化學(xué)教案－原電池

化學(xué)電源

1.       普通鋅錳電池——干電池

干電池是用鋅制筒形外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周?chē)�填充ZnCl₂、NH₄Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO₂黑色粉末，吸收正極放出的H₂，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。

電極反應(yīng)為：

負(fù)極：Zn-2e^-=Zn²⁺

正極：2NH₄⁺+2e^-=2NH₃+H₂

H₂+2MnO₂=Mn₂O₃+H₂O

4NH₃+Zn²⁺⁼[Zn(NH₃)₄]²⁺

淀粉糊的作用是提高陰、陽(yáng)離子在兩極的遷移速率。

電池的總反應(yīng)式為：

2Zn+4NH₄Cl+4MnO₂=[Zn(NH₃)₄]Cl₂+ZnCl₂+2Mn₂O₃+2H₂O

干電池的電動(dòng)勢(shì)通常約為1.5V，不能充電再生。

2.       鉛蓄電池

   鉛蓄電池可以放電亦可充電，它是用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼，在正極板上有一層棕褐色的PbO₂，負(fù)極板是海綿狀的金屬鉛，兩極均浸入硫酸溶液中；且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開(kāi)。

放電時(shí)起原電池的作用，電極反應(yīng)為：

當(dāng)放電進(jìn)行到硫酸的濃度降低，溶液的密度達(dá)1.18g    時(shí)應(yīng)停止使用，需充電，充電時(shí)起電解池的作用，電極反應(yīng)為：

陽(yáng)極：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-

陰極：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-

 

當(dāng)溶液的密度增加至1.28     時(shí)，應(yīng)停止充電。

蓄電池充電和放電的總化學(xué)方程式為：

3.       銀鋅電池——鈕扣式電池

它是用不銹鋼制成的一個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，形似紐扣，盒內(nèi)正極殼一端填充由Ag₂O和石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液。電極反應(yīng)為：

負(fù)極：Zn+2OH^—-2e^-=ZnO+H₂O

正極：Ag₂O+H₂O+2e^-=2Ag+2OH^-

電池的總反應(yīng)式為：Ag₂O+Zn=2Ag+ZnO

電池的電動(dòng)勢(shì)為1.59V，使用壽命較長(zhǎng)。

4.       微型鋰電池

常用于心臟起搏器的一種微型電池叫鋰電池，它是用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)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(yīng)式為：8Li+3SOCl₂=6LiCl+Li₂SO₄+2S

 

這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在-56.7~71.1℃溫度范圍內(nèi)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，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。電解質(zhì)溶液為40%的KOH溶液。電極反應(yīng)為：

負(fù)極：2H₂+4OH^—-4e=4H₂O

正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

電池的總反應(yīng)式為：2H₂+O₂=2H₂O

6.       海水電池

1991年，我國(guó)首創(chuàng)以鋁—空氣—海水為能源的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。電極反應(yīng)式為：

負(fù)極：4Al-12e^-=4Al³⁺

正極：3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-

 

電池的總反應(yīng)式為：

這種海水電池的能量比“干電池”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(yīng)為：

負(fù)極：CH₄+10OH^—-8e^-=CO₃^2-+7H₂O

正極：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-

 

電池的總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O

 

 

電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷

1.       陽(yáng)極產(chǎn)物判斷

首先看電極，如果是活動(dòng)性電極（金屬活動(dòng)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(shí)根據(jù)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(chǎn)物判斷

直接根據(jù)陽(yáng)離子得電子能力進(jìn)行判斷，陽(yáng)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，由于陽(yáng)極不斷溶解，由鍍液中陽(yáng)離子保持較高的濃度，故在此條件下Zn2+先于H+放電。

原電池、電解池、電鍍池之比較

 

原電池

電解池

電鍍池

定義

將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置

將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置

應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬的裝置

裝置舉例

 

 

 

形成條件

①     活動(dòng)性不同的兩電極（連接）

②     電解質(zhì)溶液（電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng)）

③     形成閉合電路

①兩電極接直流電源

②兩電極插入電解質(zhì)溶液

③形成閉合電路

①鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極

②電鍍液必須含有鍍層金屬的離子（電鍍過(guò)程濃度不變）

電極名稱(chēng)

負(fù)極：氧化反應(yīng)，金屬失電子

正極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子得電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕）

陽(yáng)極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子

陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子得電子

陽(yáng)極：金屬電極失電子（溶液）

陰極：電鍍液中鍍層金屬陽(yáng)離子得電子（在電鍍控制的條件下，水電離產(chǎn)生的H+及OH-一般不放電）

電子流向

負(fù)極    正極

電源負(fù)極    陰極

電源正極    陽(yáng)極

同電解池

⑴同一原電池的正、負(fù)極的電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等。⑵同一電解池的陽(yáng)極、陰極電極反應(yīng)中得、失電子數(shù)相等。⑶串聯(lián)電路中的各個(gè)電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等。上述三種情況下，在寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)得、失電子數(shù)要相等；在計(jì)算電解產(chǎn)物的量時(shí)，應(yīng)按得、失電子數(shù)相等計(jì)算。

用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時(shí)的規(guī)律

1.       電解水型：含氧酸、強(qiáng)堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：

2.       分解電解質(zhì)型：無(wú)氧酸（除HF外）、不活潑的無(wú)氧酸鹽（氟化物除外）（如HCl、CuCl2等）溶液的電解。

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：

3.       放氫生堿型：活潑金屬的無(wú)氧酸鹽（氟化物除外）（如NaCl、MgBr2）溶液的電解。

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：

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(yáng)極：

總反應(yīng)：

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