普通化学课件(地质工程)-4.5 常见的化学电池

2017/12/29,实用电池,一次电池二次电池燃料电池,如干电池如蓄电池,4.4.1 化学电源,2017/12/29,1. 一次电池 Zn-C干电池：（）Zn | ZnCl2，NH4Cl（糊状）|MnO2 | C（+）,Zn-C 干电池,微型汞电池,微型汞电池：碱性干电池 （）Zn | ZnO|KOH | MnO2 | C（+）或（）Zn | ZnO|KOH | HgO | C（+）,电解质：NH4Cl、ZnCl2、淀粉糊状物，电压1.5V，优缺点：价格低廉，高负荷，放电较快，容易渗漏（有保质期）,2017/12/29,铅蓄电池：1859年，法国人Gaston Plante发明的；Pb | PbSO4（s）| H2SO4（aq）| PbSO4（s）| PbO2 | Pb 放电时：,2. 二次电池“电瓶”,铅蓄电池,负极 Pb + SO42- PbSO4 +2 e ，E(PbSO4/Pb)=0.296V;正极 PbO2 + 4H+ + SO42-+ 2e PbSO4+ 2H2O , E(PbO2/PbSO4)=1. 628V;电池总反应为：Pb +PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O; E=1.924V=2V电解质：37%（w/w或6.12mol/dm3）硫酸；,充电时：负极(阴极) PbSO4 +2 e Pb + SO42- 正极 (阳极) PbSO4 + 2H2O PbO2 + 4H+ + SO42-+ 2e电池总反应为： 2PbSO4 + 2H2O Pb +PbO2 + 2H2SO4,汽车电瓶电压12V,电流45、50、65A.,2017/12/29,新型蓄电池,（）Cd | KOH（w = 0.20）| Ni O (OH) | C（+） 电池总反应,1899年，瑞典人制造第一块镍镉电池，由于电极反应的固体产物附于电极上，电池可以反复充电（1000次），E约1.2V; 用途：便携式电器；优缺点：比较耐用、安全；成本较高（相对铅电池），污染环境，有记忆性，Ni-H电池可以大幅度降低记忆性和污染。,镍镉电池:,2017/12/29,2017/12/29,镍氢电池:,1983年，美国公司推出镍氢电池，电池中氢气贮存储氢合金（如laNi5）之中，电压与镍镉电池相似，具有1.2V; 优点：镍氢电池腐蚀性小，环境危害性小，同时，记忆也比较小。,（）H2 | KOH（w = 0.20）| Ni O (OH) | C（+） 电池总反应,2017/12/29,锂电池：是以电负性最负、质量最轻的金属锂作为电池负极，再配以正电性较高的化合物（如FeS2、V2O5等）作为正极材料，以非水溶剂和电解质作为电解液组成。锂离子电池：若将作为锂电池负极活性物质的锂换为锂离子，正极材料换为锂-金属氧化物（如LiCoO2、LiNiO2），则可得锂离子电池。,2017/12/29,阳极,层状的石墨阴极,2017/12/29,2017/12/29,3. 燃料电池,2017/12/29,是一类连续地将燃料的氧化过程的化学能直接转化为电能的化学电池。最原始和简单的燃料电池是碱性氢氧燃料电池 （）C | H2 (g) | NaOH（aq）| O2(g) | C（+）,现有燃料电池，除碱性氢氧燃料电池外，还有磷酸型燃料电池、高温固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、醇类燃料电池等.,氢氧燃料电池,2017/12/29,2017/12/29,2017/12/29,低速用电动马达驱动，高速用汽油机驱动。减速充电。,2017/12/29,2017/12/29,2017/12/29,2017/12/29,2. 腐蚀的防护方法：5种方法 1）正确选用金属材料，合理设计金属结构 2）覆盖层保护法：可覆盖金属保护层（如电镀、喷镀、化学镀、浸镀、真空镀等）和非金属保护层（如将涂料、塑料、搪瓷、高分子材料、油漆等涂在金属表面） 3）缓蚀剂法：在腐蚀性介质中，加入少量能减小腐蚀速度的物 质来防止腐蚀的方 法。所加的物质叫缓蚀剂。,1. 电化学腐蚀 （按阴极反应不同分）,析氢腐蚀吸氧腐蚀, 2H+ + 2e = H2(g) 1/2O2 + H2O + 2e = 2OH-(aq),4.4.2 腐蚀电池电化学腐蚀,差异充气腐蚀,2017/12/29,4） 阳极氧化： 把需保护的金属在电解过程中作为阳极（失电子氧化），使之氧化而得到厚度达到5-300m 的氧化膜的过程。 如Al及其合金的氧化：工件作阳极，稀硫酸作电解液 阳极：2Al + 6OH-（aq）=Al2O3+ 3H2O+6e 4OH-（aq） = 2H2O + O2 + 4e （次要） 阴极：2H+ +2e = H2 5）电化学保护法：牺牲阳极阴极保护法（原电池）与外加电流的阴极保护法（电解池） 阴极保护法：（原电池原理）将被保护金属（得电子，作阴极原电池正极）和一种可以提供给阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低速率的方法。,2017/12/29,将标准电极电位较低（更活泼）的金属和需保护的金属连接起来，构成电池。这时，需保护的金属因电极电位较高成为阴极，不受腐蚀，得到保护。另一电极电位较低的金属是阳极（负极），被腐蚀。例如，海上航行的船舶，在船底四周镶嵌锌块。这时，船体是阴极，受到保护，锌块是阳极，代替船体被腐蚀。这种保护法是保护了阴极，牺牲了阳极，故称牺牲阳极阴极保护法。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。镁阳极适用于淡水和土壤电阻率较高的土壤中，锌阳极大多用于土壤电阻率较低的土壤和海水中，铝阳极主要应用在海水、海泥以及原油储罐污水介质中。,2017/12/29,外加电流的阴极保护法 （电解池原理） 就是将被保护的金属与另一附加电极(不溶性辅助阳极)作为电解池的两个电极，被保护金属为阴极（有多余电子），在直流电的作用下阴极受到保护。 化工厂的一些酸性溶液贮槽或管道，以及地下水管、输油管等，常用这种方法防腐。,2017/12/29,把一滴含有酚酞指示剂的NaCl溶液滴在磨光了的锌表面上,O2 + 2H2O + 4e = 4OH -,由于氧气浓度不同而形成电池边缘：p(O2)高，E 大，为正极 O2 + 2H2O + 4e = 4OH- 中心：p (O2)低，E 小，为负极 Zn = Zn2+ + 2e结果：水滴中部的锌因溶解而腐蚀,问题：1.如水滴落在金属表面，并长时间保留，因腐蚀而穿孔应在水滴中心部位，还是在边缘？2.钢铁管道通过粘土和沙土，埋在哪部分的钢铁腐蚀快？,差 异 充 气 腐 蚀,播放动画,2017/12/29,差 异 充 气 腐 蚀,钢铁管道通过粘土和沙土，埋在哪部分的钢铁腐蚀快？,2017/12/29,有机无机,缓蚀剂,酸性介质中，用含N、S、O的有机化合物