原電池化學教案
化學電源
1. 普通鋅錳電池——乾電池
乾電池是用鋅制筒形外殼作負極,位於中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極,在石墨周圍填充ZnCl2、NH4Cl和澱粉糊作電解質,還填有MnO2黑色粉末,吸收正極放出的H2,防止產生極化現象。
電極反應爲:
負極:Zn-2e-=Zn2+
正極:2NH4++2e-=2NH3+H2
H2+2MnO2=Mn2O3+H2O
4NH3+Zn2+=[Zn(NH3)4]2+
澱粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩極的遷移速率。
電池的總反應式爲:
2Zn+4NH4Cl+4MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+2Mn2O3+2H2O
乾電池的電動勢通常約爲1.5V,不能充電再生。
2. 鉛蓄電池
放電時起原電池的作用,電極反應爲:
當放電進行到硫酸的濃度降低,溶液的密度達1.18g 時應停止使用,需充電,充電時起電解池的作用,電極反應爲:
陽極:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-
陰極:PbSO4+2e-=Pb+SO42-
蓄電池充電和放電的總化學方程式爲:
3. 銀鋅電池——鈕釦式電池
它是用不鏽鋼製成的一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒,形似鈕釦,盒內正極殼一端填充由Ag2O和石墨組成的正極活性材料,負極蓋一端填充鋅汞合金組成的負極活性材料,電解質溶液爲KOH濃溶液。電極反應爲:
負極:Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O
正極:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
電池的總反應式爲:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
電池的電動勢爲1.59V,使用壽命較長。
4. 微型鋰電池
常用於心臟起搏器的一種微型電池叫鋰電池,它是用金屬鋰作負極,石墨作正極,電解質溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酸氯(SOCl2)中組成。電池的總反應式爲:8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO4+2S
這種電池容量大,電壓穩定,能在-56.7~71.1℃溫度範圍內正常工作。
5. 氫氧燃料電池
氫氧燃料電池是一種高效低污染的新型電池,主要用於航天領域。它的`電極材料一般爲活性電極,具有很強的催化活性,如鉑電極,活性炭電極等。電解質溶液爲40%的KOH溶液。電極反應爲:
負極:2H2+4OH—-4e=4H2O
正極:O2+2H2O+4e-=4OH-
電池的總反應式爲:2H2+O2=2H2O
6. 海水電池
1991年,我國首創以鋁—空氣—海水爲能源的新型電池,用作航海標誌燈。該電池以取之不盡的海水爲電解質,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產生電流。電極反應式爲:
負極:4Al-12e-=4Al3+
正極:3O2+6H2O+12e-=12OH-
電池的總反應式爲:
這種海水電池的能量比“乾電池”高20~50倍。
7. 新型燃料電池
該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極,又在兩極上分別通甲烷和氧氣。電極反應爲:
負極:CH4+10OH—-8e-=CO32-+7H2O
正極:2O2+4H2O+8e-=8OH-
電池的總反應式爲:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
電解時電極產物的判斷
1. 陽極產物判斷
首先看電極,如果是活動性電極(金屬活動順序表Ag以前),則電極材料失電子,電極被溶解,溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨),則要再看溶液中的離子的失電子能力。此時根據陰離子放電順序判斷。
陰離子放電順序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
2. 陰極產物判斷
直接根據陽離子得電子能力進行判斷,陽離子放電順序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na2+>Ca2+>K+
3. 電鍍條件,由於陽極不斷溶解,由鍍液中陽離子保持較高的濃度,故在此條件下Zn2+先於H+放電。
原電池、電解池、電鍍池之比較
① 活動性不同的兩電極(連接)
② 電解質溶液(電極插入其中並與電極自發反應)
③ 形成閉合電路
用惰性電極電解電解質溶液時的規律
1. 電解水型:含氧酸、強鹼、活潑金屬的含氧酸鹽(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的電解。
陰極:
陽極:
總反應:
2. 分解電解質型:無氧酸(除HF外)、不活潑的無氧酸鹽(氟化物除外)(如HCl、CuCl2等)溶液的電解。
陰極:
陽極:
總反應:
3. 放氫生鹼型:活潑金屬的無氧酸鹽(氟化物除外)(如NaCl、MgBr2)溶液的電解。
陰極:
陽極:
總反應:
4. 放氧生酸型:不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4、AgNO3等)溶液的電解。
陰極:
陽極:
總反應:
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