电原理的应用精品教案.docx

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电原理的应用精品教案

第三节电解池

［实验引入］

［师］请大家仔细观察下面两个实验的组成装置（如图），并分析实验产生的现象。

［演示实验1］把一根锌电极和一根碳电极平行地插入盛有CuCl2溶液的小烧杯中，用导线连接，并在导线中间接入一个电流计，如图Ⅰ，观察发生的现象。

［演示实验2］在另一个小烧杯中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，如图Ⅱ连接，观察现象。

［演示实验3］把图Ⅱ装置改成图Ⅲ样，并把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与电源正极相连的电极附近，接通直流电源（向学生指明电源的正负极），观察现象。

［甲同学回答Ⅰ的现象］电流表指针发生偏转，碳电极上有红色物质出现。

［乙同学回答Ⅱ的现象］实验Ⅱ中没有明显现象发生。

［丙同学回答Ⅲ的现象］与电源负极相连的碳电极上有红色物质析出，与电源正极相连的碳电极上有气泡放出，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。

［教师对学生的回答作出评价］

［师］请大家思考并回答实验1、2所发生现象的原因。

［学生思考后回答］实验1的装置为原电池装置，其中锌电极为负极，碳电极为正极，形成闭合回路时，锌失去电子变为锌离子进入溶液，电子沿导线流入碳电极，溶液中的铜离子在碳电极上得电子变成铜析出，这也是碳电极上析出红色物质的原因。

电流表的指针发生偏转是由于化学能转变成了电能的缘故。

实验2因不符合构成原电池的条件，故不发生化学反应。

［追问］形成原电池的条件是什么？

［生］两根活性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路。

［教师总结］很好！

原电池是我们高二学过的内容，其特点是可把化学能自发地转变为电能，其中电子流出的一极为负极，发生氧化反应（草板书：

Zn－2e－===Zn2＋），电子流入的一极为正极（草板书：

Cu2＋＋2e－===Cu），发生还原反应，而电流的方向与电子的流动方向恰恰相反，即由正极经导线流向负极。

［想一想］原电池的电解质溶液中，阴、阳离子的运动方向如何？

答案：

电解质溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动（如在图Ⅰ中，Cu2＋离子移向正极碳电极上得电子，为保持电荷平衡，Cl－移向负极锌电极，因其周围有较多的阳离子——锌离子）。

［议一议］实验2和3的装置有何区别？

引起它们实验现象不同的原因是什么？

对于实验3中出现的现象你能解释吗？

［学生分组讨论，并汇报讨论结果，进行交流］

答案：

实验2和3的装置区别在于：

实验3比实验2多了一个直流电源装置；这说明实验3产生的现象皆是因通直流电的缘故。

与电源负极相连的碳电极上出现的红色物质，分明是铜，这说明溶液中的Cu2＋在该电极上得电子被还原成了铜单质；与电源正极相连的碳棒上有气体放出，且该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，分析溶液的组成并结合已知现象，可推得该气体一定是氯气，且必定是溶液中的Cl－在电极上失电子发生氧化反应所致。

［教师总结］由以上的讨论我们可知，实验3中发生的化学变化是由于通了直流电的缘故，即通电导致了化学反应的发生，亦即，电能转变成了化学能，在这个能量转化的过程中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行。

化学上，我们把这个过程叫做电解。

而电解原理及其应用便是我们本单元所要学习的重点内容。

［板书］第四单元电解原理及其应用

［过渡］本节课我们重点学习电解原理。

［板书］第一节电解原理

一、电解原理

［讲解］我们刚才所做的实验3，实际上就是在电解CuCl2溶液。

电解时，两根相同的碳电极上分别发生了不同的反应，产生了不同的现象。

为了区别这两根电极，我们把与电源负极相连的电极叫阴极，把与电源正极相连的电极称阳极。

请大家以电解CuCl2溶液为例，写出阴、阳两极发生反应的电极反应式，并标出是氧化反应还是还原反应。

［学生练习，请一位同学上黑板写出］

［学生板书］阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu（还原反应）

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）

［师］上述电解反应的总反应式可写为：

［板书］CuCl2

Cu＋Cl2↑

［师］于是，我们可以把电解定义为：

［讲解并板书］1.电解：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。

［讲解］这种借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。

［板书］2.电解池（电解槽）：

把电能转变为化学能的装置。

［想一想］电解池通电发生反应时，其阴极得到的电子总数和阳极失去的电子总数是否相等？

答案：

相等

［思考］电解池通直流电后，电解质溶液中的阴、阳离子怎样运动？

与原电池中的离子运动相比较。

答案：

电解池通电时，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动；在原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。

［师］电解质溶液在通电前后的离子运动情况我们可表示如下：

［电脑演示CuCl2溶液在通电前后的运动情况，可按下图设计成三维动画］

［讲解］通电前，Cu2＋和Cl－在溶液里自由地移动着（如图Ⅰ所示）；通电后，在电场的作用下，这些自由移动的离子，改作定向移动。

带负电的阴离子向阳极移动，带正电的阳离子向阴极移动（如图Ⅱ所示）。

在阳极，Cl－失去电子被氧化成氯原子，并两两结合成Cl2，从阳极放出。

在阴极，Cu2＋获得电子被还原成铜原子，覆盖在阴极石墨棒上。

这样，电流就依靠溶液里阴离子和阳离子的定向移动而通过溶液，所以电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程。

电解质溶液电解时的两极反应及电子移动的情况我们可图示如下：

［投影展示下图］

电解池与直流电源的连接

［讲解］由上图可以看出，在电解池中，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，阳离子在阴极得到电子发生还原反应；阴离子在阳极失去电子，发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，沿导线流回电源的正极。

电解CuCl2溶液的化学反应方程式实际上就是阳极上的反应和阴极上的反应的总和。

［思考］金属的导电和电解质溶液的导电是否一样？

答案：

不一样。

金属导电是由于自由电子的定向移动；电解质溶液导电是由于阴、阳离子的定向移动。

［设问］在CuCl2溶液中，是否只有Cu2＋和Cl－？

［生］不是！

还有水电离出的H＋和OH－。

［追问］通电时，它们分别向哪一极移动？

［生］H＋向阴极移动，OH－向阳极移动。

［进一步追问］那么，在阴极为何是Cu2＋得电子而不是H＋？

在阳极为何是Cl－失电子而不是OH－？

难道这里有什么规则吗？

请大家讨论后回答。

［学生讨论，并回答］一定是Cu2＋比H＋更易得电子，而Cl－比OH－更易失电子，得失电子的性质，实质上就是离子氧化性和还原性的体现，因此，可得出的结论是：

氧化性越强的离子越易得电子，还原性越强的粒子越易失电子。

［教师总结］由大家刚才的讨论可知，电解时，当电解质溶液中同时含有多种离子时，应首先考虑何者更易得电子，何者更易失电子，然后再来分析电极上发生的化学反应。

［讲解］阳离子得电子，阴离子失电子统称为离子放电。

学习电解原理，掌握离子的放电顺序是很重要的。

［板书］3.离子放电顺序。

［讲解］离子放电顺序实际上是和阴、阳离子的还原性和氧化性相对应的，其大体顺序是：

［讲解并板书］

（1）阳离子放电顺序

（2）阴离子放电顺序

［投影练习］写出用石墨电解下列溶液的电极反应式

CuSO4Na2SO4H2SO4HClNaOHH2O

［学生练习，教师巡视］

［请两位同学上黑板书写，各写3个］

［学生草板书］

CuSO4:

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

HCl:

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

［教师评价］

［总结］由以上电极反应式并结合离子放电顺序可以看出：

含氧酸溶液、强碱溶液以及活泼金属含氧酸盐溶液的电解，实质为电解水。

电解质本身起增强水的导电性的作用。

［想一想］若实验1的装置通上直流电，其现象与实验3是否相同呢？

［学生思考后回答］

甲种回答：

现象一样，因为电解的同是CuCl2溶液。

乙种回答：

现象不一样，因为它们所用电极不一样。

［师］实践是检验真理的惟一标准，下面我们通过实验来进行甄别。

［演示实验4］用碳电极作阴极，锌电极作阳极电解CuCl2溶液。

［提示学生和实验3现象比较］

［问］上述实验与实验3的现象有何异同？

［生］相同点：

阴极均有红色物质出现；

不同点：

实验3的阳极有气体产生，实验4没有。

［问］你知道这是为什么吗？

［生］必定是因为锌作阳极之故。

［师］那么，你能写出实验4的电极反应式吗？

［教师指导学生书写，得到下式］

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

Zn－2e－===Zn2＋

［小结］电解时，若用金属电极作阳极，则阳极首先是金属电极失电子发生氧化反应（金、铂做电极除外）

［过渡］今天我们所认识的电解池与以前学过的原电池在能量转换方面正好是相反的。

请大家以铜、锌原电池（稀H2SO4为电解质）和电解CuCl2溶液的电解池为例，比较它们在组成、原理和功能等方面的差别。

［学生讨论、比较］

［教师板书］4.原电池和电解池的比较。

［投影展示］原电池和电解池的比较。

［根据讨论结果，填写上表］

答案：

［投影练习］

指出下列装置名称，写出电极名称、电极反应式

答案：

A为原电池，B为电解池，且A为B的电解提供电能。

A：

C正极：

2H＋＋2e－===H2↑

Fe负极：

Fe－2e－===Fe2＋

B:

