电镀铜实验报告.docx

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电镀铜实验报告

电镀铜实验报告

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镀金在工业、装潢、艺术等诸多领域都有着重要的应用，但目前我国现有的技术，特别是工业上所使用的镀金技术都存在着高能耗、高污染、低效率的缺陷，造成能资源浪费、成本过高、环境污染等一系列问题，不利于建设资源节约型、环境友好型的社会，阻碍新型化工业的发展。

同时，我们小组的成员在生活中发现，有许多金属采用了镀铜技术，使金属更为美观、耐用。

但经过上网搜索发现，绝大多数镀铜技术为有电镀铜，只能用于工业，对于小件金属镀铜显得太过复杂，出于为祖国科技发展贡献力量的热情，同时也出于个人兴趣以及自我提高、自我充实的目的，我们小组设计实验，探寻节能、简便、实用、可行，更适合于在生活中应用的无电镀铜技术。

二、课题研究的目标：

对无电镀铜的方法有所了解，用简易工具、原料，探寻无电镀铜的方法：

在铁钉、刀片等金属上镀上一层铜膜。

同时在传统镀铜工业的基础上，增进知识，做一个有心的化学学习者。

三、课题的新颖性：

出于对化学学科的浓厚兴趣，小组成员主动提出探究镀铜的方法，在课题研究的过程中打破了传统镀铜思想的束缚，自己动手做试验，并大胆提出问题与猜想，用一种全新的理念思考问题，另辟蹊径，探寻新思路、新方法。

四、可行性分析：

运用电镀的原理，设计了实验，该实验遵循科学性、可行性，小组成员自备实验器材与相关药品，比如常见金属铜、铁，普通家庭中易获得的食盐，白醋等进行实验，简便可行。

五、课题研究方案（内容、方法、途径）：

1.通过高一第一学期对金属的学习，小组成员对于镀金属的方法产生了浓厚的兴趣。

2.小组成员通过图书馆，网络等多方面途径，查阅大量资料，搜集和积累有关文献，对每一种传统镀铜方法进行细致、全面的评价。

3.大家齐心协力经过严密的讨论，设计了实验。

4.按照设计的实验，自备实验药品，请教化学老师，作了充分的准备工作，自己动手。

5.在实验后，大家撰写论文和实验报告，亲身感受无电镀铜的优点与化学的神奇魅力。

六、论文：

对“无电镀铜”的研究

（一）引子

无论是从化学还是生活的领域上说，我们对铜并不陌生。

铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。

自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。

现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2-3%左右。

铜具有许多可贵而优异的物理化学特性和奇妙的功能，不但为人类社会的进步作出了不可磨灭的贡献，而且随着人类文明的发展不断开发出新的用途。

从化学1中，我们已学了不少关于铜的化学知识。

铜的性质，特征，种类及冶炼方法。

我们知道了铜的热导率很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且有很好的抗蚀性、可塑性、延展性。

而常见的铜，有黄矿铜，孔雀石等。

至于冶炼铜的方法，我们已学了电解法（电解氯化铜溶液），湿法炼铜，生物炼铜和粗铜的精炼等。

那么，如何用简便的方法镀铜，以此来应用于我们的生活中呢？

经过化学课上的学习，本化学小组对镀铜产生了浓厚的兴趣，大家共同合作进行了深入的探究。

（二）传统镀铜方法

一般来说，现在所使用的传统镀铜方法有非金属流液镀铜法，无氰镀铜液及无氰镀铜法，通路孔镀铜法，小直径孔镀铜法，不溶阳极电镀铜法，半导体活化材料化学镀铜法，非水体系储氢合金粉的化学镀铜法，绝缘瓷套低温自催化镀铜法，碳纤维均匀镀铜工艺，陶瓷玻璃常温化学镀铜法等。

由于涉及专利问题，以上镀铜方法均不能找到详细过程。

但是我们在探究的过程中发现，以上这些镀铜方法往往耗资巨大，因为大多镀铜工艺适用于工业，因此在操作过程中具有一定危险性与困难性，也曾发生过在镀铜工艺过程中工作人员中毒的事件。

