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原电池_百度百科
作者:亚美官网    发布日期:2020-07-18 06:24


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  通过氧化还原反应而产生电流的装置称为原电池,也可以说是把化学能转变成电能的装置。有的原电池可以构成可逆电池,有的原电池则不属于可逆电池。原电池放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。例如铜锌原电池又称丹聂尔电池,其正极是铜极,浸中硫酸铜溶液中;负极是锌板,浸在硫酸锌溶液中。两种电解质溶液用盐桥勾通,两极用导线相连就组成原电池。平时使用的干电池,是根据原电池原理制成的。

  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。大名鼎鼎的伏特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,伏特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。

  原电池反应属于放热的反应,一般是氧化还原反应,但区别于一般的氧化还原反应的是,电子转移不是通过氧化剂和还原剂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导线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。

  从能量转化角度看,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外接导线传递给氧化剂,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。

  1.电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成。

  只要具备前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电流,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化学反应。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。

  b. 金属和非金属(非金属必须能导电):如锌锰干电池,锌作负极,石墨作正极;

  负极:电子流出的一极(负极定义);化合价升高的一极;发生氧化反应的一极;活泼性相对较强(有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响)金属的一极。(仅适用于原电池)

  正极:电子流入的一极(正极定义);化合价降低的一极;发生还原反应的一极;相对不活泼(有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响)的金属或其它导体的一极。(仅适用于原电池)

  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:

  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。

  1、直接转换成电能输出的装置。又称化学电池。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、氟化碳等)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,称为碱性锌锰电池,简称碱锰电池,俗称碱性电池。

  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:

  (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

  (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。

  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

  ,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。

  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,那么负极电极反应式正极的电极反应式的书写就可迎刃而解了。

  O。(注意:在电极反应式中应遵循电荷守恒质量守恒;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。)

  O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

  原电池腐蚀亦称电偶腐蚀或双金属腐蚀。是由相互接触的两种不同金属材料与周围导电溶液组成原电池而引起的电化学腐蚀(见腐蚀类型)。其中作为阳极的金属发生溶解,造成蚀损; 作为阴极的金属,则往往得到保护。海洋开发中的机械设备和各种构筑物经常是用不同金属材料制造的,周围海水又是导电性良好的电解质溶液,所

  以,原电池腐蚀颇为常见。原电池腐蚀与不同金属材料在海水中的自然电势之差,以及它们的相对面积之比和距离有关。电势相差越大,阴极面积越大,阳极极化越小,回路电阻越小,则阳极腐蚀情况越严重; 反之亦然。在海洋大气带,原电池腐蚀一般只局限在不同金属连接处附近,属于局部原电池腐蚀。在海水全浸条件下,原电池作用可以远至百米,例如青铜螺旋桨和船体裸露钢板之间,可以构成大型原电池而造成船体腐蚀。

  1、在设计和施工中尽量避免或消除形成原电池的可能因素,例如选用相同材料或自然电势相近的材料制做整体结构;

  2、避免不同金属材料,特别是自然电势相差较大的材料直接接触,必要时应使两者之间保持良好的绝缘;

  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CO

  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

  )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。

  为安全使用和处理原电池,2009年4月29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。

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