中没有任何零件的工作温度会高于40摄氏度，这说明两款电源的长时间运作稳定性是值得信赖的。

电解铜篇4

关键词：电学知识；氧化还原反应；电流方向

文章编号：1008-0546（2012）06-0085-01

中图分类号：G633．8

文献标识码：B

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2012．06．036

原电池是公认的教学难点之一，难在何处？笔者认为主要是原电池在工作时，涉及到化学中的氧化还原反应的知识，同时还综合了物理上的电学知识，有明显的物理化学学科知识交叉的特点，这在学生以往的学习中是没有遇到过的，而许多化学教师也并没有认识并把握这一特点，在原电池工作原理的讲解上往往单从氧化还原反应的角度入手来讲，而忽略了物理中电学知识的运用，所以，导致一节课上教师讲的很多，学生却明白的很少，原电池因此成为不少学生学习电化学知识的拦路虎，笔者发现，将物理中一些基本的电化学知识应用于原电池工作原理的分析和讲解中，就如同给学生打开了真正科学认识原电池本质的一扇窗，教师因此也找到了讲解原电池工作原理的突破口。

原电池工作原理中涉及到的基础电学知识：

1．电流的概念：电荷的定向移动形成电流，电流的方向规定为正电荷的移动方向，而与负电荷的定向运动的方向相反。

2．形成电流的条件：在闭合回路中有电荷的定向移动才能产生电流。

3．金属导电的原理：在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子，所以，金属导体中的电流是电子的定向移动形成的。

4．电解质导电的原理：与金属的自由电子导电不同，电解质的导电是在外电场作用下带电离子定向运动形成的，所以电解导电是离子导电，并且电解质导电的结果会引起离子的放电。

5．电能的概念：电能是表示电流做多少功的物理量，电能指电以各种形式做功的能力。电流做功的过程就是电能转化为其它形式能量的过程，电能的获得是由各种形式的能量转化而来的，电能属于二次能源。

以铜锌原电池为例，将电学知识穿来巧妙运用，突破原电池工作原理讲解中的难点。

学生实验观察到的重要现象：（1）电流计指针发生偏转，（2）铜片上有气泡生成，（3）溶液仍然为无色。

教师引导学生进行实验分析，现象（1）表明导线中有电流产生，现象（2）表明装置中同时在发生着化学反应，引出该装置产生的电能是由化学能直接转化而来的，自然生成原电池的定义。教师根据形成电流的条件，引导学生思索铜锌原电池中首先有一个闭合的回路，这个闭合回路应该是锌片通过导线与铜片连接，铜片通过稀硫酸与锌片连接，其次闭合回路中有电荷定向移动，教师根据金属导电的原理，结合锌片、导线、铜片都是金属，金属导体中的电流是由电子的定向移动形成的，引导学生思索锌片、导线、铜片中电子的流向，是锌片上的电子经导线流向铜片，还是铜片上的电子经导线流向锌片？探究这个问题，教师可以引导学生进行假设推理，假设是铜片上的电子经导线流向锌片，铜必然失电子变成铜离子进入溶液，溶液必变蓝色，而现象（3）表明溶液仍为无色，因此，学生推理得出结论，电子应该是由锌片流出经导线流向铜片，锌失电子变为锌离子进入溶液，电子流向铜片，使铜片带负电，引导学生从异性电荷相互吸引、同性电荷相互推斥这一原理思索溶液中离子的迁移方向，溶液中的氢离子受到带负电的铜片的吸引，向铜片定向移动，并且在铜表面获得电子，变成氢原子，两个氢原子结合成氢分子，所以我们就看到铜片表面有气泡放出，放出的气体为氢气，讲到这里学生对现象（3）恍然大悟。溶液中除了有氢离子，还有大量的硫酸根，硫酸根离子带负电，受到带负电的铜片的排斥，同时，锌片附近锌离子浓度很大，吸引硫酸根，所以硫酸根离子就向锌片移动，锌离子带正电也会受到带负电的铜片的吸引，向铜片移动。电解质溶液导电的本质是离子导电，通过溶液中自由离子的定向移动形成电流。于是由锌片、导线、铜片、稀硫酸组成的整个回路中锌失电子（发生氧化反应）——锌片流出电子——导线——电子流入铜片——氢离子在铜片上得电子（发生还原反应），溶液中阳离子向铜片移动，阴离子向锌片移动。最后引导学生应用电流的方向规定为正电荷的移动方向，而与负电荷的定向运动的方向相反知识，标出整个铜锌原电池中的电流方向，并标出正负电极，总结归纳电极上发生的反应和电池总反应。