因此，探究新的，更安全，更合理，更简便的镀铜方法也是科学家们迫在眉睫的研究问题。

（三）关于无电镀铜

此为日本东京株式会社日矿材料申请的专利。

一种无电镀铜溶液，其特征在于与第一还原剂一起使用作为第二还原剂的次磷酸或次磷酸盐，并同时使用抑制铜沉积的稳定剂。

第一还原剂包括福尔马林和二羟乙酸，次磷酸盐包括次磷酸钠、次磷酸钾和次磷酸铵。

抑制铜沉积的稳定剂包括烟酸、硫脲、2-巯基苯或巯基乙酸。

在较难发生镀敷反应的镜面（例如半导体晶片等）上无电镀铜时，该无电镀铜溶液可以在降低的温度下上实现均匀镀敷。

铜金属的无电电镀制成的阻挡层沉积能给人们带来很多好处。

它适应集约型工业的特点，环保安全，适合科技工作者的研究与工业上技术的进一步革新；在工业上有广泛应用，如上图所示，它可作为电镀铜的有效补充，是高新工艺的重要组成部分。

据乐观估计，未来在镀铜工业上无电镀铜将会有更广阔的发展前景。

无电镀铜的优点中，有对双向导电的选择性，有再沉积一种无定形合金的可能性，有通过加入一种第三组份而使二元合金的性质增强化的好处，有高可靠性和低成本费用。

在集成电路的结构中在铜和钴的面上，在碱性溶液中常沉积一层富钴的钴——钨——磷三元合金。

合金中磷的成分较高（以重量计约11％），低的第三组份钨（约以重量计占2％）。

以无电镀铜膜作为后续电镀铜的晶种层,得到纯度相当高,表面粗糙度低,电阻系数低,残留应力低,填充能力极佳的铜金属内连线，具有绝佳的平整度与良好的阶梯覆盖性,

铜镀层与

几何结构一致成份纯且均匀,此一整合性低温电化学镀铜法,非常适合作为下一时代90nm以下超大型积体电路中金属内连线之使用。

（四）探究无电镀铜的实验

[实验目的]探究学生利用日常材料进行无电镀铜的可行性

[实验原理]

所谓电镀，就是应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。

[关于实验的猜想与问题]

1.铜片在氨水中浸没时与在玻璃罐中时的状态是否相同？

2.在将铜片放入溶液中后，为什么铜绿会消失，铜片会露出金属的本色，而铜片表面又为

什么会有气泡产生？

[实验时间]2007年2月2日下午第四节课

[实验场所]效实中学化学实验室

[实验用品]

氨水、铜片（约20枚）、盘子、足量餐巾纸、百洁丝、铁钉（约4枚）、足量食盐、足量白醋，茶匙，玻璃罐2个，盘子2个，纸巾若干

[实验步骤]

1、取20枚铜片及足量餐巾纸，准备好盘子放于通风处，先将几层纸巾均匀平铺于盘子上，然后将铜片均匀置于餐巾纸上。

2、将氨水淋在铜片上，使得铜片刚好浸没在氨水中，晾干。

观察到氨水在倒入盘子后迅速放出有刺激性气味的气体，在很长一段时间内刺鼻气味没有消失。

当氨水浸没铜片后约三分钟，餐巾纸上呈现出蓝色，且在铜片晾干后，表面形成一层铜绿。

（铜片与氨水和空气中的二氧化碳反应，生成了碱式碳酸铜和氨气，放出的有刺激性气味的气体即为氨气。

推测实验方程式：

2cu+nh3·h20+co2=cu2（oh）2co3+nh3↑）

3、将白醋倒入玻璃瓶中（约半瓶），然后将半勺食盐倒入玻璃瓶中，用茶匙搅拌直至食盐完全溶解。

4将20枚铜片放入玻璃瓶里静置。

观察到铜片表面的铜绿基本消失，铜片露出铜的金属本色，铜片表面有气泡产生。

5.用百洁丝擦拭铁钉表面，直到铁钉露出金属光泽。

然后将铁钉放入玻璃罐中，静置过夜。

观察到：

将铁钉投入溶液后，立即有大量气泡产生，并附着于其表面。

6.将玻璃瓶静置于阴凉通风处二至三日，观察到：

过夜后铁钉表面形成了一层铜膜，并随着时间的推移铜膜逐渐致密。

当玻璃瓶被静置后数日，仍能看到有气泡产生，同时溶液呈橘红色，铁钉与铜片较刚放入时显现出更明亮的光泽。

[误差分析]

1、因时间关系，铜片在没有完全晾干的情况下，或是铁钉表面的铁锈没有完全被百洁丝擦去，未充分显出光泽时，即被投入白醋中，可能造成误差或使现象不明显。

2、白醋及氨水的质量得不到充分保证，用量尚需斟酌。

3、由于实验所需材料均为自备（除氨水与铜片外），因此与专业材料相比，难免在用量与用法上有所误差，这可能造成实验结果不明显。

[实验结论]

