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《化学电源》知识速查
一次电池
①锌锰电池
普通锌锰电池 | 碱性锌锰电池 | |
装置 | ||
电极反应 | 负极材料:Zn。 电极反应:Zn-2e-=Zn2+。 正极材料:碳棒。 电极反应:2NH4++2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O。 总反应:Zn+2MnO2+2NH4+=Mn2O3+Zn2++2NH3+H2O | 负极材料:Zn。 电极反应:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2。 正极材料:碳棒。 电极反应:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-。 总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。 |
特点 | 优点:制作简单,价格便宜 缺点:新电池会发生自动放电,使得存放时间缩短,放电后电压下降较快 | 克服了普通锌锰干电池的缺点,单位质量所输出的电能较多且储存的时间较长,适用于大电流和连续放电 |
②银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH溶液)
负极材料:Zn
电极反应:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极材料:Ag2O
电极反应:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
总反应:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2
二次电池(可充电电池)
充电电池是既能将化学能转化为电能(放电),又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应;充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反,充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。
①铅蓄电池(电解质溶液为30%H2SO4溶液)
a.放电时的反应
负极:Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s) (氧化反应)
正极:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l) (还原反应)
总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
b.充电时的反应
阴极:PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq) (还原反应)
阳极:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq) (氧化反应)
总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
②锂电池
负极材料:锂 正极材料:石墨
电解质:LiAlCl4 SOCl2
放电时的反应
负极反应:8Li-8e-=8Li+
正极反应:3SOCl2+8e-=SO32-+2S+6Cl-
总反应:8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S
燃料电池
①氢氧燃料电池
a.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池
电池 | 酸性 | 碱性或中性 |
负极反应式 | 2H2-4e-=4H+ | 2H2-4e-+4OH-=4H2O |
正极反应式 | O2+4e-+4H+=2H2O | O2+4e-+2H2O=4OH- |
总反应式 | 2H2+O2=2H2O |
b.燃料电池的电极本身不参与反应,燃料和氧化剂连续地由外部供给。
②铝-空气-海水电池
负极材料:铝片 正极材料:铂片
电解质溶液:海水
负极反应:4Al-12e-=4Al3+
正极反应:3O2+12e-+6H2O=12OH-
总反应:4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3
电极反应式书写的步骤和方法
(1)电极反应式书写的一般步骤
(2)电极反应式书写的一般方法
①如果题目给出的是图示装置,先确定原电池的正负极上的反应物质,再根据正负极反应规律写电极反应。
②如果题目给出的是总反应,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),写出较易写的电极反应,然后用总反应减去写出的电极反应即得另一极的电极反应,例如典例4。
③对于可充电电池的反应,需清楚“充电”“放电”的方向,放电过程应用原电池原理,充电过程应用电解原理。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程,充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程,图示如下:
④对于燃料电池, 一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:
a.酸性电解质溶液环境下电极反应式:
O2+4H++4e-=2H2O。
b.碱性电解质溶液环境下电极反应式:
O2+2H2O+4e-=4OH-。
c.固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:
O2+4e-=2O2-。
d.熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:
O2+2CO2+4e-=2CO32-。
再根据电池总反应式减正极反应式写出电池的负极反应式。图示如下: