没用过琪源的充电器,这个要看具体型号吧?充电电流是多少?3000除以充电电流,再乘以1.4是大概的充电时间。
常用原电池有锌-锰干电池、锌-汞电池、锌-银扣式电池、锂电池、镍—氢电池、氢氧燃料电池等 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 │C(石墨)(+)。
总电池反应: Zn+2NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)2]Cl2+Mn2O3+H2O。
(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+MnO2=Mn(OH)2+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。 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!它们都是研制的新产品,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。
锂电池与锂离子电池不同。前者是一次电池,后者可反复充电。 电压约3V,电池容量及输出的电池极高,可以存放十年仍有相当电力,但价钱较贵。
其他的一次性电池包括有锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。
原电池与二次充电电池的主要区别在于原电池只能使用一次,不能进行充电后重复使用。常用原电池有锌-锰干电池(碱性电池)、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂原电池等。
几种常见锂原电池性能比较 锂铁电池 碱性锌锰电池 锂锰电池 锂亚电池 电压(V) 1.5 1.5 3.0 3.6 比能量(mAh/g) 1000 70-90 200 400 自放电率/年 <2% 12%-20% <2% <1% 保存时间 5-10年 5年 5-10年 10-15年 适用温度(℃) -40~60 -22~55 -20~70 -55~85 放电电流 大 小 中 小 脉冲放电 弱 弱 强 弱 价格 中 低 中 高 应用领域 便携类电子产品 电子产品、玩具、钟表 安防、RFID、电子产品 智能仪表、军用、汽车电子 通过对比发现,锂亚电池性能优异,在所有可以实际使用的化学电源中具有较高的比容量和比能量,目前智能电表是国内锂亚电池的最大应用领域,但实际上其潜在可应用领域十分广泛,市场远未饱和,可重点关注锂亚电池在胎压监测系统、ETC收费系统、航天军事、安防等重点领域需求的持续增长。 燃料电池是一种不经燃烧,将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置,它和其他电池中的氧化还原反应一样,都是自发的化学反应,不会发出火焰,其化学能可以直接转化为电能的一种电池。所有的燃料电池的工作原理都是一样的,其电极反应的书写同样是有规律可循的。一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,可根据燃烧反应写出总的电池反应,但不注明反应的条件。负极发生氧化反应,正极发生还原反应,不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。
现以氢氧燃料电池为例进行说明:
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂(Pt)做电极材料,负极通入H2,正极通入O2,电解质溶液通常选用KOH。在负极上氢气失去电子变成 H+进入溶液,H+又与溶液中的OH-继续反应生成H2O,因此在负极发生的反应为H2 – 2e- = 2H+ ,H+ + OH- = H2O,所以:
负极的电极反应式为:2H2 – 4e- + 4OH- = 4H2O;
正极是O2得到电子,即:O2 + 4e- = 2O2- ,O2-在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-,即:O2- + H2O = 2OH- ,因此:
正极反应式为:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 。
总反应为:2H2 + O2 = 2H2O。
注意:若在酸性条件下,
负极反应式为:2H2 -4e- = 4H+。
正极反应式为:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(O2 + 4e- = 2O2- ,2O2- + 4H+ = 2H2O)。
总反应为:2H2 + O2 = 2H2O。
充电器能用的。
书写电极反应的四原则
1.加和性原则:根据得失电子守恒,总反应式为两个反应式之和,若已知一个电极反应式,可用总反应式减去已知的反应式,得另一电极反应式。
2.能否共存原则:因为物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形式不同,所以电极反应式必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H+参加反应;当电解质溶液成酸性时,不可能有OH—参加反应。如甲烷燃料电池以KOH为电解质溶液时:负极反应式:CH4+10OH-—8e-=CO32-+7H2O;正极反应式:2O2+4H2O+8e-=8OH-。
3.加氧失氧原则:加氧时,就在反应物中加H2O(电解质为酸性时)或OH—(电解质溶液为碱性或中性时);失氧时,就在反应物加H2O(电解质为碱性或中性时)或H+(电解质为酸性时)。如“钮扣”电池以KOH为电解质溶液,其总反应式为:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2,负极Zn→Zn(OH)2,根据加氧原则,负极反应式为:Zn+2OH-—2e-=Zn(OH)2;正极Ag2O→Ag,根据失氧原则,正极反应式为:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-。
4.中性吸氧反应成碱原则:在中性电解质溶液环境中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的最后产物是碱。如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。
一、考查原电池正负极的判断及电极反应式的书写。
例1:(07广东化学卷9)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为:
A.H2+2OH-=2H2O+2e- B.O2+4H++4e-=2H2O。
C.H2=2H++2e- D.O2+2H2O+4e-=4OH-。
解析:根据题意,实质为氢气燃料电池。负极通入氢气,正极通入氧气,故选项B、D错;电解液为磷酸,根据离子共存原则,不可能会有OH-参加反应,选项A错。
正确答案:C
二、考查原电池的工作原理
例2:(07全国理综II卷10)在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是。
A.正极附近的SO42—离子浓度逐渐增大。
B.电子通过导线由铜片流向锌片。
C.正极有O2逸出
D.铜片上有H2逸出
解析:本题符合铜锌原电池的形成条件,原电池工作时,电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜),B选项错;负极锌片:Zn-2e-=Zn2+,正极铜片:2H++2e-=H2↑,总反应为:Zn+2H+=Zn2++H2↑,原电池中没有O2产生,选项C错;没有参与电极反应的SO42—不会定向移动,它的浓度在溶液中各个区域基本不变,选项A错。
正确答案:D
三、考查新型电池的迁移认识
例3:(07天津理综卷13) 天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2),充电时LiCoO2中锂被氧化,Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中,以LiC6表示。电池反应为LiCoO2+C6 CoO2+LiC6,下列说法正确的是。
A.充电时,电池的负极反应为LiC6-e-= Li++C6。
B.放电时,电池的正极反应为CoO2+Li++e-= LiCoO2。
C.羧酸、醇等活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质。
D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低。
解析:根据题意知新型电池锂离子电池是一种可充电电池。充电时负极实际是阴极,发生的是还原反应:Li++C6+ e-=LiC6,选项A错;Li是活泼的碱金属,可以和羧酸、醇直接发生反应而被消耗,所以不可以用羧酸、醇等活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质,选项C错;Li是金属元素中相对原子质量最小的,因此在单位质量时Li的物质的量最大,释放的电子最多,选项D错。
正确答案:B
四、考查原电池的设计
例4:(07年山东理综卷29节选)铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
⑴写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式 。
⑵若将⑴中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。正极反应 ,负极反应 。
解析:Fe3+强氧化性,可与还原剂铜反应:2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,腐蚀印刷电路铜板。
要将上述氧化还原反应设计成原电池,先将上述反应写成氧化反应和还原反应两个半反应:Cu-2e-= Cu2+(氧化反应),2Fe3++2e-=2Fe2+(还原反应);然后结合原电池的原理及形成条件,可得出负极为参与电极反应的铜棒,发生氧化反应,正极可以是惰性电极(炭棒)或其他比铜不活泼的金属材料,电解质溶液为FeCl3溶液,用导线将两极连接,如图。
参考答案: ⑴2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。
⑵正极反应:2Fe3++2e-=2Fe2+。
负极反应:Cu-2e-= Cu2+。
将化学能转变成电能的装置。所以,根据定义,普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。组成原电池的基本条件是:将两种活泼性不同的金属(或石墨)用导线连接后插入电解质溶液中。电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果。原电池中,较活泼的金属做负极,较不活泼的金属做正极。负极本身易失电子发生氧化反应,电子沿导线流向正极,正极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应。在原电池中,外电路为电子导电,电解质溶液中为离子导电。
原电池primary battery 一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置。又称化学电池。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差,放完电后,不能重复使用,故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成,可制成各种形状和不同尺寸,使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门,并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。原电池一般按负极活性物质(如锌、镉、镁、锂等)和正极活性物质(如锰、汞、二氧化硫、氟化碳等)分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。锌锰电池产量最大,常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型,并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。以氢氧化钾为电解质的锌锰电池,由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类,称为碱性锌锰电池,简称碱锰电池,俗称碱性电池。
原电池是一类使化学能直接转换成电能的换能装置。原电池连续放电或间歇放电后不能以反向电流充电的方法使两电极的活性物质回复到初始状态,即电极活性物质只能利用一次。故亦称一次性电池。
[编辑本段]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。
[编辑本段]吸氧腐蚀
金属在酸性很弱或中性溶液里,空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀,叫吸氧腐蚀. 。
例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀,其电极反应如下:
负极(Fe):Fe - 2e = Fe2+ 。
正极(C):2H2O + O2 + 4e = 4OH- 。
钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀.。
[编辑本段]析氢腐蚀
在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气,这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中,钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液,使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是:负极(铁):铁被氧化Fe-2e=Fe2+;正极(碳):溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑ 。
这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出,铁被腐蚀,所以叫析氢腐蚀。
析氢腐蚀定义金属在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气,这种腐蚀叫做析氢腐蚀。
析氢腐蚀过程在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中,钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液,使水里的H+增多。于是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。
析氢腐蚀化学式这些原电池里发生的氧化还原反应是 。
负极(铁):铁被氧化Fe-2e=Fe2+;正极(碳):溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑ 。
这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出,铁被腐蚀,所以叫析氢腐蚀。
[编辑本段]原电池的形成条件
从能量转化角度看,原电池是将化学能转化为电能的装置;从化学反应角度看,原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。
原电池的构成条件有三个:
(1)电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成。
(2)两电极必须浸泡在电解质溶液中。
(3)两电极之间有导线连接,形成闭合回路。
只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流,所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外,还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说,化学电源必须是原电池,但原电池不一定都能做化学电池。
[编辑本段]原电池的工作原理
原电池反应属于氧化还原反应,但区别于一般的氧化还原反应的是,电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路,使两个电极反应不断进行,发生有序的电子转移过程,产生电流,实现化学能向电能的转化。
原理分析:
例:CuCl2是强电解质且易溶于水,在水溶液中电离生成Cu2+和Cl-。
CuCl2=Cu2++2Cl-。
通电前,Cu2+和Cl-在水里自由地移动着;通电后,这些自由移动着的离子,在电场作用下,改作定向移动。溶液中带正电的Cu2+向阴极移动,带负电的氯离子向阳极移动。在阴极,铜离子获得电子而还原成铜原子覆盖在阴极上;在阳极,氯离子失去电子而被氧化成氯原子,并两两结合成氯分子,从阳极放出。
阴极:Cu2++2e-=Cu。
阳极:Cl--2e-= Cl2↑。
电解CuCl2溶液的化学反应方程式:CuCl2=Cu+Cl2↑。
上面叙述氯化铜电解的过程中,没有提到溶液里的H+和OH-,其实H+和OH-虽少,但的确是存在的,只是他们没有参加电极反应。也就是说在氯化铜溶液中,除Cu2+和Cl-外,还有H+和OH-,电解时,移向阴极的离子有Cu2+和H+,因为在这样的实验条件下Cu2+比H+容易得到电子,所以Cu2+在阴极上得到电子析出金属铜。移向阳极的离子有OH-和Cl-,因为在这样的实验条件下,Cl-和OH-容易失去电子,所以Cl-在阳极上失去电子,生成氯气。
说明:
①阳离子得到电子或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程又叫做放电。
②用石墨、金、铂等还原性很弱的材料制做的电极叫做惰性电极,理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。用铁、锌、铜、银等还原性较强的材料制做的电极又叫做活性电极,它们做电解池的阳极时,先于其他物质发生氧化反应。
③在一般的电解条件下,水溶液中含有多种阳离子时,它们在阴极上放电的先后顺序是:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>(H+)>Fe2+>Zn2+;水溶液中含有多种阴离子时,它们的惰性阳极上放电的先后顺序是:S2->I->Br->Cl->OH_(F-、NO3-、SO42-等)。
以惰性电极电解电解质水溶液,分析电解反应的一般方法步骤为:
①分析电解质水溶液的组成,找全离子并分为阴、阳两组;
②分别对阴、阳离子排出放电顺序,写出两极上的电极反应式;
③合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
[编辑本段]常用原电池方程式
1.Cu—H2SO4—Zn原电池。
正极: 2H+ + 2e- == H2↑。
负极: Zn - 2e- == Zn2+。
总反应式: Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑。
2.Cu—FeCl3—C原电池。
正极: 2Fe3+ + 2e- == 2Fe2+。
负极: Cu - 2e- == Cu2+ 。
总反应式: 2Fe3+ + Cu == 2Fe2+ + Cu2+ 。
3.钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。
正极:O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-。
负极:2Fe - 4e- == 2Fe2+。
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-+ SO42-== PbSO4↓ 。
总反应式:
Pb+PbO2+4H++ 2SO42- == 2PbSO4↓ + 2H2O 。
8.Al—NaOH—Mg原电池。
正极:6H2O + 6e- == 3H2↑ + 6OH-。
负极:2Al - 6e- + 8OH- == 2AlO2- + 4H2O。
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- == CO32- + 7H2O 。
总反应式:CH4 + 2O2 + 2OH- == CO32- + 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- == 2CO32- (持续补充CO2气体)。
负极:2CO + 2CO32- - 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。
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