事先声明:本人高三牲,化学水平有限,仅代表一种猜测。如有不当之处,还望指正!
我在家中实验并未使用锌粉与氢氧化钠直接反应,而使用氧化锌-氢氧化钠悬浊液,加热冷却后过滤,所得滤液取样滴加草酸后生成白色沉淀,证明滤液中含四羟基合锌酸钠。
将滤液置于烧杯,在微热条件下,插入铜片,无明显变化(仅液面上方铜片变黑,生成CuO)
插入锌片,无明显变化。
将铜片与锌片上端触碰在一起,观察到铜片上立即产生Zn镀层,直至液面下Cu片均呈银白色,停止实验(未继续进行实验验证此后是否能继续镀锌)。未观察到明显气泡生成。
若无微热条件,则无明显现象。
若在室温下,在滤液中插入石墨(阳极)、铜片(阴极),用两节干电池电解,可以观察到铜片上产生锌镀层,但断电后镀层迅速溶解。
为此,结合三楼的实验现象与结论,并问了问deepseek,我给出猜测:必须同时存在Zn单质和Cu单质彼此接触,Zn片上的Zn发生氧化反应,生成四羟基合锌酸根离子进入溶液,溶液中四羟基合锌酸根离子在Cu片上发生还原反应,在Cu表面产生Zn镀层。总反应为Zn(片状)====Zn(Cu上)。我认为这个反应能自发发生的原因为Zn-Cu可形成合金,高度稳定。Zn-Cu界面上生成一层薄的锌铜合金,释放能量,且此能量高于破坏Zn-Zn金属键的能量,于是Zn自发从Zn片上“移动”到Cu片上,直至Zn镀层足够厚,Cu基底影响忽略,反应中止,体系动态平衡。
至于使用锌粉和氢氧化钠溶液反应的环境,我认为生成氢气是锌粉与氢氧化钠直接反应的结果(deepseek到气体在电极上生成的过电位很高,因此Cu片上以镀锌为主,不影响或微影响锌镀层;Zn粉由于比表面积大而在Zn粉中生成H2),为副反应。