总反应式:2Fe + O2 + 2H2O == 2Fe(OH)2 4.氢氧燃料电池(中性介质) 正极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 负极:2H2 - 4e- → 4H+ 总反应式:2H2 + O2 == 2H2O 5.氢氧燃料电池(酸性介质) 正极:O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 负极:2H2 - 4e-→ 4H+ 总反应式:2H2 + O2 == 2H2O 6.氢氧燃料电池(碱性介质) 正极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 负极:2H2 - 4e- + 4OH- → 4H2O 总反应式:2H2 + O2 == 2H2O 7.铅蓄电池(放电) 正极 (PbO2) :
PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ → PbSO4 + 2H2O 负极 (Pb) :Pb- 2e-+ (SO4)2-→ PbSO4 总反应式:
Pb+PbO2+4H++ 2(SO4)2- == 2PbSO4 + 2H2O 8.Al─NaOH─Mg原电池
正极:6H2O + 6e- → 3H2↑ + 6OH- 负极:2Al - 6e- + 8OH- → 2AlO2- + 4H2O
11
总反应式:2Al+2OH-+2H2O==2AlO2- + 3H2↑ 9.CH4燃料电池(碱性介质)
正极:2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH-
负极:CH4 -8e- + 10OH- → (CO3)2- + 7H2O 总反应式:CH4 + 2O2 + 2OH- == (CO3)2- + 3H2O 10.熔融碳酸盐燃料电池
(Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液,CO作燃料): 正极:O2 + 2CO2 + 4e- → 2(CO3)2- (持续补充CO2气体)
负极:2CO + 2(CO3)2- - 4e- → 4CO2 总反应式:2CO + O2 == 2CO2 11.银锌纽扣电池(碱性介质)
正极 (Ag2O) :Ag2O + H2O + 2e- → 2Ag + 2OH- 负极 (Zn) :Zn + 2OH- -2e- → ZnO + H2O 总反应式:Zn + Ag2O == ZnO + 2Ag 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
12
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
13
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。 二 电解池
电解原理
1、电解和电解池:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。
CuCl2 Cu+Cl2↑
2、电解池的组成:
①有两个电极插入电解质溶液(或熔融状态的电解质)中。②两极连外接直流电源。3、离子的放电顺序:阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。电解电解质溶液时,在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。
(1)阳极:(还原性强的先放电)
惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时:
S2->I->Br->Cl->OH-(水)>NO3->SO42->F- 活性电极时:电极本身溶解放电。 (2)阴极:(氧化性强的先放电)
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应,发生反应的是
14
溶液中的阳离子。阳离子在阴极上的放电顺序是:
Ag+>Hg2+>Cu2+>H+(水)>Pb2+>Fe2+>… >Na+>Ca 2+ > K+ 4、电解规律:(惰性电极)
(1)电解电解质:阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出H+
和OH -。如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。
①HCl(aq)
阳极(Cl->OH-)2Cl――2e-=Cl2↑ 阴极(H+) 2H++2e-=H2↑
总方程式 2HCl H2↑+Cl2↑ ②CuCl2(aq)
阳极(Cl->OH-)2Cl――2e-=Cl2↑ 阴极(Cu2+>H+) Cu2++2e-=Cu
总方程式 CuCl2 Cu+Cl2↑
(2)电解水:阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出H+和OH -。如含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。
①H2SO4(aq)
阳极(SO42-<OH-= 4OH――4e-=2H2O+O2↑ 阴极(H+) 2H++2e-=H2↑
总方程式 2H2O 2H2↑+O2↑ ②NaOH(aq)
阳极(OH-)4OH――4e-=2H2O+O2↑ 阴极:(Na+<H+= 2H++2e-=H2↑
总方程式 2H2O 2H2↑+O2↑ ③Na2SO4(aq)
阳极(SO42-<OH-= 4OH――4e-=2H2O+O2↑ 阴极:(Na+<H+=2H++2e-=H2↑
总方程式 2H2O 2H2↑+O2↑
(3)电解水和电解质:阳离子放电能力强于水电离出H+,阴离子放电能力弱于水电离出OH-,如活泼金属的无氧酸盐;阳离子放电能力弱于水电离出H+,阴离子放电能力强于水电离出OH -,如不活泼金属的含氧酸盐。
①NaCl(aq)
阳极(Cl->OH-)2Cl――2e-=Cl2↑ 阴极:(Na+<H+= 2H++2e-=H2↑
15
电解 电解 电解 电解 电解