原电池的原理及其应用
要保护的金属作为电池的正极而受到保护。
6、金属腐蚀速率大小
电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极>电解池阴极
三、常见的化学电源
1.实用电池的特点
(1)能产生稳定而具有较高电压的电流
(2)安全、耐用且便于携带
(3)能适用于特殊用途
(4)便于回收处理,不污染环境或对环境产生的影响较小
按照其使用性质可分为:干电池、蓄电池、燃料电池。
金属的
防护
①改变金属内部结构,如制成不锈钢;②在金属表面覆盖保护层,如电镀、涂油、喷漆、搪瓷、镀氧化膜(致密),目的使金属制品与周围物质隔开;③电化学保护法(被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极)
4、电化学腐蚀分为:析氢腐蚀与吸氧腐蚀
钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的对比
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
形成条件
水膜酸性较强
答案:O2+4H++4e-=2H2O;2H2+4OH-―4e-=4H2O。
方法探究:原电池电极反应方程式的书写:(1)负氧正还,(2)要注意溶液的酸碱性,适当的在电极方程式两边添加H+、OH—、H2O,以遵循电荷守恒和质量守恒,(3)要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。对于较复杂的原电池的电极反应式,我们可先写出总反应方程式和某一极的电极反应方程式,再用总反应减去该极反应即得另一极反应方程式,注意电子守恒。。
水膜酸性很弱或为中性
负极反应
正极反应
发生情况
相对较少,腐蚀速率较快
非常普遍,腐蚀速率一般较慢
联系
两种腐蚀交替发生,吸氧腐蚀为主
溶液中的相关反应
5、金属防护的几种重要方法
(1)改变金属内部的组成结构,将金属制成合金,增强抗腐蚀能力。
(2)在金属表面覆盖保护保护层,使金属和周围物质隔离开来。
(3)电化学保护法:利用电化学反应使金属钝化而受到保护,或者利用原电池反应将需
研析:原电池正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-=4OH-,在酸性溶液中:4OH-+4H+=4H2O,故正极反应为:O2+4H++4e-=2H2O;在原电池负极发生氧化反应:2H2-4e-=4H+,在碱性溶液中:4H++4OH-=4H2O,故负极反应为:2H2+4OH-―4e-=4H2O。由此可知,在书写电极反应时要注意电解质参与电极反应。
试回答:在此原电池反应中,负极发生的反应为;正极发生的反应为;
反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体,原电池总反应方程式为
解析:由题意“黑色褪去而银不会损失”发生变化Ag2S→Ag,显然这是考察原电池的正极反应:Ag2S+2e-
=2Ag+S2-,负极反应为活泼金属发生氧化反应:Al-3e-=Al3+。正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中发生双水解:2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑。
负极2Li-2e=2Li+
正极I2+2e=2I-
Li|LiAlCl4(SOCl2)|C
总反应是:8Li+ 3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S
试写出电极反应式
负极:______________________________
正极:____________________________________
(2)镍镉电池镍镉蓄电池
在充电后正极(镍)上有Ni(OH)3,负极主要是镉(含有一些铁),所用电解质为KOH溶液。放电时发生的电极反应式一般可写成:
负极:Cd+20H--2e-=Cd(OH)2
正极2Ni(OH) +3e-= 2Ni(OH)2+20H-电池总反应式请读者自行写出。根据这种蓄电池的原理已制成千电池形式的镍镉电池。这种干电池在使用过程中也可以充电。
(3)银锌蓄电池
放电时电极反应可写成:
负极Zn+20HO+H20+2e-=2Ag+20H-
电池总反应为:Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
微型纽扣式银锌电池由正极壳、负极盖(二者都用不锈钢做成)、绝缘密封圈、隔离膜、正极活性材料(AgO和少量石墨粉,后者起导电作用)、负极活性材料(含汞量很少的锌汞合金)、电解质溶液(浓KOH溶液)等组装而成。质量较好的可用约1年,最好的可用约2年。手表中用的一般就是这种纽扣式电池。这种电池用完后即报废,不再去充电。
与原电池不同,蓄电池在使用到一定程度,可用外来直流电源将其充电再生,重复使用。例如铅蓄电池在使用中(即放电中)的电极反应为
负极Pb+SO42--2e=PbSO4
