химични източници

Работната programma.Himicheskie източници на енергия. Галванична клетки, батерии и горивни клетки. Електродвижещата сила на електрохимичната клетка. Термодинамика на електрохимична клетка. Концентрация и химични галванични клетки. Елементи Даниел - Якоби и Leklanshe. Батерии: олово, желязо, никел, сребро и цинк, литий-йон.

В електрохимични клетки чрез пряко преобразуване на химическата енергия в електрическа енергия. Основните предимства на химични източници на ток са автономни и висока ефективност, но основният недостатък - много висока цена на електроенергията, произведена.

Химически източници на ток са разделени на галванични клетки, батерии и горивни клетки.

Галванични клетки - изходни химически ток, при което разходът на реагент по време на неговата работа. След изчерпване на реагенти, вече не може да се използва електрохимична клетка. Действието на електрохимичната клетка може да бъде химически процес или процес на изравняване на концентрациите на два електролити - разтвори на същото вещество. Чрез тази мярка галванични клетки са разделени на химически и концентрация.

Пример за химически електрохимична клетка може да бъде цинк-мед елемент, известен като клетката Daniell - Jacobi (ris.8.4). Той се състои от медна плоча, понижава в разтвор на цинков сулфат и цинков плоча, поставена в разтвор на цинков сулфат. Съдовете използват кратко U-образна тръба, запълнена с електролитен разтвор. На уравновеси цинков електрод

Стандартна потенциал за намаляване на цинков електрод е -0.763 V, и мед е + 0,337 V. Следователно, когато за контакт е цинков електрод ще цинк окисляване и мед - процесът на възстановяване на медни йони. Цинк електрод е заредена отрицателно, и меден електрод ще се сдобие с положителен заряд. Процесите на електрохимията окисление са nazvanieanodnyh процеси. и електрод, върху която окисляване се извършва се нарича анода; съответно процес на възстановяване нарича катодна процес. и електрода, която се простира разтваряне се нарича катода. Електроните ще се движат от цинк на мед, т.е. от анода към катода. Цинков анод поради окисляване се разтваря и разтворът преминава цинкови йони, медни йони са възстановени, и метална мед - утаяват върху катода. Увеличаването на концентрацията на цинковите катиони в анодното отделение се компенсира трансфер отрицателно зареден сулфатни йони към анода. Отстраняването на медни йони от резултата катодното отделение за дефицит на катиони, че ще доведе до прехвърлянето на цинкови и медни катиони към катода. Общият брой на химическа реакция в клетката е на формата

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu.

Схемата на електрохимичната клетка Даниел - Якоби уравнение може да се запише по следния начин:

Големината на ЕДС на клетката се изчислява като разлика намаляване на катодните и анодните потенциали:

EMF на електрохимични клетки, измерени експериментално, може да се използва за изчисляване на термодинамични функциите на редокси реакции. Промяната на Гибс енергия на реакцията (# 916; R G) по прост начин поради EMF (# 949):

където п - брой на моловете (еквивалента) в един мол на веществото; F - Фарадей константа, или при стандартни условия

Ако знаете, че зависимостта на температурата електродвижещото напрежение, промяната на ентропията на реакцията може да се намери в отношенията

Промяна реакционната енталпия може да бъде изчислена от формула (3.16)

Като се има предвид, че # 916; R G, свързана с равновесната константа на съотношението на реакция (4.14)

или заместване на стойности на R и F, и преминаване към десетични логаритми, ние получаваме при 298 К

По този начин, чрез измерване експериментално температурната зависимост на едн клетка, може да се получи термодинамичните характеристики на реакцията се срещат в клетката.

Пример 8.10. Равновесната константа за реакцията срещащи се в клетката (-) Znú Zn 2+ úú CD ú Cd 2+ (+). равна на 2022 х 10 5. Определяне на потенциала за кадмий електрод когато потенциалът електрод на цинка е равна на - 0,789 Б.

Решение. Това електрохимична реакция клетка се появява

Cd 2+ + Zn Û Zn 2+ + Cd. Константа на равновесие между реакцията се срещат в клетката и електродвижещата сила на клетката има връзка

Суха клетки (елемент Leklanshe) или манган-цинк елемент (ris.8.5) понастоящем е една от най-често срещаните елементи, използвани за задвижване на различни преносими устройства. Цинк съд 1 е анод, а графитни електроди 2 - катода. Катодът се поставя във вътрешността на сгъстен смес от графит и

Zn - 2е - → Zn2 +.

йони цинков реагират на NH4CI:

йони водородни изпълняват на катода:

Зараждащата водород обхваща тънкия филм (поляризиращ) графитен катод, който може да доведе до прекъсване на електрическата верига. Манганов диоксид (IV) действа като depolarizer, свързващ молекулен водород:

Шофиране елемент: MnO2. С | на NH4CI | Zn.

EDS елемент е

1,5 Б. Основното предимство е ниска точка на разходите.

Концентрация елементи се състоят от същите метали или газ електродите намалиха в електролити с различна активност (концентрация), например:

където a1 <а2. При работе концентрационного элемента равные количества водорода или цинка переходят в раствор на аноде и выделяются из раствора на катоде. Одновременно концентрация ионов в анодном пространстве возрастает, а в катодном – уменьшается. Процесс будет проходить до выравнивания активностей ионов в катодном и анодном пространстве. ЭДС концентрационного элемента может быть найдена по соотношению

Батериите на различни галванични клетки, които след изчерпване на изпълнение реагенти батерия могат да бъдат възстановени чрез пропускане на поток в посока, обратна на посоката на тока по време на работа. Процесът на производство на електрическа енергия се нарича процеса на възстановяване от отговорност и ефективност на батерията - заплащане. При изпълнение на химическата енергия се преобразува в електрическа енергия, и по време на зареждане - електрически химически. Батерия - един галваничен елемент за многократна употреба.

Най-често срещаните са актуални батерии оловно-киселинни, известен също като киселина. Киселина електроди батерии са водещи мрежи пълни с паста от оловен оксид (IV). Електродите се поставят в разтвор на сярна киселина с концентрация от 32-39%, и се разделят един от друг чрез порьозни сепаратори. При работа на батерията електроди следните реакции:

Когато таксата се връща обратно реакция. Цялостният процес в батерии оловно-киселинни може да бъде представена както следва:

EMF е оловна батерия

Основните предимства на оловен акумулатор са ниска цена и висока ефективност, основният недостатък - голяма маса на единица капацитет, както и сравнително кратък срок на експлоатация - 200 - 500 заряд-разряд цикъла.

Никел-желязо батерията. Анодът е направен от гъбесто желязо, катодът е никел мрежа изпълнен с паста от никел хидроксид (III) NiOOH и графит. Електролитът е 20% разтвор на калиев хидроксид KON.Pri освобождаване на следните реакции възникват в електродите:

Анод: Fe + 2ОН - -2Е - → Fe (ОН) 2;

катод: NiOOH + Н 2О + д - → Ni (ОН) 2 + OH -.

Общо процеси в никел-желязо батерията по време на разреждане и зареждане могат да бъдат представени, както следва:

EMF никел и желязо батерията е

1,2 Б. Основните предимства на никел и желязо батерия живот са високи - до 1000-3000 цикъла заряд-разряд и относително ниско тегло на единица капацитет, основният недостатък - ниска ефективност и ниско работно напрежение.

Сребърен оксид батерия. Анодът е изработена от порест цинк катод - от сребърен оксид (I) Ag2- О, получени чрез окисляване на метално сребро. Електролитът се използва 40% разтвор на КОН. При освобождаване, се появят следните реакции:

Анод: Zn + 2ОН - - 2е - → Zn (OH) 2,

катод: AG2 О + Н 2О + 2е - → 2ag + 2ОН -.

Общо на зареждане и разреждане процеси е, както следва:

EMF сребърен оксид батерията е

1,6 Б. Основните предимства на сребро-цинков батерията са относително висок капацитет и висока мощност за единица тегло и обем, основните недостатъци - висока цена и кратък живот - -100 20 цикъла заряд-разряд.

анод: LiCoO2 - XE - → LI1-xCoO2 + XLI +;

катод: С + + + XLI XE - → CLih.

По време на батерията на прехвърлянето на литиеви йони от един електрод към друга.

Основните недостатъци на литиево-йонни батерии са пълен провал по време на дълбок разряд и сравнително бързото застаряване на населението, което води до загуба на мощност.

EMF литиев йон батерия е 3.6 V, живота на до 20% загуба на капацитет - 500-1000 заряд-разряд цикъла.

Литиево-полимерна батерия (Li-Pol или Li-полимер) е по-напреднали литий-йон дизайн на батерията. В основата на литиев полимер батерия е явлението на прехвърляне на някои полимери, например полиетилен, с полупроводников състояние чрез въвеждане на литиеви йони в него. Специални мощност литиево полимерна батерия може да придаде на тока от 10 или дори 20 пъти цифровата стойност на капацитет.

Най-обещаващите е използването на батерии в електрически превозни средства. Основните проблеми се състоят в относително високата цена на батериите не е достатъчно дълъг живот и рязък спад в качеството на минусови температури.

Горивни клетки - електрохимични клетки е необходимо в процеса на потока окислител и редуциращият агент доставя отвън. Като редуциращо средство може да се използва водород, природен газ, метанол, и т.н., както обикновено се използва въздух кислород окислител. Забележителни практическо приложение на горивните клетки не са намерени.

Въпроси и задачи за самоподготовка

1. Изчислете ЕВФ на клетъчната Cd | Cd 2+ (0.8 м) || (0,01М) Cu 2+ | Cu.

2. Изчисляване на клетъчната едн Pb | Pb 2+ (0,02M) || (0.1 М) Zn 2+ | Zn.

3. Изчисляване на едн на концентрацията на електрохимичната клетка, състояща се от цинкови електроди спуска в цинков сулфат разтвори с концентрации от 0.02 М и 0,0032M съответно.

4. Изчислява се едн на концентрацията на клетката: Ag | Ag + (0,001M) || (0.1 М) Ag + | Ag.

5. Опишете елемент устройство Даниел Джакоби и процеси, протичащи по време на неговото действие.

6. Описание на Leklanshe апарат елемент и процеси, които се случват по време на неговата работа.

7. Каква е разликата на концентрацията на клетките на химически батерии? Даде пример за клетка концентрация.

8. Описва преднината апарати и процеси, които се случват по време на работа на батерията. Предимства и недостатъци на оловен акумулатор.

9. Описва устройство никел и желязо батерия и процеси, протичащи по време на неговата работа. Предимства и недостатъци на никел и желязо батерия.

10. Описват устройство батерия и процеси, протичащи по време на операция сребърен оксид. Предимства и недостатъци на сребърен оксид батерия.

11. Описание на устройство на литиев йон батерия и процеси, протичащи по време на неговата работа. Предимства и недостатъци на литиев йон батерия.