笔者根据铜锌原电池的构成总结了四句话来简单说明其工作原理：氧化还原分两边，导线连接在中间；电子转移可定向，闭合回路产生电。（旨在辅助学生记忆。）

比较将原电池的工作原理用播放flash的方式呈现给学生，这种现代化的方式看似很直接很具体，其实学生未必就能参透其中的玄机，动画中的内容已经超出了学生的认知范围，对学生的思维产生阻碍，所以，播放动画非但不能起到正面的作用，反而带来了很多负面的影响，学生越看越糊涂，越看越觉得原电池的工作原理很抽象、很复杂、很深奥，导致学习后仍然模糊不清。笔者经过大量的资料参阅和研究，结合课堂实践，发现通过电学知识在原电池工作原理讲解中的巧妙运用，课堂上学生思维更加活跃，参与课堂的积极性较高，能够在教师的步步引导下结合自己已学知识逐步建构出新的知识和理论，获得成功的喜悦。因此，笔者认为本篇阐述的原电池工作原理的讲解具有思路流畅、逻辑严密、层层深入、科学性强、理论性强的特点，符合学生的学习心理和思维发展的特点，教学的有效性得到很大的提升，更重要的是学生能够通过原电池理论的学习获得化学学科素养的提高。

参考文献

电解铜篇5

【关键词】电机；铜线；铝线；电阻；温升；效率

目前国内市场上流行的洗衣机主要有波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。无论哪种洗衣机，它的基本原理都是通过电机驱动波轮或者滚筒转动从而产生水流，再由水流及波轮、滚筒产生力来洗涤衣物。因此，电机的性能在很大程度上决定了洗衣机的运行状态、洗涤甩干质量、噪声、震动大小及能耗等。作为洗衣机的关键零部件，电机品质的好坏，直接影响到整机的寿命和性能。

电机作为洗衣机的心脏，生产技术已经成熟，不同品牌之间的技术差异不大，决定电机品质的核心是其所运用的材质。目前主要有两种材质的洗衣机电机，一种是铝线电机，一种是铜线电机。

铝，是一种化学元素。它的化学符号是Al，它的原子序数是13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用，铝的应用极为广泛。

铜是一种化学元素，它的化学符号是Cu，它的原子序数是29，是一种过渡金属。铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃，常见化合价+1和+2，电离能7.726电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。

那么铜线电机究竟比铝线电机有哪些优势呢？

首先，纯铜线电机更耐用。铝比铜电阻大，使用中发热量较高，容易烧坏电机。而且铝和铜焊接不能自然融合，电源线连接点也容易被烧坏，导致铝线电机洗衣机的整机寿命低于纯铜线电机洗衣机使用寿命。

其次，纯铜线电机更节能。电路元件的电阻大小和发热大小成正比例关系，电阻大则发热大，纯铜线比铝线电阻小，发热低，电流通畅，热量不浪费，省电更节能。

再次，纯铜线电机更静音。纯铜线电机洗衣机整机噪声测试仅为58分贝，铝线电机噪音比铜线电机高7分贝。

其实洗衣机厂家一直以来都是采用铜线来制造电机，近几年来逐渐采用铝线替换电机中的铜线，主要还是由于铜材料的价格不断上升。由于铝线电机比纯铜线电机差价达20-30元，一些品牌迫于成本压力，洗衣机均采用铝线电机。对波轮洗衣机而言，几十块钱的差价，几乎相当于一台洗衣机的利润，这也是这些厂家采用铝线电机的直接原因。

