电池
银锌蓄电池电动势的变化,主要受正极板的化学反应阶段性影响,而与电解液的密度无关。 银锌蓄电池正、负极的电极电位φ与氢氧化钾百分比浓度N的关系如图1所示。从图中可以看出氢氧化钾浓度变化(相当于密度变化)时,正、负极的电极电位都要变化,但它们的差值即电池的电动势基本保持不变。因此,银锌蓄电池的电动势与电解液的密度无关。
与铅蓄电池一样,银锌蓄电池的内电阻也由极板电阻、电解液电阻和极板与电解液的接触电阻组成。由于银锌蓄电池在充、放电过程中不消耗氢氧化钾,因此内电阻的变化受电解液的影响较小,主要由极板生成物质的电阻决定。例如在放电过程的第一阶段,正极板生成阻值较高的氧化银,负极板也部分被氢氧化锌所遮盖,因此内电阻将逐渐增大。笫二阶段由于正极板生成导电性很好的银,因此内电阻反而有所减小。
银锌蓄电池在充好电后,其正极板的活性物质是过氧化银(Ag2O2),负极板的活性物质是锌,电解液是以氢氧化钾为主,并配以锌酸盐的饱和水溶液。放完电后,正极板的活性物质变为银,负极板则变为氢氧化锌[Zn(OH)2]。
放电时,在负极锌与电解液中的氢氧根离子化合,生成氢氧化锌,并放出两个电子,其化学反应式为:
Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e
在正极,化学反应分两个阶段进行。第一阶段,过氧化银获得电子并与水化合,生成氧化银(Ag2O)和氢氧根离子,其化学反应式为:
Ag2O2+H2O+2e→Ag2O+OH-
当放电进行到一定程度时,转入第二阶段,氧化银又获得电子,并与水化合,生成银和氢氧根离子,其化学反应式为:
Ag2O+H2O+2e→2Ag+OH-
与此同时,生成的银还会与过氧化银进行如下反应:
2Ag+Ag2O2→2Ag2O
综合以上4个反应式,得到放电时的化学反应式如下:
Ag2O2+ 2Zn + 2H2O→2Ag + 2Zn(OH)2
从上述化学反应过程可知,在放电时负极板上的锌被氧化,生成氢氧化锌,同时消耗掉氢氧根离子;正极板上的过氧化银被还原,先生成氧化银,继而生成银,同时消耗掉水,并产生氢氧根离子;电解液中的氢氧化钾并无消耗掉,离子钾和离子氢氧根仅是在两极间起输送电能的作用,但水则参与化学反应,不断被极板吸收,氢氧化钾的浓度越来越大。
银锌蓄电池的化学反应也是可逆的,故充、放电的化学反应式为:
Ag2O2+ 2Zn + 2H2O 2Ag + 2Zn(OH)2
常用的纽扣式银锌电池,放电时的电极反应式分别为:
Zn极 Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2
Ag2O极 Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH
一、十大原电池
1、普通锌锰干电池:Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正极(C):2MnO2+2e-+2NH4+=Mn2O3+2NH3↑+H2O
碱性锌锰干电池:Zn+2MnO2+H2OZn(OH)2+Mn2O3
负极(Zn):Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极(C):2MnO2+2e-+H2O=Mn2O3+2OH-
2、铅蓄电池:2PbSO4+2H2O充电 =放电Pb+PbO2+2H2SO4
负极(Pb):Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正极(PbO2):PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
3、钮扣电池:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
负极(Zn):Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O
正极(Ag2O):Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
4、镍镉电池:Cd(OH)2+2Ni(OH)2充电= 放电Cd+2NiO(OH)+2H2O
负极(Cd):Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极[NiO(OH)]:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2 +2OH-
5、银锌电池:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2
负极(Zn):Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极(Ag2O):Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
6、氢镍电池:H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2
负极(通入H2):H2-2e-+2OH-=2H2O
正极[NiO(OH)]:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2 +2OH-
7、心脏起搏器:2Zn+O2+4HCl=2ZnCl2+2H2O
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正极(通入氧气):O2+4e-+4H+=2H2O
8、海水标志灯:4Al+O2+6H2O=4Al(OH)3
负极(Al):Al-3e-=Al3+
正极(通入O2):O2+4e-+2H2O=4OH-
9、氢氧燃料电池:2H2+O2=2H2O
酸电解质 负极(通入H2):H2-2e-=2H+
正极(通入氧气):O2+4e-+4H+=2H2O
碱电解质:负极(通入H2):H2-2e-+2OH-=2H2O
正极(通入氧气):O2+4e-+2H2O=4OH-
碳酸钠电解质:负极(通入H2):H2-2e-+CO32-=CO2↑+H2O
正极(通入氧气和二氧化碳):O2+4e-+2CO2=2CO32-
NiO电解质:负极(通入H2):H2-2e-+O2-H2O
正极(通入氧气):O2+4e-=2O2-
10、锂电池:Li+FePO4= LiFePO4
负极(Li):Li-e-=Li+
正极(FePO4):FePO4+e-+Li+=LiFePO4
二、电极反应式的书写
以氢气与氧气在碱性环境中的燃料电池为例。
1、先分析总反应,失去电子的物质为负极,得到电子的物质为正极; 2、然后分析物质失去电子或者得到电子应该变成什么;
例如,氢气失去电子应该变成氢离子,氧气得到电子应该变成氧离子; 3、然后再考虑电解质环境;
如碱电解质环境,氢离子不可能存在,应该和氢氧根离子生成水,而氧离子在水溶液中不存在,应该与水反应生成氢氧根离子(由氧化钠与水反应迁移过来)。 这样,就有了氢氧燃料电池在KOH作电解质的电极反应式。
负极(通入H2):H2-2e-+2OH-2H2O
正极(通入氧气):O2+4e-+2H2O=4OH-
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