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

［过渡］有关电解质溶液电解的知识，常常和物理学中的电学联系在一起，例如

［投影例题］

用石墨电极电解pH=3的稀硫酸溶液50mL，通电1h停止电解。

此时测得溶液的pH=2，已知每个电子所带的电量为1.6×10－19C，则下列说法正确的是（溶液密度均为1g·cm－3）

A.阴、阳两极共产生84L气体

B.阴、阳两极共产生3.75mol气体

C.电路中电流强度约为134A

D.溶液的质量减少25g

［学生练习，教师巡视］

［讲解］用石墨电极电解稀H2SO4溶液，实质上是电解水，所以电解前后溶液中的H＋的物质的量不变。

设电解后溶液的体积为V，则有10－3×50=10－2×VV=5mL。

故参与电解的水的质量：

m（H2O）=（50－5）×1=45g，n（H2O）=

=2.5mol，由2H2O===2H2↑＋O2↑,可知所得气体为2.5×3=3.75mol,B项正确，D项错；由于选项A中气体未指明状态，故A项错误；电解2.5mol水，转移电子数为2.5×2=5mol，由q=It，可知I=

≈134A,C项正确。

答案：

BC

［过渡］刚才我们学习了有关电解池和电解原理的知识，现在我们就在此基础上来认识电解原理的一些应用。

［板书］第一节电解原理（第二课时）

［师］请大家分析以下装置中的电极反应及反应现象。

并写出电极反应式。

［投影］

［请一位同学上黑板写出电极反应式］

［学生板书］阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

Cu－2e－===Cu2＋

［设问］电解一段时间后，我们能看到什么现象呢？

［生］阴极铜电极（a电极）变粗，阳极铜电极（b电极）变细。

［追问］假若阳极铜电极中含有锌、铁、镍、银、金等杂质时，电解时又将怎样呢？

请大家讨论后回答。

［学生分组讨论，并汇报讨论结果］

结论Ⅰ：

杂质金属均失电子变为阳离子Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋、Ag＋等，根据溶液中离子的放电顺序，银、金等的离子先在阴极铜棒上得电子成为单质析出。

结论Ⅱ：

活泼金属先失电子变为阳离子进入溶液，而Ag、Au等直接以原子的形式沉积下来（可由Pt、Au为惰性电极推得），溶液中的Cu2＋在阴极得电子被还原为铜单质。

［师］到底哪一种结论正确呢？

答案在这里！

［投影展示］电解精炼铜原理。

电解精炼铜原理

［讲解］由上图可以看出当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性顺序表中铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：

［草板书］Zn－2e－===Zn2＋Fe－2e－===Fe2＋Ni－2e－===Ni2＋

［讲解］但是它们的阳离子比Cu2＋难以还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液里。

而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等金属杂质，因为给出电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，当阳极上的Cu失去电子变成离子溶解之后，它们是以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥（阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料）。

［过渡］工业上就是通过以上电解原理来精炼铜的。

［板书］二、铜的电解精炼

［师］请大家阅读课本有关铜的电解精炼的内容，并回答以下问题：

［投影问题］

1.火法冶炼得到的铜为什么要进行精炼？

2.怎样用电解法精炼铜？

3.精炼铜时，电解液中的Cu2＋浓度是否会发生改变？

［学生看书后回答］

1.一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低导线的导电能力。

因此必须利用电解的方法精炼粗铜。

2.电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连，用纯铜片作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。

电解时，粗铜溶解，以Cu2＋的形式进入溶液，溶液中的Cu2＋在阴极得到电子而沉积，最后在阴极得到纯铜。

3.电解时，由于阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率相同，所以溶液中CuSO4的浓度基本保持不变。

［教师总结并板书］

1.火法冶炼铜不能满足电气工业要求。

2.铜的精炼

阳极：

Cu（粗铜）－2e－===Cu2＋

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu（精铜）

电解液：

CuSO4（含一定量H2SO4）

3.电解时，电解液的浓度基本不变。

［讲解］用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，它的纯度很高，可以达到99.95%～99.98%。