一些洗衣机厂家用铝线代替电机中的铜线，或者采用了铜包铝的手段，虽然价格更加低廉，但是仍存在许多问题需要解决。铝比铜的电阻大，因而发热量更高，在焊接等工艺不完善时，很容易出现安全问题。在能耗、低碳和环保等要求方面，也是铜电机占据了绝对的优势。由于目前铝线电机没有完善的技术支撑，在电机运转时，铜线电机最高温度也就70-80度，可是铝线电机就可能达到90-100度。温度升高后，由于焊接工艺存在隐患，主要是因为铝熔点低且容易折断，使用时间长后也容易发生变形，电机性能容易出现不稳定，会缩短使用寿命。而且在相同的洗衣时间下，铝线电机能效较低，要花费更多的电量。

铝就做电机而言，是无法与铜相比的。铝的电阻率高，发热严重。铝的耐腐蚀性也不好，尤其是高温下，会生成三氧化二铝，接头或焊接处电阻变大甚至过热烧断。铝电机的性能随着时间不断恶化，寿命不稳定。而铜漆包线的优势明显：导电率高、工艺成熟、质量可靠。不过，近年来铜等原材料价格的不断上扬让家电企业伤透脑筋。电机作为很多家电的重要部件，降低这一产品采购价格对于家电企业的重要性不言而喻。

其实铝线电机也有很多优势：第一，铜铝价格存在差异，使铝线在使用成本上有较大优势，同样的电机，使用铝线比使用铜线的成本低30%左右。第二，对洗衣机企业而言，使用铝线电机的占用资金也比铜线电机少。第三，铝的密度只有铜的1/3，因此铝线重量比铜线轻很多，可以降低家电物流成本。

另外，不仅成本低，铝线在性能上也有优势，耐高电压、耐热冲击性和热性能都优于铜线。在相同工作温度下，相同油漆结构下铝线的寿命是铜线的4倍以上。

如果能解决温升、效率、槽满率、寿命几方面的问题，用铝线电机替代铜线电机也是可以的。选择合适的线径可能将温升同原来一样，线径比铜线增大20～30%，效率会比铜线低3%。槽形和线径要很好配合，增大槽满率。要对外露铝线或接头处进行严密封装，避免受电蚀及氧化，增加电机寿命。

铝线电机的效率在其他条件都有限制的情况下肯定是比不上铜线的，但是铝线电机可以用更大的线径和更多的匝数来弥补这个问题。在一切都做到很好的条件下，铝线电机效率比铜线电机差不了多少或者很接近。

目前洗衣机电机标准并未对产品使用的材料进行限定，铝线电机对性能的影响目前也均在国家标准的及格线内。而对于使用寿命的影响，由于产品上市时间尚短，还不能了解其是否能达到国家规定的10年。在家电的国家标准中，一般都不会对产品的使用材料进行过多的限定，其目的就是鼓励原材料升级换代。对于家电用钢、铜、塑料等材料，出于节能环保的需求，鼓励运用更合适的材料。就是在保证产品质量、性能、可靠性等不变的前提下，使用更少的、更便宜的材料。由于我国是贫铜富铝国家，家电生产中使用的铜大量依靠进口，因此铝代铜是原材料替代研究的重点。

如果产品性能有所降低，但在国家标准允许的范围之内，而且售价也因此降低，就不能认为企业是偷工减料，因为我国是一个多元化的消费市场，不同档次的产品都会找到自己的市场。对于核心部件的原材料替代及替代将产生的后果，企业应该尊重消费者的知情权，在产品销售前进行科学、诚实的明示，让消费者根据自己的需要和自身条件进行选择。

对于如何鉴别铜铝电机，提供几种方法给大家：

（1）铝的物理性能问题不容易象铜线拉丝拉的很细，所以一般同样功率的电机铝线就稍粗一些。

（2）因为同等截面积的铝线的电阻值比铜线高，所以要获得一样的电流，势必加大铝线的截面积，也就是直径大。

（3）要做成同等功率的电机，因铝线线径加粗，绕组就增加，原来设计的矽钢片的线槽就无法满足绕组嵌入。为此，只能扩大线槽，而扩大线槽唯一的办法，就是增大定子的外径和厚度。

