化學教案－原電池

化學電源

1.       普通鋅錳電池——干電池

干電池是用鋅制筒形外殼作負極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充ZnCl₂、NH₄Cl和淀粉糊作電解質，還填有MnO₂黑色粉末，吸收正極放出的H₂，防止產生極化現象。

電極反應為：

負極：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、陽離子在兩極的遷移速率。

電池的總反應式為：

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

干電池的電動勢通常約為1.5V，不能充電再生。

2.       鉛蓄電池

2，負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。

放電時起原電池的作用，電極反應為：

當放電進行到硫酸的濃度降低，溶液的密度達1.18g    時應停止使用，需充電，充電時起電解池的作用，電極反應為：

陽極：PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺+SO₄^2-

陰極：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-

蓄電池充電和放電的總化學方程式為：

3.       銀鋅電池——鈕扣式電池

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

負極：Zn+2OH^—-2e^-=ZnO+H₂O

正極：Ag₂O+H₂O+2e^-=2Ag+2OH^-

電池的總反應式為：Ag₂O+Zn=2Ag+ZnO

電池的電動勢為1.59V，使用壽命較長。

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，它是用金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質溶液由四氯化鋁鋰（LiAlCl₄）溶解在亞硫酸氯（SOCl₂）中組成。電池的總反應式為：8Li+3SOCl₂=6LiCl+Li₂SO₄+2S

這種電池容量大，電壓穩定，能在-56.7~71.1℃溫度范圍內正常工作。

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，主要用于航天領域。它的電極材料一般為活性電極，具有很強的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。電解質溶液為40%的KOH溶液。電極反應為：

負極：2H₂+4OH^—-4e=4H₂O

正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

電池的總反應式為：2H₂+O₂=2H₂O

6.       海水電池

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

負極：4Al-12e^-=4Al³⁺

正極：3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-

電池的總反應式為：

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。電極反應為：

負極：CH₄+10OH^—-8e^-=CO₃^2-+7H₂O

正極：2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-

電池的總反應式為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O

電解時電極產物的判斷

1.       陽極產物判斷

首先看電極，如果是活動性電極（金屬活動順序表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。此時根據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.       陰極產物判斷

直接根據陽離子得電子能力進行判斷，陽離子放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na2+>Ca2+>K+

3.       電鍍條件，由于陽極不斷溶解，由鍍液中陽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