氢气燃烧的化学方程式为什么不如构成原电池效高

原电池primarybattery一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置。又称。由于各种型号的原电池氧原电池
化还原反应的可逆性很差,放完电后,不能重复使用,故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成,可制成各种形状和不同尺寸,使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、、等部门,并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。原电池一般按负极活性物质(如、、、等)和正极活性物质(如锰、汞、、氟化碳等)分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、、、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。锌锰电池产量最大,常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型,并按其隔离层分为糊式电池和。以氢氧化钾为电解质的锌锰电池,由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类,称为碱性锌锰电池,简称,俗称碱性电池。 原电池是一类使化学能直接转换成电能的换能装置。原电池连续放电或间歇放电后不能以反向电流充电的方法使两电极的活性物质回复到初始状态,即电极活性物质只能利用一次。故亦称。
两大类型原电池吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里,空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀,叫.例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀,其电极反应如下:负极(Fe):Fe-2e=Fe2+正极(C):2H2O+O2+4e=4OH-等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀。析氢腐蚀在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气,这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿中,钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液,使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是:负极(铁):铁被氧化Fe-2e=Fe2+正极(碳):溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑这样就形成无数的微小原电池。最后在碳的表面放出,铁被腐蚀,所以叫析氢腐蚀。电池分类常用原电池有锌-锰干电池、锌-汞电池、锌-银扣式电池及等1:锌-锰干电池:锌-锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单,价格便宜、使用方便等优点,成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌-锰电池以锌为负极,以为正极。按照基本结构,锌-锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形,扁形电池不能单个使用,可组合叠层电池(组)。按照所用的差别将锌-锰电池分为三个类型:(1)铵型锌-锰电池:电解质以氯化铵为主,含少量。&&&& 电池符号:(-)Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(+)原电池&& 总电池反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)(2)锌型锌-锰电池:又称高功率锌-锰电池,电解质为氯化锌,具有防漏性能好,能大功率放电及较高等优点,是锌-锰电池的第二代产品,20世纪70年代初首先由德国推出。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水,因此电池不易漏液。 电池符号:(-)Zn│ZnCl2│MnO2(+) 总电池反应(长时间放电): Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4(3)碱性锌-锰电池:这是锌-锰电池的第三代产品,具有大功率放电性能好、能量密度高和性能好等优点。 电池符号:(-)Zn│KOH│MnO2(+) 总电池反应:Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2锌-锰电池额定开路电压为1.5V,实际开路电压1.5-1.8V,其工作电压与放电负荷有关,负荷越重或放电电阻越小,闭路电压越低。用于手照明时,典型终止电压为0.9V,某些允许电压降至0.75V。原电池2.锂原电池:又称锂电池,是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小,导电性良好,可制成一系列贮存寿命长,工作范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态,锂电池有三种不同的类型,即:固体正极—有机电解质电池、正极—液体电解质电池、固体正极—。Li—(CF)n的开路电压为3.3V,比能量为480W·h·L-1,工作温度在-55~70℃间,在20℃下可贮存10年之久!它们都是近年来研制的新产品,目前主要用于军事、空间技术等特殊领域,在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。从转化角度看,原电池是将化学能转化为电能的装置;从化学反应角度看,原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。原电池的构成条件有三个:(1)电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料(或某些氧化物等)组成。(2)两电极必须浸泡在电解质溶液中。原电池(3)两电极之间有导线连接,形成闭合回路。只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的,所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外,还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说,化学电源必须是原电池,但原电池不一定都能做化学电池。 锂亚电池 &&原电池是将化学能直接转化为电能的一种装置。其原理也是通过化学反应(在正负极发生不同的氧化还原反应)使闭合电路中产生电子流,从而产生电流的。原电池与二次充电电池的主要区别在于原电池只能使用一次,不能进行充电后重复使用。常用原电池有锌-锰干电池(碱性电池)、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂原电池等。&其中,锂原电池是指以金属锂为负极的原电池。按所用正极材料的不同,又可以分为:锂/二氧化锰电池(Li/MnO2)、锂/亚硫酰氯电池(Li/SOCl2)、锂/二硫化铁电池(Li/FeS2)等。几种常见锂原电池性能比较&&&锂铁电池&&&碱性锌锰电池&锂锰电池&锂亚电池&&&电压(V)&&&1.5&&1.5&3.0&&&3.6&&&比能量(mAh/g)&&&1000&&70-90200&&&&400&&&自放电率/年&&&2%&&12%-20%&&&2%&&&1%&&&保存时间&&5-10年&&&5年&5-10年&&&10-15年&&&适用温度(℃)&&&-40~60&&-22~55&&-20~70&&-55~85&&&放电电流&&大&&小&&中&&&小&&脉冲放电&&弱&&弱&&弱&&弱&&价格&&中&&&低&&中&&高&&&应用领域&便携类电子产品&&&电子产品、玩具、钟表&&安防、RFID、电子产品&&智能仪表、军用、汽车电子&& &&通过对比发现,锂亚电池性能优异,在所有可以实际使用的化学电源中具有最高的比容量和比能量,目前智能电表是国内锂亚电池的最大应用领域,但实际上其潜在可应用领域十分广泛,市场远未饱和,可重点关注锂亚电池在胎压监测系统、ETC收费系统、航天军事、安防等重点领域需求的持续增长。
原电池属于氧化还原反应,但区别于一般的的是,电子转移不是通过氧化剂和之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部中电子的定向移动构成了闭合回路,使两个电极反应不断进行,发生有序的电子转移过程,产生电流,实现化学能向电能的转化。原理分析:CuCl2是强电解质且易溶于水,在水溶液中电离生成Cu2+和Cl-。CuCl2=Cu2++2Cl-通电前,Cu2+和Cl-在水里自由地移动着;通电后,这些自由移动着的离子,在电场作用下,改作定向移动。溶液中带正电的Cu2+向阴极移动,带负电的向阳极移动。在阴极,铜离子获得电子而还原成铜原子覆盖在阴极上;在阳极,氯离子失去电子而被氧化成氯原子,并两两结合成氯分子,从阳极放出。阴极:Cu2++2e-=Cu阳极:Cl--2e-=Cl2↑电解CuCl2溶液的化学反应方程式:CuCl2=Cu+Cl2↑电解质水溶液电解反应的综合分析在上面叙述氯化铜电解的过程中,没有提到溶液里的H+和OH-,其实H+和OH-虽少,但的确是存在的,只是他们没有参加电极反应。也就是说在中,除Cu2+和Cl-外,还有H+和OH-,电解时,移向阴极的离子有Cu2+和H+,因为在这样的实验条件下Cu2+比H+容易得到电子,所以Cu2+在阴极上得到电子析出金属铜。移向阳极的离子有OH-和Cl-,因为在这样的实验条件下,Cl-和OH-容易失去电子,所以Cl-在阳极上失去电子,生成氯气。
原电池的发明历史可追溯到18世纪末期,当时意大利生物学家伽伐尼正在进行著名的青蛙实验,当用金属手术刀接触蛙腿时,发现蛙腿会抽搐。大名鼎鼎的伏打认为这是金属与蛙腿组织液(电解质溶液)之间产生的电流刺激造成的。1800年,伏打据此设计出了被称为伏打电堆的装置,锌为负极,银为正极,用盐水作电解质溶液。1836年,丹尼尔发明了世界上第一个实用电池,并用于早期铁路信号灯。
1.直接转换成电能输出的装置。又称化学。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差,放完电后,不能重复使用,故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成,可制成各种形状和不同尺寸,使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门
,并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。原电池一般按负极活性物质(如锌、镉、镁、锂等)和正极活性物质(如锰、汞、二氧化硫、等)分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。锌锰电池产量最大,常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型,并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。以氢氧化钾为电解质的锌锰电池,由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类,称为,简称碱锰电池,俗称碱性电池。
2.金属的腐蚀与防护
①改变金属内部结构(如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢)
②在金属表面覆盖保护层
a、在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。
b、用电镀、热镀、的方法,在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属。
c、用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。(表面钝化)
③电化学保护法
a外加电流的阴极保护法(把被保护的设备与外接电源的负极相连)
b牺牲阳极的阴极保护法(被保护的设备与活泼的金属相连接)
3.判断金属的活泼性
4.加快反应速率
池的组成用图示表达,未免过于麻烦。为书写简便,原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定:
1.&一般把负极(如Zn棒与Zn2+离子溶液)写在电池符号表示式的左边,正极(如Cu棒与Cu2+离子溶液)写在电池符号表示式的右边。
2.&以化学式表示电池中各物质的组成,溶液要标上活度或浓度(mol/L),若为气体物质应注明其分压(Pa),还应标明当时的温度。如不写出,则温度为298.15K,气体分压为101.325kPa,溶液浓度为1mol/L。
3.&以符号“∣”表示不同物相之间的接界,用“‖”表示盐桥。同一相中的不同物质之间用“,”隔开。
4.&非金属或气体不导电,因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时,需外加惰性导体(如
铂或石墨等)做电极导体。其中,惰性导体不参与电极反应,只起导电(输送或接送电子)的作用,故称为“惰性”电极。
按上述规定,Cu-Zn原电池可用如下电池符号表示:
(-)Zn(s)∣Zn2+&(C)‖Cu2+&(C)∣&Cu(s)&(+)
理论上,任何氧化还原反应都可以设计成原电池,例如反应:
Cl2+&2H-&═&2Cl-&+H2此反应可分解为两个半电池反应:
负极:2H-&═&H2+&2e-(氧化反应)
正极:Cl2+2e-&═&2Cl-(还原反应)
该原电池的符号为:
(-)Pt∣&I2(s)∣I-&(C)‖Cl-&(C)∣C2(PCL2)&∣Pt(+)
常用原电池有锌-锰干电池、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂电池等。
锌-锰干电池
锌-锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单,价格便宜、使用方便等优点,成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌-锰电池以锌为负极,以二氧化锰为正极。按照基本结构,锌-锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形,扁形电池不能单个使用,可组合叠层电池(组)。按照所用电解液的差别将锌-锰电池分为三个类型:
(1)铵型锌-锰电池:电解质以为主,含少量氯化锌。
电池符号:(-)&Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2&(+)
总电池反应:&Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O
(2)&锌型锌-锰电池:又称高功率锌-锰电池,电解质为氯化锌,具有防漏性能好,能大功率放电及能量密度较高等优点,是锌-锰电池的第二代产品,20世纪70年代初首先由德国推出。与铵
型电池相比锌型电池长时间放电不产生水,因此电池不易漏液。
电池符号:(-)&Zn│ZnCl2│MnO2&(+)
总电池反应(长时间放电):
Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4
(3)&碱性锌-锰电池:这是锌-锰电池的第三代产品,具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。
电池符号:(-)&Zn│KOH│MnO2&(+)
总电池反应:&Zn+2H2O+2MnO2=2Mn(OH)2+Zn(OH)2
锌-锰电池额定开路电压为1.5V,实际开路电压1.5-1.8V&,其工作与放电负荷有关,负荷越重或放电电阻越小,闭路电压越低。用于手电筒照明时,典型终止电压为0.9V,某些收音机允许电压降至0.75V。
又称锂电池,是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小,导电性良好,可制成一系列贮存寿命长,工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态,锂电池有三种不同的类型,即:固体正极—有机电解质电池、液体正极—液体电解质电池、固体正极—固体电解质电池。Li—(CF)n的开路电压为3.3V,比能量为480W·h·L-1,工作温度在-55~70℃间,在20℃下可贮存10年之久!它们都是研制的新产品,主要用于军事、空间技术等特殊领域,在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。
锂电池与锂离子电池不同。前者是一次电池,后者可反复充电。
电压约3V,及输出的电池极高,可以存放十年仍有相当电力,但价钱较贵。
其他的一次性电池包括有锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。
原电池与二次充电电池的主要区别在于原电池只能使用一次,不能进行充电后重复使用。常用原电池有锌-锰干电池(碱性电池)、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂原电池等。
几种常见锂原电池性能比较通过对比发现,锂亚电池性能优异,在所有可以实际使用的化学电源中具有较高的比容量和比能量,目前智能电表是国内锂亚电池的最大应用领域,但实际上其潜在可应用领域十分广泛,市场远未饱和,可重点关注锂亚电池在胎压监测系统、ETC收费系统、航天军事、安防等重点领域需求的持续增长。
燃料电池是一种不经燃烧,将燃料的化学能经过直接转变为电能的装置,它和其他电池中的氧化还原反应一样,都是自发的化学反应,不会发出火焰,其化学能可以直接转化为电能的一种电池。所有的燃料电池的工作原理都是一样的,其电极反应的书写同样是有规律可循的。一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,可根据燃烧反应写出总的电池反应,但不注明反应的条件。负极发生氧化反应,正极发生还原反应,不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。
现以氢氧燃料电池为例进行说明:
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂(Pt)做电极材料,负极通入H2,正极通入O2,电解质溶液通常选用KOH。在负极上氢气失去电子变成&H+进入溶液,H+又与溶液中的OH-继续反应生成H2O,因此在负极发生的反应为H2&–&2e-&=&2H+&,H+&+&2OH-&=&H2O,所以:
负极的电极反应式为:2H2&–&4e-&+&4OH-&=&4H2O;
正极是O2得到电子,即:O2&+&4e-&=&2O2-&,O2-在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即:O2-&+&H2O&=&2OH-&,因此:
