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原电池 更新时间:2011-05-23 14:23

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原电池是将化学能转变成电能的装置。所以,根据定义,普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。

组成原电池的基本条件

  • 1、将两种活泼性不同的金属(或石墨)(Pt和石墨为惰性电极,即本身不会得失电子)(一种是活泼金属一种是不活泼金属)。

    2、用导线连接后插入电解质溶液中,形成闭合回路。

    3、要发生自发的氧化还原反应。

原电池工作原理

  • 原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。

原电池正负极判断方法

  • 原电池有两个电极,一个是正极,一个是负极,其判断的依据有:

    1.据组成原电池的两极材料判断

    当两种金属(或一种金属与一种非金属)作电极时,若有一金属能与电解质溶液(包括其中溶解的O2、CO2)自发进行氧化还原反应,则该金属无论强弱一定作为负极;若两金属都能与电解质溶液反应或都不反应,则相对较活泼的金属应作为原电池的负极失去电子。一般情况下是较活泼的金属为负极,较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

    2.据电流方向或电子流动方向判断

    在外电路,电流总是由正极流向负极,电子总是由负极流向正极。

    3.据电解质溶液里离子的定向移动方向判断

    在内电路的电解质溶液里,阳离子总是移向阴极(原电池的正极),阴离子总是移向阳极(原电池的负极)。

    4.据两极发生的反应判断

    原电池的负极(即阳极)总是失去电子发生氧化反应,正极(即阴极)总是得到电子发生还原反应。

    5.据电极质量的变化判断

    原电池工作一段时间后,若某电极的质量增加,说明溶液中的金属阳离子在该电极上放电,该电极活泼性较弱为正极。反之,若某电极的质量减小,说明该极金属溶解,该电极活泼性较强为负极。

    6.据电极上有气泡产生判断

    原电池工作时,若某电极上有气泡产生,是因为该电极上有H2析出,说明该极为正极,活泼性较弱。

    7.据电极附近pH的变化判断

    析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,若某电极附近溶液的pH增大了,说明该电极活泼性较弱为正极。

    8.据原电池反应方程式判断

    原电池反应均为可自发进行的氧化还原反应。在原电池反应方程式中,先判断出氧化剂和还原剂,则总是还原剂(氧化剂)失(得)电子为负(正)极。

    9.据向电极上通入的气体判断

    燃料电池的两电极材料一般相同,它一般不参与化学反应,只起传导电子的作用,故需根据向两极上通入的气体成分判断两极的正负。燃料电池的负极上通入的一定是可燃性气体(还原剂),正极上通入的一定是助燃性气体(氧化剂)。

    10.据与原电池相连的用电器判断

    与原电池相连的不同的用电器,会产生不同的现象,根据用电器所产生的现象可判断原电池的正负极。若用电器为电流表,则可根据电流表指针的偏转方向判断原电池的正负极;若用电器为电解池,则可根据电解池两极上固体质量的变化、气体的产生、附近溶液颜色的变化、溶液中有色带电粒子的移动趋势等判断原电池的正负极。

常见的原电池

  • 常用原电池有锌-锰干电池、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂电池等。

    1 锌-锰干电池: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,以二氧化锰为正极。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:

    (1)铵型锌-锰电池:电解质以氯化铵为主,含少量氯化锌。

    电池符号:(-) Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2 (+)

    总电池反应: Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)

    (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。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水,因此电池不易漏液。

    电池符号:(-) Zn│ZnCl2│MnO2 (+)

    总电池反应(长时间放电):

    Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4

    (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。

    电池符号:(-) Zn│KOH│MnO2 (+)

    总电池反应: Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2

    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。

    2.锂原电池: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-1,工作温度在-55~70℃间,在20℃下可贮存10年之久!它们都是近年来研制的新产品,目前主要用于军事、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。

原电池应用

  • (1)制造各类电池

    原电池,一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应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。

    (2)金属的腐蚀与防护

    ①改变

    金属内部结构(如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢)

    ②在金属表面覆盖保护层

    a、在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质;

    b、用电镀、热镀、喷镀的方法,在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属;

    c、用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。(表面钝化)

    ③电化学保护法

    a外加电流的阴极保护法(把被保护的设备与外接电源的负极相连)

    b牺牲阳极的阴极保护法(被保护的设备与活泼的金属相连接)

    (3)判断金属的活泼性

    (4)加快反应速率

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