电解铜篇6

关键词：电子废弃物；铜；金；绿色化学法

文章编号：1005–6629（2013）8–0073–03中图分类号：G633.8文献标识码：B

随着电子工业技术的迅猛发展及电子产品需求市场的不断膨胀，电子产品的数量也迅速增长。据2010年联合国环境规划署的报告，我国已成为世界第二大电子垃圾生产国，每年生产超过230万吨电子垃圾，仅次于美国的300万吨。到2022年，我国的废旧电脑将比2007年翻一番到两番，废弃手机将增长7倍。据估计，目前全世界70%的电子垃圾被运往中国进行处理。由于电子废弃物中含有大量的重金属（如汞、铅、镉等）、多氯联苯及卤素阻燃剂，按照《巴塞尔公约》附录中的规定，被列为危险废物[1]。换一个角度来看，电子废弃物又不是一种简单的普通废弃物，而是一个含有金、银、铂、铑等贵金属及铜、铁、镍等基本金属的资源富集体。据统计[2]，1吨随意搜集的电子板卡中含有约272kg的塑料、130kg铜、0.45kg金、41kg铁、30kg铅、20kg锡、18kg镍和10kg锑。因此，在地球矿产资源日趋耗竭的情况下，将电子废弃物作为二次资源回收再利用具有重要的现实意义。

电子废弃物中金属回收的工艺流程如图1所示。其工艺可分为前处理及后续处理2个阶段。前处理指机械处理方法，后续处理包括火法冶金、湿法冶金和生物方法等。回收的意义在于减少污染，节约能源。绿色化学是设计和研究没有或尽可能小的环境副作用的、并在技术上、经济上可行的化学过程。因此，本文拟从可持续发展的角度出发，着重介绍电子废弃物的后续处理步骤，即绿色化学法回收电子废弃物中的铜和金。

1铜回收

铜作为印刷线路板中含量最高的基本金属，其回收受到人们广泛的关注。目前化学法回收铜常用的方法有硝酸-硫酸法和氨水-氯化铵法。尽管这些方法对铜的回收率较高，而且试剂价格便宜，但由于在回收铜过程中会产生氮氧化物和氨气，易造成二次污染。以下介绍两种绿色化学方法回收铜，即双氧水法[3]和氯化铜法[4]。

1.1双氧水法

双氧水的学名是过氧化氢，呈弱酸性。中学实验室常用过氧化氢制取氧气。它的分子是由2个氢原子和2个氧原子构成的，化学式为H2O2。从化学式可看出分子中比水分子多一个氧原子，具有很强的氧化性。双氧水发生氧化反应后生成的是无任何毒害、无任何污染的水，不会形成二次污染。双氧水法回收铜的主要成分为H2SO4和H2O2。

1.1.1双氧水法溶铜原理

硫酸-双氧水溶液通过氧化还原反应回收电子废弃物中的铜。过氧化氢在酸性条件下有很强的氧化性，易分解出原子态氧，将铜氧化成氧化铜。

H2O2H2O+[O]（1）

Cu+[O]CuO（2）

CuO+H2SO4CuSO4+H2O（3）

总的反应式为：

H2O2+Cu+H2SO4CuSO4+2H2O（4）

由方程式（4）可以看出，溶铜过程中，双氧水和硫酸不断消耗，生成蓝色的硫酸铜水溶液。硫酸-双氧水溶液组成非常简单，反应后的产物只有硫酸铜。反应液经过回收铜处理后可以得到纯度很高的硫酸铜晶体，整个工艺过程中无废水排放，对环境友好。

纯净的硫酸-双氧水溶液是稳定的，但当溶液中重金属离子铜的浓度逐渐增大时，将加速双氧水分解，造成双氧水用量的增大，提高了该工艺的生产成本。因此，解决溶液的稳定性是决定该法发展前途的关键。

1.2氯化铜法

酸性氯化铜溶液因具有溶铜速度快，稳定、易控制及容易再生等优点，普遍应用于目前的印刷线路板（PCB）的蚀刻工序中。酸性氯化铜溶液的主要组成为HCl和CuCl2。

1.2.1氯化铜法溶铜原理

铜原子的最外两层的电子结构为3s23p63d104s1，10个d电子中有一个比较容易激发到最外层，因此铜的价态主要是+2和+1。当具有孤对电子的Cl-与具有空轨道的Cu2+或Cu+相遇时，形成配位数不等的络离子。