正极反应式为:O2&+&2H2O&+&4e-&=&4OH-&。
总反应为:2H2&+&O2&=&2H2O。
注意:若在酸性条件下,
负极反应式为:2H2&-4e-&=&4H+
正极反应式为:O2&+&4H+&+&4e-&=&2H2O(O2&+&4e-&=&2O2-&,2O2-&+&4H+&=&2H2O)
总反应为:2H2&+&O2&=&2H2O。
金属在酸性较强的溶液里放出氢气的电化学的腐蚀叫做析氢腐蚀。
在钢铁制品中一般都含有石墨(C)或碳化铁(Fe3C)。在潮湿空气中,钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳或二氧化硫后就变成一种电解质溶液,使水里的H+增多:
CO2+H2O←→H2CO3←→H++HCO3-
SO2+H2O←→H2SO3←→H++HSO3-
于是就产生了无数个以铁为负极、碳或碳化铁为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。
负极(铁):铁被氧化Fe-2e-=Fe2+
正极(碳或):溶液中的H+被还原2H++2e-=H2↑
最后氢气在碳的表面放出,铁被腐蚀,所以叫析氢腐蚀。
金属在酸性很弱或中性溶液里,空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀,叫吸氧腐蚀。
负极(铁):2Fe-4e-=2Fe2+
正极(碳或碳化铁):2H2O+O2+4e-=4OH-
吸氧腐蚀的必要条件
发生吸氧腐蚀的必要条件是金属的电位比氧还原反应的电位低。
氧的阴极还原过程及其过电位
吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的。随着腐蚀的进行,氧不断消耗,只有来自空气中的氧进行补充。因此,氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应,这一过程包括一系列步骤。
1.氧穿过空气/溶液界面进入溶液;
2.在溶液对流作用下,氧迁移到阴极表面附近;
3.&在扩散层范围内,氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面;
4.在阴极表面氧分子发生还原反应,也叫氧的化反应。
吸氧腐蚀的控制过程及特点
金属发生氧去极化腐蚀时,多数情况下阳极过程发生金属活性溶解,腐蚀过程处于阴极控制之下。氧去极化腐蚀速度主要取决于溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面上的放电速度。因此,可粗略地将氧去极化腐蚀分为三种情况。
1.如果腐蚀金属在溶液中的电位较高,腐蚀过程中氧的传递速度又很大,则金属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定。
2.如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低,不论氧的传输速度大小,阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成。
3.如果腐蚀金属在溶液中的电位较低,处于活性溶解状态,而氧的传输速度又有限,则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。
扩散控制的腐蚀过程中,由于腐蚀速度只决定于氧的扩散速度,因而在一定范围内,腐蚀电流将不受阳极极化曲线的斜率和起始电位的影响。
扩散控制的腐蚀过程中,金属中不同的阴极性杂质或微阴极数量的增加,对腐蚀速度的增加只起很小的作用。方程式
负极:活泼金属失电子,看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存,则进行进一步的反应。例:甲烷燃料电池中,电解液为KOH,负极甲烷失8个
电子生成CO2和H2O,但CO2不能与OH-共存,要进一步反应生成碳酸根。
正极:①当负极材料能与电解液直接反应时,溶液中的阳离子得电子。例:锌铜原电池中,电解液为HCl,正极H+得电子生成H2。②当负极材料不能与电解液反应时,溶解在电解液中的O2得电子。如果呈酸性,O2+4e-+4H+==2H2O;如果电解液呈中性或碱性,O2+4e-+2H2O==4OH-。
特殊情况:Mg-Al-NaOH,极。负极:Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O;正极:2H2O+2e-==H2↑+2OH-
Cu-Al-HNO3,Cu作负极。
注意:Fe作负极时,氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+;肼(N2H4)和NH3的电池反应产物是H2O和N2