正极Pb02+SO42-+4H++2e=PbS04+2H2O
放电时总反应方程式写成:Pb+Pb02+2H2S04=2PbS04+H2O
由此可理解为什么铅蓄电池在使用中两极有白色固体(PbS04)生成,而电池中硫酸的浓度逐渐减小。当使用到一定程度,相应的硫酸的密度降低到一定值(约为1.28克·厘米-3)时,该蓄电池便必须充电后才能继续使用。充电时将原来的负极作阻极、正极作阳极,充电过程中阴、阳两极发生的反应分别是放电时负、正两极所发生的反应的逆反应。充龟时电池韵总反应则是放电时总反应的逆反应。
几种常见电池及电极反应
化学电池是将化学能转变为电能的装置,主要部分包括正负两电极和电解质。本文简单介绍多种化学电池的电极反应,以便读看大致解一些化学电池工作时发生的化学反应。
干电池
(1)锌锰干电池Zn|NH4Cl溶液|C
锌锰干电池的负极为锌筒,正极为石墨棒,放电时电极反应为:
负极Zn-2e-=Zn2+
答案:Al-2e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-
3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
例1航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的电池总反应方程式均可表示为:2H2+O2=2H2O。酸式氢-氧燃料电池中的电解质是酸,其负极反应为:2H2-4e-=4H+,则其正极反应为_________________;碱式氢-氧燃料电池中的电解质是碱,其正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,则其负极反应为_________________________。
负极CH4+10OH--8e=CO32-+7H2O
正极02+2H20+4e=40H-
题目:固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子( )在其间通过。该电池的工作原理如图3所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()
为什么在纽扣式银锌电池中的负极活性材料用的不是单纯的锌而是含汞量很少的锌汞合金?这是因为如果用了单纯的锌,电池在未工作时(即空置时)就会被电池中的电解质溶液腐蚀而放出氢气,以致影响电池的使用寿命,而改用含汞虽然很少的锌汞合金的话,可以使电池在未工作时锌极被腐蚀的过程被阻止到最小的程度。不仅银锌电池是这样,在其它某些电池中也采取同样的措施。如在制造锌锰干电池的传统工艺中,锌皮用氯化汞溶液处理,部分锌发生了反应:Zn+ Hg2+=Zn2++Hg生成的汞与未起反应的锌形成锌汞合金。制造过程中控制HgCl2的用量,使生成的合金中含汞仅约0.25%。汞太多则使锌变脆。近年来正在研究干池等中不用汞的工艺以避免汞污染的危害。
电极反应式为:负极反应:Zn-2e=Zn2+
正极反应:Br2+2e=2Br
电池总反应式为:Zn+Br2=ZnBr2
例1、银器皿日久表面逐渐变黑色,这是由于生成硫代银,有人设计用原电池原理加以除去,其处理方法为:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去而银不会损失。
③燃料电池在工作时不断从外界输入氧化剂和还原剂,同时将电极反应产物不断排出电池。燃料电池是直接将燃烧反应的化学能转化为电能的装置,能量转化率高,具有节约燃料、减小污染的特点。
④新型高能电池。随着科技发展,在原有原始电池基础上,发展了一些新型高性能电池并已在社会生产生活各方面广泛应用,如:锂-二氧化锰非水电解质电池、钠-硫电池、海洋电池。
A.有 放电的a极为电池的负极
B.有 放电的b极为电池的正极
C.a极对应的电极反应为
D.该电池的总反应方程式为
其它:
(1)海水电池1991年我国首创的以铝—空气—海水组成的新型电池,可用于航标灯中。该电池用铝作负极、石墨作正极。电极反应为:
负极4Al-12e=4Al3+
正极302+6H2O +12e=120H-
如铁铜连接处于电解质溶液中,铜受到保护,不易腐蚀
二、金属的腐蚀与防护
1、金属腐蚀的定义:金属或合金与接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程.
2、金属腐蚀的实质:金属原子失去电子被氧化而消耗的过程.
3、金属腐蚀的种类:化学腐蚀与电化学腐蚀.
化学腐蚀与电化学腐蚀的对比
电化学腐蚀(吸氧腐蚀)
化学腐蚀
由于Al3+可与0H-化合生成Al(OH)3,所以该电池的总反应方程式为:
4A1+302+6H2O=4Al(OH)3,该电池的能量比普通干电池(锌锰电池)高20-50倍。
(2)锂电池
Li|LiI|I2
用锂作负极的电池统锂电池。在锂电池中不能使用电解质水溶液(为什么?)。迄今已陆续发明了不少品种的锂电池,其中最著名的是锂碘电池。这种电池中的电解质是固体电解质LiI,其中的导电离子是I-。该电池的电极反应为:
电极构成
负极
电子流出的一极.通常为活泼性较强,易失电子的金属