经过较长时间的静置，玻璃瓶中的铁钉表面已覆盖上一层薄膜，表面显铜的自然光泽，

－这表明用此法镀铜取得一定成效。

（cu－2e＝cu2+）

猜测铜离子与醋酸以及氢氧根反应，生成铜、甲酸氢根与氢气。

推测实验方程式：

+--cu2+2ch3cooh+4oh=cu+2hc2o4+5h2↑

（五）对于实验的评价

1.关于化学学习：

根据以上结论，我们了解了“无电镀铜”的基本方法，将“有电镀铜”和“无电镀铜”紧密的结合在一起，并且这个实验在实验室就能完成，简单方便，我们从中更体会到了化学的灵活性以及化学与生活的紧密联系。

2.关于实验：

科学性：

不断地通过学习、思考、研究获取新知识，并且学以致用，解决实际问题。

时效性：

无电镀铜是当今社会的一大化学热点，对它的研究就意味着跟上时代的脚步，就是对世界的充分了解，就是快速的溶入整个世界，具有现代化学理念。

创新性：

在实验室中进行这个无电镀铜的实验，不同与其他的试验，试验场所发生了质的飞跃，从仪器精密的工厂了，来到了简单方便的实验室，把程序繁琐的试验过程变成了简单的试验探索，这也就是其创新意义之所在：

删繁就简。

探索性：

“无电镀铜”对于大多数的同学来说还是比较陌生的，所以无电镀铜这个试验也是对不知道的化学领域的探索研究。

通过这次实验，我们不仅加深了对化学的了解，更是体验到了探索精神和乐趣。

合理性：

本次课题研究，先由课题选择、查阅资料、再制订实验方案、再进行实验，以验证理论推想，最终得出结论。

理论指导了实践，实践验证了理论，最后形成结论，完成了“理论——实践——理论”三步走，整个过程思路清晰、完整、有条理。

可行性：

本次课题研究中所用器材和药品都是很常见且简易的，基本可以在家庭的厨房中找到，成本低廉，这也是本次课题——无电镀铜的最大优点。

有待进一步完善的问题：

其一是速度太慢，需1—2天小铁钉才能完整地镀上铜膜；

其二是4—5天后仍浸在介质中的刀片表面铜膜脱落，刀面呈黑色。

可见如要将该法应用于工业生产中需对此法的生产工艺作进一步的研究，以完善其实用性。

3.关于实验细节：

值得学习的地方：

（1）.实验进行的严密性：

这里的严密性不仅仅是指实验步骤的严密，也是指实验前对可能发生的意外作出的周密思考，对于有刺激性气味的化学反应过程，均在通风处完成；所有药品的取、放以及实验操作都严格遵守实验规范。

（2）.多次实验看结果：

不同与普遍的化学实验，出于严谨考虑，本次实验我们作了多组平行试验，在实验过程中及时记录实验现象，并持续跟踪观察、记录，使实验结果更有代表性，更能说明问题。

可以改进的地方：

（1）.实验器材的精确性：

实验器材应该新买，而不应该个人准备，虽然这只是一个小实验，但药品的纯度则会对实验造成影响。

4.关于小组合作：

（1）.在此实验前，小组成员进行了积极且充分的准备，除铜片和氨水外，所有的器材和药品都由组员从各自家中带来，并及时与老师沟通借用所缺的实验用品、确定实验场所，并且查阅相关的资料。

（2）.实验时，组员团结一致，分工合作，服从命令，合理统筹。

整个实验过程紧凑、高效，用时约2/3小时，又快又好地完成了预期的实验任务。

在实验中，小组成员本着安全实验，实事求是的原则和科学严谨的态度，力求圆满。

（3）.实验结束后，在组长牵头主持下，小组进行了实验总结，并着手撰写相关论文和实验报告。

5.关于实验成果

我们成功地在铁钉、刀片上镀上了一层铜膜，取得了预期的效果，验证了实验前的推理和判断。

七、成果形式：

两个装有铜片的玻璃罐，一份综合的实验报告，一篇研究性学习活动论文。

八感想：

这次的实验不仅对于我们以后在化学的学习上会有很大帮助，而且在以后的社会生活中也会受益无穷。

因为我们明白了如何合理利用铜及对铜的收藏。

这也为步入科技发达的社会做好了很好的理论铺垫。

这次实验不仅有利于整个大的环境，也有利于我们这黄金一代综合素质的提高，真可谓是益处