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常见的化学电池及工作原理(化学电池的工作原理是什么)

发布:2024-07-02 浏览:36

核心提示:原电池的知识 ,既是中学化学中电化学的主要内容,也是历年来高考试题的热点之一。如: 2020年全国高考科学家近年发明了一种新型 Zn-CO2 水介质电池。电池示意图如下,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体 CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )A.放电时,负极反应为 Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-B.放电时,1molCO2转化为HCOOH,转移的电子数为2molC.充电时,电池总反应为 2Zn(OH)42-=2Zn+O2↑+4OH

原电池的知识 ,既是中学化学中电化学的主要内容,也是历年来高考试题的热点之一。
如: 2020年全国高考科学家近年发明了一种新型 Zn-CO2 水介质电池。
电池示意图如下,电极为金属锌和选择性催化材料。
放电时,温室气体 CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )A.放电时,负极反应为 Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-B.放电时,1molCO2转化为HCOOH,转移的电子数为2molC.充电时,电池总反应为 2Zn(OH)42-=2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充电时,正极溶液中OH-浓度升高可见,掌握原电池的基本知识,认识常见的原电池,不仅对于学好化学基础知识,而且对于提高学习兴趣和高考成绩都是大有裨益的,为此,本文似就常见的原电池作如下介绍:一、干电池干电池即普通的锌锰电池,它是用锌制的圆筒形干壳作负极,位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质,还填有MnO2作去极剂(吸收正极放出的H2,防止产生极化现象)。
电极反应为:负极:Zn-2e-=Zn2+正极:2NH+4+2e-=2NH3+H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2O正极产生的HN3又和ZnCl2作用:Zn2++4NH3=[Zn(NH3)4]2+淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速度。
电池总反应为:2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O干电池的电压通常约为1.5伏,只能使用一次,不能充电再生。
二.铅蓄电池铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳,在正极板上有一层棕褐色PbO2,负极板是海绵状金属铅,两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中,且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
铅蓄电池既可放电亦可充电,具双重功能。
放电时的电极反应为:负极: Pb+SO42--2e=PbSO4正极: PbO2+4H++SO42-+2e=PbSO4+2H2O当放电进行到硫酸浓度降低,溶液密度降为1.05时即停止放电,此时需要将蓄电池进行充电。
充电时的电极反应为:阳极:PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H++SO42-阴极:PbSO4+2e=Pb+SO42-当溶液密度增加至1.28时,应停止充电。
铅蓄电池是最常见的二次电池,充电和放电时的总反应式为:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)(充电)=(放电)2PbSO4(s)+2H2O(l)铅蓄电池的电压通常为2伏左右。
目前,有一种形似于干电池的充电电池,它实际是一种银锌蓄电池,电解液为KOH,电池反应为:Zn+Ag2O+2H2O(充电)=(放电)Zn(OH)2+2Ag三、爱迪生蓄电池爱迪生蓄电池类似于铅蓄电池,也是一种可充电电池。
它以铁为负极,NiO2为正极,KOH为电解液。
电极反应为:负极:Fe+2OH--2e=Fe(OH)2正极:NiO2+2H2O+2e=Ni(OH)2+2OH-充电、放电时的反应为:Fe+NiO2+2H2O(充电)=(放电)Fe(OH)2+Ni(OH)2四、钮扣电池常见的钮扣电池为银锌电池,它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒,盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料,电解质溶液为浓KOH,溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜,将电极与电解质溶液隔开,电极反应为:负极:Zn+2OH--2e=ZnO+H2O正极:Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH-电池总反应式为:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO钮扣式电池的电压可达1.59伏,一粒钮扣电池安装在电子表里可使用两年之久。
五、氢氧燃料电池氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域。
它的电极材料一般为活性电极,具有很强的催化活性,如铂电极、活性炭电极等。
电解质溶液一般为40%的KOH溶液。
电极反应为:负极:H2+2OH--2e=2H2O正极:O2+2H2O+4e=4OH-电池总反应为:2H2+O2=2H2O氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分酸性和碱性两种。
六、燃料电池该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极,又在电极上分别通甲烷、氧气(或空气)。
电极反应为:负极:CH4+10 OH--8e=CO32-+7H2O正极:O2+2H2O+4e=4OH-电池总反应为:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O七、锂电池锂电池是用锂作负极,炭作正极,无机溶剂亚硫酰氯(SO2Cl2)在炭极上发生还原反应,电解液是由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解于亚硫酰氯中组成,电极反应为:负极:Li-e-═Li+正极:2SOCl2+4e-═4Cl-+S+SO2总反应式:8Li+3SO2Cl2═6LiCl+Li2SO3+2S这种电池体积小,容量大,电压稳定,贮存时间长,能在216.3~344.1K温度范围内工作,常用作心脏起搏器、照相机闪光灯的电源。
如做成钮扣式微型锂电池,可用于电子手表、窍听器和计算器等方面。
八、铂锌电池有人设计以铂和锌为电极材料,埋人人体内作某种心脏病人的心脏起搏器的能源,它依靠人体液中含有一定浓度的氧分子、氢离子和锌进行工作。
电极反应为:负极:2Zn-4e=2Zn2+正极:O2+4H++4e=2H2O电池总反应为:O2+4H++2Zn=2Zn2++2H2O九、海水电池1991年, 我国首创以铝——空气——海水为能源的新型电池,用作航海的标志灯,该电池以取之不尽的海水为电解液,靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。
电极反应为:负极:Al-3e=Al3+正极:O2+2H2O+4e=4OH-电池总反应为:4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3这种海水电池的能量比“干电池”要高20-50倍。
十、银锌蓄电池目前,有一种形似于干电池的充电电池,它实际是一种银锌蓄电池,电解液为KOH。
这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置,在每一对银片和锌片之间,用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。
银片和锌片是两种不同的金属,盐水或其他导电溶液作为电解液,它们构成了电流回路。
这是一种比较原始的电池,是由很多银锌电池连接而成的电池组。
银锌蓄电池电极反应为:正极:Ag2O2+2H2O-4e-=2Ag+4OH-负极:2Zn+4OH-=2Zn(OH)2+4e-电池反应为:Zn+Ag2O+2H2O(充电)=(放电)Zn(OH)2+2Ag大容银锌蓄电池可以拥有极高的电容量和稳定的电池性能。
在当今的航天飞机、导弹、鱼雷等尖端领域才能找到大容量银锌蓄电池的身影。

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