无论是总反应,还是电极反应,都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。
pH变化规律
电极周围:消耗OH-(H+),则电极周围溶液的pH减小(增大);反应生成OH-(H+),则电极周围溶液的pH增大(减小)。切记,电极周围只要消耗OH-,PH就减小,不会受“原电池中OH-(阴离子)向负极移动”的影响。
溶液:若总反应的结果是消耗OH-(H+),则溶液的pH减小(增大);若总反应的结果是生成OH-(H+),则溶液的pH增大(减小);若总反应消耗和生成OH-(H+)的物质的量相等,则溶液的pH由溶液的酸碱性决定,溶液呈碱性则pH增大,溶液呈酸性则pH减小,溶液呈中性则pH不变。
1.Cu─H2SO4─Zn原电池
正极:2H+&+2e-&→H2↑
负极:Zn-2e-&→Zn2+
总反应式:Zn+2H+==Zn2++H2↑
2.Cu─FeCl3─C原电池
正极:2Fe3+&+&2e-&→2Fe2+
负极:Cu-2e-&→Cu2+
总反应式:2Fe3+&+Cu=2Fe2+&+Cu2+
3.钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀
正极:O2+2H2O+4e-&→4OH-
负极:2Fe-4e-→2Fe2+
总反应式:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
4.氢氧燃料电池(碱性介质)
正极:O2+2H2O+4e-&→4OH-
负极:2H2-4e-&+4OH-&→4H2O
总反应式:2H2+O2==2H2O
5.氢氧燃料电池(介质)
正极:O2+4H+&+&4e-→2H2O
负极:2H2-4e-&→4H+
总反应式:2H2+O2=2H2O
6.氢氧燃料电池(中性介质)
正极:O2+2H2O+4e-&→&4OH-
负极:2H2-4e-&→4H+
总反应式:2H2+O2=2H2O
7.铅蓄电池(放电)
正极&(PbO2)&:
PbO2+2e-&+SO42-&+4H+&→PbSO4+2H2O
负极&(Pb)&:Pb-2e-&+(SO4)2-&→PbSO4
总反应式:
Pb+PbO2+4H++2(SO4)2=2PbSO4+2H2O
8.Al─NaOH─Mg原电池
正极:6H2O+6e-&→3H2↑+6OH-
负极:2Al-6e-&+8OH-&→2AlO2-+4H2O
总反应式:2Al+2OH-&+2H2O=2AlO2-&+&3H2↑
9.CH4燃料电池(碱性介质)
正极:2O2+4H2O+8e-&→8OH-
负极:CH4-8e-&+10OH-&→(CO3)2-+7H2O
总反应式:CH4+2O2+2OH=(CO3)2-+3H2O
10.熔融碳酸盐燃料电池
(Li2CO3和Na2CO3熔融盐作,CO作燃料):
正极:O2+2CO2+4e-&→2(CO3)2-(持续补充CO2气体)
负极:2CO+2(CO3)2--4e-&→4CO2
总反应式:2CO+O2=2CO2
11.银锌纽扣电池(碱性介质)
正极&(Ag2O)&:Ag2O+H2O+2e-&→2Ag+2OH-
负极&(Zn)&:Zn+2OH-2e-&→ZnO+H2O
总反应式:Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
12.&碱性锌锰电池(KOH介质)
正极(MnO2):2MnO2+2H2O+2e-&→2MnOOH+2OH-
负极(Zn):Zn+2OH-2e-&→Zn(OH)2
总反应式:Zn+2MnO2+2H2O→2MnOOH+Zn(OH)2
蓄电池 蓄电池在放电过程中属于原电池反应。这类电极反应都有电解质溶液参与,如果能分析清楚电解质溶液是否参与电极反应,那么负极的电极反应式和正极的电极反应式的书写就可迎刃而解了。
现以铅酸蓄电池为例来分析电极反应式的书写方法。
铅酸蓄电池的总反应为:Pb+&PbO2+H2SO4=2PbSO4+2H2O
根据原电池的工作原理分析,负极失去电子发生氧化反应,可知:
Pb–2e-=Pb2+&①,生成的Pb2+进入电解质溶液中,Pb2+&与溶液中的SO42-不能共存,要继续反应生成PbSO4,即:Pb2++SO42-=PbSO4&②,因此在原电池的负极反应式为①+②即:Pb–2e-+SO42-=PbSO4&;正极是得电子发生还原反应的一极,则有:PbO2+2e-=Pb2++2O2-&①,Pb2+和O2-进入溶液中,由于电解质溶液是H2SO4溶液,O2-在环境中,不能单独存在,可供O2-结合的微粒由H+和H2O,O2-在酸性环境中优先结合H+生成H2O,这样在正极发生的反应有:4H++2O2-=2H2O②;Pb2++SO42-=PbSO4③根据以上分析可知正极反应式为①+②+③即:PbO2+2e-+SO42+4H+=PbSO4+2H2O。(注意:在电极反应式中应遵循电荷守恒和质量守恒;在负极反应式与正极反应式相加求总反应时要注意得失电子数要相等。)
再如:Ag—Zn高能电池()由Ag2O、Zn及KOH溶液组成。总反应为:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
根据原电池原理可知:Zn做负,Ag2O做正极,电解质溶液为KOH溶液。负极极失去电子发生氧化反应,则负极反应为:Zn–2e-=Zn2+,Zn2+进入溶液后又与溶液中的OH-反应Zn2++2OH-=Zn(OH)2。
所以负极反应为:Zn–2e-+2OH-=Zn(OH)2;
正极为Ag2O得到电子发生还原反应,即Ag2O+2e-=2Ag+O2-
O2-在中性或碱性环境中也不能单独存在,只能结合H2O生成OH-,故在中性或碱性条件下O2-+H2O=2OH-,所以正极反应式为:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-。
如Cu-Zn原电池中以KCl溶液做电解质
KCl在这个装置中称为盐桥。
盐桥的作用仅仅是导电【相当于导线的作用】,将两个烧杯形成闭合回路,否则就相当于断开,而盐桥的导电是利用了其中的阴阳离子的定向移动。
锌铜电池,电解质溶液锌端硫酸锌,铜端硫酸铜,即两端不一样,所以产生电势差,于是,电子从负极Zn失去,沿着导线移向正极Cu,即外面的导线中,电子即负电荷从Zn到Cu,中间有盐桥连接,即盐桥中的负电荷即阴离子应该从CuSO4的一端沿着盐桥移向ZnSO4的一端,或者说,盐桥中的正电荷即阳离子就从ZnSO4的一端沿着盐桥移向CuSO4的一端,总之,要保证两端烧杯中的正负电荷要守恒。
【溶液中是靠硫酸铜和硫酸锌自己的离子导电,他们自已各担其职】
还有以含有离子的琼脂块作盐桥的,应用很广泛。
俗称碳性电池,电压约1.5V,售价最平,但电池容量较低,能输出的电池也较低,几乎被所取代,唯独是不会在长期存放后漏出有害腐蚀液体,所以仍被使用于低用电量同时需长期使用的装置,例如钟、红外线摇控等。为了增加正极的导电性,一般会以粉末状碳和二氧化锰围绕碳棒作正极,所以又称为锌锰电池电池。电解质一般采用氯化铵,当中也有为了容量或输出电流而改用氯化锌为电解质(通常标示为“Heavy&Duty”)。
电压约1.5V,电池容量及输出的电压较锌锰电池高,但不及,长期存放后漏出有害腐蚀液体。
为安全使用和处理原电池,日,中国国家标准化管理委员会(SAC)发布了国家标准《民用原电池安全通用要求》。本标准规定了民用原电池的分类、安全性能要求、标志、电池选购、使用、更换和处理指南、电器具的电池舱安全设计指南。
本标准适用于民用的各类水溶液电解质原电池(碱性和非碱性锌-二氧化锰电池、锌-氧化银电池、锌-羟基氧化镍电池、碱性和中性锌-空气电池)以及各类锂原电池(锂-氟化碳电池、锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-二硫化铁电池、锂-二氧化硫和锂-氧化铜电池等)的生产、检测和验收。
可逆原电池即放电后能充电反复使用&要求两极的电极反应均为可逆反应。
硫化矿原电池效应研究现状原电池硫化矿原电池效应普遍存在于金属硫化物矿山、硫化矿的人工开采与利用过程中,在浮选、、、地球化学过程、重金属离子污染和酸性矿山排水的污染治理方面有重要作用,已引起高度重视。本文综述了原电池反应原理、电化学研究方法及其在浮选、湿法冶金、生物冶金、过程、重金属离子污染和酸性矿山排水的污染与治理上的影响和应用现状。指出建立天然矿物原电池地球化学,从源头上实现消除或减弱硫化矿原电池效应导致的重金属离子和酸性矿山排水环境污染,将成为今后原电池效应在地学的重要研究方向。原电池在污水处理中的作用1、可将某些物质降解为中间产物,脱色效果较好(此外,反应产生了亚铁离子和铁离子);2、可去除活性比铁弱的,置换反应,因此,微电解法也用于铜氨络合废水等,铜氨络合废水经微电解后的混凝过程无污泥上浮现象,我认为,氨氮也得到去除;3、微电解池入水要求3.0左右,混凝工艺要求回调至8.5左右,药费过高;微电解池一般底部进水,须增加提升泵(如水解池与调节池合建地埋,则可忽略);水解池出水携带少量SS,长此以往易导致微电解池堵塞。因此,是否“微电解+水解+好氧”是否更合理?原水为则更好,如为碱性,不如直接混凝处理。
我国发布《民用原电池安全通用要求》
&为安全使用和处理原电池,日,中国国家标准化管理委员会(SAC)发布了国家标准《民用原电池安全通用要求》。本标准规定了民用原电池的分类、安全性能要求、标志、电池选购、使用、更换和处理指南、具的电池舱安全设计指南。&&&&本标准适用于民用的各类水溶液电解质原电池(碱性和非碱性锌-二氧化锰电池、锌-氧化银电池、锌-羟基氧化镍电池、碱性和中性锌-)以及各类锂原电池(锂-氟化碳电池、锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-二硫化铁电池、锂-二氧化硫和锂-氧化等)的生产、检测和验收。
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