这种铜的导电性能良好，符合电气工业的要求，因此电解铜被广泛用以制作导线和电器等。

［思考］若电解时，用粗铜做阴极，纯铜做阳极，结果又会怎样呢？

答案：

纯铜溶解，以Cu2＋的形式进入溶液，Cu2＋在阴极得电子变为Cu附着在粗铜表面达不到精炼铜的目的。

［过渡］请大家看下列物品：

［展示镀金（或银）首饰、镀铜（或锌）首饰，且最好与真的金、银首饰相比较］

［问］仅仅凭外观，大家能辨别出其中的真伪吗？

［学生摇头］

［引入］那么，是什么技术使这些物品达到了以假乱真的效果呢？

那就是电镀！

［板书］三、电镀

［师］请大家看下面的实验

［演示实验］在烧杯里放入铜氨溶液，用一铁制钥匙（预先用酸洗净）作阴极，铜片作阳极。

通电，观察铁制品表面颜色的变化。

结果，银白色的铁制品表面变成了紫红色。

［以上实验可让学生上讲台演示］

［问］产生以上现象的原因是什么？

［请一位同学回答］

答案：

通电时，做为阳极的铜片失电子，以Cu2＋的形式进入溶液，而溶液中的Cu2＋在直流电作用下，向阴极移动，并在阴极得电子以铜单质的形式析出来，我们刚刚看到的紫红色，实际上就是析出来的铜。

［师］回答得很好！

以上这一过程实际上就是一个电镀过程。

［讲解并板书］1.电镀就是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

［思考］比较电镀和电解精炼铜的过程，其反应原理是否相同？

［学生思考后回答］相同！

它们都是金属阳极失电子发生氧化反应，阴极都是金属阳离子得电子发生还原反应。

［师］对！

电解精炼铜和电镀都是电解原理的具体应用。

［讲解］用于电镀的装置我们把它叫电镀池。

所用的电解质溶液叫电镀液。

［设问］电镀时，我们对电镀液和浸入电镀液的电极有无什么特殊的要求呢？

请大家结合电解原理进行讨论、分析。

［学生讨论后回答］

［教师板书］

阴极：

待镀金属制品。

阳极：

镀层金属。

电镀液：

含有镀层金属离子的电解质溶液。

［设问］电镀的目的仅仅是为了以假乱真吗？

［生］不是！

［追问］那么，电镀的真正目的是什么？

能否举例说明？

请大家阅读课本有关内容，并回答。

［板书］2.电镀的目的。

［学生阅读后回答］

电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。

例如：

自行车的把手及车圈，镀上一层铬后，既美观又耐蚀，铁制水龙头镀上耐蚀镀层后，可延长其使用寿命。

在铁、铝等的表面镀上金、银，不但物美价廉，而且可以节省资源。

［教师评价］很好！

［讲解］镀铜是一种应用最广的电镀方法。

其除了可直接用作金属制品的表层外，通常则主要用于电镀其他金属前的预镀层。

例如，在钢铁表面电镀其他金属时，往往要预先镀上一薄层铜，然后再镀所需镀的金属，这样可以使镀层更加牢固和光亮。

［引导学生看课本彩图中的电镀制品］

［展示形状一样的一电镀过的水龙头和一铁制水龙头］

［问］大家能否把这一铁制水龙头变成这般模样（指电镀水龙头）？

若能，怎样操作？

［生］能。

用铁制水龙头做阴极，用镀层金属做阳极，用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液，通入直流电即可。

［反问］真的就这么简单吗？

［讲解］从原理上讲，上述结论是正确的。

但实际操作却要复杂得多。

为了使镀层致密、坚固和光亮，生产中还要采取很多措施。

例如，在电镀前要对镀件进行抛光、除油、酸洗、水洗等预处理，并且还常在电镀液中加入一些盐类，以增加溶液的导电性，促进阳极的溶解，还要在电镀液中加入一些添加剂；在电镀时，要不断搅拌，并控制温度、电流、电压和使电解液的pH在一定范围之内。

［过渡］我们看待任何事物都应持一分为二的观点。

关于电镀，也不例外。

［板书］3.一分为二看电镀。

［师］请大家看下面的资料。

［投影展示］

资料一：

铬是银白色的金属，难熔（熔点1800℃），比重为7.1，和铁差不多。

铬是最硬的金属。

通常的铬都很脆，因为其中含有氢或微量的氧化物。

极纯的铬不脆，富有展性。

铬的化学性质很稳定，在常温下，放在空气中或浸在水里，不会生锈。

手表的外壳常是银闪闪的。

一些眼镜的金属架子，表带、汽车灯、自行车车把与钢圈、铁栏杆、照像机架子等，也都常镀一层铬，不仅美观，而且防锈。

所镀的铬层越薄，越是会紧贴在金属的表面，不易脱掉。

在一些炮筒、枪管内壁，所镀的铬层仅有0.005毫米厚，但是，发射了千百发炮弹、子弹以后，铬层依然还在。

资料二：

铬是一种银白色、有光泽、坚硬而耐腐蚀的金属。

铬化合物以二价（如氧化亚铬CrO）、三价（如三氧化二铬Cr2O3）、六价（如铬酸酐CrO3、铬酸钾K2CrO4、重铬酸钾K2Cr2O7等）的形式存在。

在天然水源中一般不含铬，如发现铬的化合物，则系由工业废水所污染。

在含铬废水中铬以六价和三价两种形式存在。

六价铬主要来源于机械、航空、仪表、电气和医疗器械制造工业的镀铬，其次生产铬酸盐和三氧化二铬的工厂也排出含六价铬的废水。

三价铬主要来源于皮革厂的铬鞣车间、染料厂的印花车间、制药厂的对硝基苯甲酸车间和香料厂等。

在铬的化合物中，六价铬的毒性最强，三价铬次之，二价铬和铬本身的毒性很小或无毒。

由于铬具有强氧化作用，所以中毒症状常以局部损害为主。

经呼吸道侵入人体者，首先侵害上呼吸道，引起鼻炎、咽炎、喉炎、支气管炎等。

长期作用，进而可引起肺部病变，如肺硬化、肺气肿、支气管扩张等。

资料三：

含镉、汞废水是世界上危害较大的工业废水之一。

化学工业、冶炼、电镀等生产部门是含镉、汞废水的重要来源。

镉进入人体后，造成积累性中毒，它首先引起肾脏损害，使肾小管再吸收不全，过多的钙长期从尿中损失得不到补充，就从骨骼中夺取钙，导致骨质疏松和骨骼软化，患者有无法忍受的骨痛感，故名“骨痛病”。

汞进入人体后，也会逐渐积累起来。

水俣（音ｙǔ）病的特征是以脑损害为主要特征。

因水俣病最早发现于日本九州一小镇——小俣而得名。

病因是甲基汞中毒。

汞中毒的病象：

口腔炎、齿龈炎、神经过敏、头痛、发抖、腹泻、作呕和贫血等。

资料四：

在电镀、煤气、焦化、冶金、金属加工、制革、化纤、塑料、农药等工业部门的生产中，使用或生产大量的氰类化合物，因此常有许多含氰的废水排出。

氢氰酸（HCN）、氰化物都是剧毒物质，人体如吸入、口服或经皮肤浸入含氰的水、蒸气与粉尘，均能引起中毒。

急性中毒时，轻者有粘膜刺激症状、唇舌麻木、头痛、眩晕、下肢无力、胸部压迫感、恶心、呕吐、心悸、血压上升、气喘、瞳孔散大等；重者呼吸不规则，意识逐渐昏迷痉挛，大小便失禁，血压下降等，以致死亡。

［讲解］由以上资料可以看出。

在电镀工业的废水中常含有剧毒物质，如氰化物、重金属等。

这些有毒物质如随废水流入自然水域，会严重污染水体。

氰化物会毒死水中生物，而重金属会被贝类等吸收，最终危害人类健康。

因此，绝不允许将电镀废水直接排入自然水域，必须经过处理，回收其中的有用成分，把有毒有害物质的浓度降低到符合工业废水排放标准。

减小电镀污染的另一重要途径是改进电镀工艺，尽量使用污染少的原料，如改变电镀液成分，采用无氰电镀工艺等。

［小结］本节课我们主要学习了电解原理在具体实践中的应用——精炼铜和电镀。

同时了解了电镀废水对人类的危害。

［布置作业］

板书设计

第一节电解原理

一、电解原理

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu（还原反应）

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）

CuCl2

Cu＋Cl2↑

1.电解：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。

2.电解池（电解槽）：

把电能转变为化学能的装置。

3.离子放电顺序

（1）阳离子放电顺序

（2）阴离子放电顺序

4.原电池和电解池的比较。

二、铜的电解精炼

1.火法冶炼铜不能满足电气工业要求。

2.铜的精炼

阳极：

Cu（粗铜）－2e－===Cu2＋

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu（精铜）

电解液：

CuSO4（含一定量H2SO4）

3.电解时，电解液的浓度基本不变。

三、电镀

1.电镀就是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

阴极：

待镀金属制品

阳极：

镀层金属

电镀液：

含有镀层金属离子的电解质溶液。

2.电镀的目的

3.一分为二看电镀。