Cu2+在水溶液中形成[Cu（H2O）4]2+，当加入盐酸时，溶液由蓝变绿，最后形成黄色或棕黄色的溶液。这是由于Cl-逐渐取代了[Cu（H2O）4]2+中的H2O而形成黄色的[CuCl4]2-的结果。[Cu（H2O）4]2+与[CuCl4]2-并存时溶液呈绿色。

[CuCl4]2-的络合反应为：

Cu2++4Cl-[CuCl4]2-（5）

当酸性氯化铜溶液与单质铜接触时会发生如下反应：

Cu+[CuCl4]2-2[CuCl2]-（6）

反应式（6）表示酸性氯化铜溶液回收铜的过程，即单质Cu与Cu2+生成两个Cu+的过程。反应中生成的CuCl沉淀与HCl反应生成[CuCl2]-而溶解，以致溶铜反应顺利进行。显然，酸性氯化铜法回收电子废弃物中铜的净结果是将单质铜氧化为Cu+而溶解到酸性氯化铜溶液中。

1.2.2酸性氯化铜溶液的再生和铜回收

随着溶铜反应的进行，酸性氯化铜溶液中Cu2+浓度不断减小，当Cu2+消耗至一定程度后，酸性氯化铜溶液溶铜能力将无法满足生产要求而需要再生。酸性氯化铜溶液再生是在维持溶液中其他成分不变的前提下，使溶液中的Cu+氧化为Cu2+。

电化学再生法是一种在线的再生方法，可以在阳极实现酸性氯化铜溶液再生的同时，还可在阴极沉积回收铜，使溶铜过程中增加的铜得以回收。电化学再生又称为电解再生，其基本原理为：在电解池的阳极区，Cu+发生氧化反应生成Cu2+；在电解池的阴极区，Cu2+发生还原反应生成Cu。其电极反应式为：

阳极区：4Cl-+2[CuCl2]--2e2[CuCl4]2-（7）

阴极区：[CuCl4]2-+2eCu+4Cl-（8）

该再生方法不加入任何氧化剂，几乎不排出任何废液、废气，为绿色环保工艺，符合循环经济的要求。产出的金属铜，为PCB企业增加额外的销售收入，对利润日益变薄的印制板制造业来说，这是一份不菲的经济贡献。

2金回收

金作为印刷线路板中含量最高的贵金属，其回收价值重大。化学上，金是一种过渡金属，在溶解后可以形成单价及三价正离子。金化学性质稳定，与大部分氧化物都不会发生化学反应。因此，溶金的过程中通常不仅需要氧化剂，而且还需要合适的络合剂。目前回收金常用的试剂是王水和氰化物。王水氧化性强，腐蚀性强，且溶解金属过程中有氮氧化合物的生成，易造成二次污染；而氰化物的毒性大，反应时间长。硫代硫酸盐法[5]和碘化法[6]是目前回收金的两种主要绿色化学方法。

2.1硫代硫酸盐法

硫代硫酸盐法因无毒、在碱性介质中溶金，被国内外认为是最具有应用前景的无毒提金方法。硫代硫酸盐是含有S2O32-基团的化合物，可看作是硫酸盐中一个氧原子被硫原子取代的产物。硫代硫酸盐与酸作用时形成的硫代硫酸立即分解为硫和亚硫酸，后者又立即分解为二氧化硫和水，反应式为：

3结语

随着现代社会的发展，对金属的需求量越来越大，而矿产资源却在不断的减少，二次资源的回收利用变得越来越重要。采用绿色化学方法回收电子废弃物中的金属，不仅为国家带来了一定的经济利益，同时也保护了我们的生存环境。

参考文献：

[1]毛玉如，李兴.电子废弃物现状与回收处理探讨[J].再生资源研究，2004，（2）：11～14.

[2]张婷，王勇，盛广能，吕承凯.电子废弃物中的金属回收技术[J].电子产品可靠性与环境实验，2009，27（2）：33～36.

[3]张志军，周丽娜.从印刷线路板废料中回收铜的研究[J].辽宁化工，2005，34（3）：93～95.

[4]王红华，蒋玉思.酸性氯化铜液蚀刻化学以及蚀刻液再生方法评述[J].环境保护，2008，（10）：57～60.