介绍几种常见的原电池,本文主要内容关键词为:几种论文,常见论文,原电池论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
原电池是历年高考热点内容之一,也是人们生活、生产、科技等方面不可缺少的知识,为了同学们对常见原电池有所了解,特作如下介绍。
最早的电池是意大利科学家伏打(Alessandro Volta 1745—1827)在1800年发明的,故称为“伏打电池”。电池发明后,产生的电量比较小,于是科学家做了一系列的改进,就形成了今天我们见到的各式各样的电池。
1.干电池
日常生活和工作中常用的干电池(称电池)是19世纪60年代法国的勒克兰谢(Leclanche)首先发明的,故又称为勒克兰谢电池或锌锰干电池。
锌锰干电池是用锌制的圆筒形外壳做负极,位于中央的盖有铜帽的石墨棒做正极,圆筒内填充ZnCl[,2]、NH[,4]Cl和淀粉糊做电解质,还填有MnO[,2]做去极剂(吸收正极放出的H[,2],防止产生极化现象)。电极反应如下:
锌锰干电池的特点是原材料丰富,价格便宜;型号多样1号~5号;携带方便,适用于间歇式放电场合,普遍用在手电和小型器械上。其最适宜的使用温度为15℃-35℃,电压通常约为1.5伏,不能充电再生。
2.蓄电池
蓄电池是电能的贮存器,其电池反应可以正向和逆向进行。蓄电池放电时为原电池,充电时为电解池。充电次数可达数百次,下面介绍几种目前实际工作中的常用的蓄电池。
2.1 酸性蓄电池
铅蓄电池是1860年普兰特发明的。它是用硬橡胶或透明塑料制成的长方体外壳。正极是涂有二氧化铅的铅板,负极是海绵状金属铅,两极内浸在密度为1.28g/cm[3]的硫酸溶液中,且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电时:
铅蓄电池本身比较笨重,但它稳定可靠,能量转化效率高,所用材料丰富,价格便宜,仍为目前广泛使用的蓄电池,通常被用在汽车上。但循环周次只有250至300次。
2.2 碱性蓄电池
(1)镍镉蓄电池
20世纪初才发明。正极为活性物质添加了石墨的β—羟基氧化镍,负极为活性物质海绵状金属镉,电解液是密度为1.18g·cm[-3]左右的KOH溶液。
放电时:
这种电池携带使用方便,在计算器、电子仪器、卫星通讯等许多方面都有应用,它的使用寿命为充放电1000至2000周次。
(2)铁镍蓄电池
放电时:
(3)银锌蓄电池
银锌蓄电池是形似于“干电池”的充电电池,其负极为锌,正极为附着有Ag[,2]O的银,电解液为40%的KOH溶液。
放电时:
这种电池内阻小,能大电流放电。缺点是价格昂贵,循环寿命短,目前除做蓄电池外,还做成钮扣电池,它用不锈铜制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒,盒内靠正极壳一端填充由Ag[,2]O和少量石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料,电解质溶液为浓KOH,溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜,将电极与电解质溶液隔开。钮扣电池供小型电子仪器和电子表使用,电池可达1.59V,使用寿命1年~2.5年。
(4)氢镍电池
氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。
电池总反应为:
3.燃料电池
燃料电池是1939年由英国的培根首先研制成功,50年代后期由于宇航事业(美国阿波罗航天飞机上使用过H[,2]—O[,2]燃料电池,该电池的生成物水还可供宇航员饮用)的促进,燃料电池的研究得到很大发展,当前人类为开辟新的能源,减少对环境的污染,正加紧对它的研制。
燃料电池可分为酸式、碱式和熔融盐燃料电池。燃料电池的负极一定是可燃的燃料(如H[,2]、CO、CH[,4]、CH[,3]OH、N[,2]H[,4]、液化石油气、液化丙烷气、煤气等)失电子,发生氧化反应,电池的正极一定是助燃性气体(如O[,2])得电子,发生还原反应。电极可用表面上沉积了催化剂的多孔碳电极,也可用多孔的Ni和Ni—NiO分别作负、正极,电极本身有催化性能。
如阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池,其负极是多孔镍电极,通入H[,2],正极为覆盖氧化镍的镍电极,通入O[,2],电解质溶液为KOH溶液,反应保持较高温度,使H[,2]O蒸发,则该电池的电极反应为:
负极(多孔镍电极):
正极(覆盖氧化镍的镍电极):
该电池为碱式燃料电池。若把H[,2]改为CH[,4](称为甲烷燃料电池)等燃料亦可,正极反应式同上,负极反应式为:负极(多孔镍电极):
熔融盐燃料电池见附后4题。
燃料电池是燃料在电池中直接氧化而产生电能的装置,故能量的转换率比普通火力发电高得多,后者能量转换环节多,损耗大,能量的转换率不到40%,而前者的能量转换率目前最高可达80%左右,并且普通火力发电所用的燃料,在燃烧时产生大量的烟、雾、尘和有害气体,对环境污染严重,而燃料电池所用的燃料,使用之前已经过了对有害物的分离处理,基本不排放硫的氧化物和氮的氧化物,因此,对环境不造成或少造成污染,燃料电池还具有连续供电的优点。目前,燃料电池的价格还相当昂贵,普遍推广使用还有困难,有待于通过研究降低其成本。
附:近几年涉及原电池种类的高考题
1.(1994年全国)银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可表示为
在此电池放电时,负极上发生反应的物质是()
A.AgB.Zn(OH)[,2]C.Ag[,2]OD.Zn
2.(1996年全国)实验室用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:
今若制得Cl[,2]0.050mol,这时电池内消耗的H[,2]SO[,4]的物质的量至少是()
A.0.025molB.0.050molC.0.10molD.0.20mol
3.(1999年全国)氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是根据此反应式判断,下列叙述中正确的是()
A.电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大
B.电池放电时,镍元素被氧化
C.电池充电时,氢元素被还原
D.电池放电时,H[,2]是负极
4.(2000年江浙吉“理科综合”)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li[,2]CO[,3]和Na[,2]CO[,3]的熔融盐混和物做电解质,CO为阳极燃气,空气与CO[,2]的混合气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
阳极反应式:
阴极反应式:___________________,
总电池反应式:_________________。
5.(2001年上海高考综合能力测试)化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其总反应可表示为:
已知2Ni(OH)[,2]和Cd(OH)[,2]均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是()
①以上反应是可逆反应②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转化为电能④放电时化学能换变为电能
A.①③B.②④C.①④D.②③
答案:
1 D、 2 C、 3 CD、