kémiai források

Working programma.Himicheskie áramforrások. Galvánelemek, akkumulátorok és üzemanyagcellák. Elektromotoros ereje az elektrokémiai cella. Termodinamika elektrokémiai cellában. Koncentráció és kémiai galvánelemek. Elements Daniel - Jacobi és Leklanshe. Elemek: ólom, vas, nikkel, ezüst és cink, lítium-ion.

Elektrokémiai cellákban közvetlen átalakítása kémiai energiát elektromos energiává. A fő előnye a kémiai áramforrások autonóm és a magas hatásfok, de a fő hátránya - a nagyon magas költsége előállított villamos.

Vegyi áramforrások vannak osztva galvánelemek, akkumulátorok és üzemanyagcellák.

Galvanikus sejtek - kémiai áramforrás, ahol a reagens fogyasztás működése során. Kimerítése után reagensek elektrokémiai cella már nem lehet használni. A művelet az elektrokémiai cella lehet egy kémiai folyamat, vagy a kiegyenlítés folyamatát koncentrációjának két elektrolitok - megoldások ugyanazon anyag. Azáltal, hogy az intézkedés galvánelemek vannak osztva kémiai és koncentráció.

Egy példa a kémiai elektrokémiai cella lehet egy cink-réz elemet, az úgynevezett Daniell cella - Jacobi (ris.8.4). Ez egy rézlemez, süllyesztjük egy cink-szulfát oldatot, és a cink lemez, helyezni egy cink-szulfát oldatot. Hajók segítségével rövid U-alakú cső töltött elektrolit oldat. A cink- elektród kiegyenlítődését

Standard redox-potenciálja a cink elektróda -0,763 V, és a réz + 0,337 V. Ezért, amikor egy kapcsolat a cink elektród cink oxidáció, és a réz - a folyamat a réz kinyerését ionok. Cinkelektródára negatív töltésű, és a réz elektróda szerez pozitív töltést. A elektrokémia oxidációs folyamatok nazvanieanodnyh folyamatok. és az elektród, amelyen az oxidáció végbemegy, úgynevezett anód; illetve helyreállítási folyamat úgynevezett katódos folyamat. és az elektród, amely kiterjeszti feloldás nevezzük a katód. Elektronok mozogni cink réz, azaz az anód és a katód. Cink anód az oxidáció következtében feloldódik, és az oldatot elmúlik cinkionokat, a réz ionok helyreáll, és a fém a réz - kicsapódnak a katódon. A koncentráció növelése a cink kationok és az anód rekeszben van eltolva transzfer negatív töltésű szulfátionokat az anód. Eltávolítása a rézionok a katód szegmensből hiányához vezet a kationok, hogy okozna a átadása a cink és réz kationok, hogy a katód. A teljes kémiai reakció a sejt az űrlap

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

A rendszer az elektrokémiai cella Daniel - Jacobi egyenlet felírható a következőképpen:

A nagysága az EMF a sejt számítottuk a különbség csökkentése katód és az anód potenciál:

EMF elektrokémiai cellák, kísérletileg mért, lehet kiszámolásához használt termodinamikai funkcióit redox reakciók. A változás a Gibbs energia reakció (# 916; R G) egyszerű módon miatt EMF (# 949):

ahol n - móljainak a száma (ekvivalens) egy mól az anyag; F - a Faraday-állandó, vagy standard körülmények között

Ha tudja, hogy a hőmérséklet-függését az elektromotoros erő, a változás entrópia a reakció megtalálható a kapcsolatot

Megváltoztatása a reakció entalpiája lehet kiszámítani képletű (3,16)

feltéve, hogy # 916; Rg kapcsolatos egyensúlyi állandó a reakció aránya (4,14)

vagy helyettesítjük a értékek R és F, és halad a decimális logaritmusai, megkapjuk a 298 K

Így mérésével kísérletileg hőmérsékletfüggése a cella elektromotoros erő, lehet szerezni a termodinamikai tulajdonságai a reakció előforduló a sejtben.

8.10 példa. Az egyensúlyi állandója a reakció előforduló a sejt (-) Znú zn 2+ úú CD ú Cd 2+ (+). egyenlő 2,022 × 10 5. Meghatározzuk a kadmium elektród potenciálja, amikor az elektród potenciálja cink egyenlő - 0,789 B.

Határozat. Ez elektrokémiai cella reakció lép

Cd 2+ + Zn Û Zn 2+ + Cd. Egyensúlyi állandó közötti végbemenő reakció a sejtben, és a elektromotoros ereje a sejt van kapcsolat

Száraz sejt (elemet Leklanshe) vagy mangán-cink-elem (ris.8.5) jelenleg az egyik leggyakoribb elemeket használt a hatalom a különböző hordozható eszközök. Cink 1 edényben egy anód, míg a grafit elektróda 2 - katód. A katód belsejében elhelyezett olyan préselt keverékből a grafit és

Zn - 2e - → Zn 2+.

A cink-ionok reagálnak NH4CI:

A hidrogén ionok mentesítést a katód:

Naszcensz hidrogénnel kiterjed a vékony film (polarizáló) grafit katód, ami ahhoz vezethet, hogy az áramkör megszakítását. Mangán-dioxid (IV) működik, mint egy depolarizátor, összekötő molekuláris hidrogén:

Hajtőelemmei: MnO2. C | NH4CI | Zn.

EDS elem

1,5 B. A fő előnye az alacsony költségű elemet.

Koncentráció elemek állnak az azonos fém vagy gáz elektródok lesüllyed elektrolitok különböző aktivitás (koncentráció), például:

ahol 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

Elemek különböző galvánelemek, hogy miután kimerülése reagensek akkumulátor teljesítményének nyerhetjük áramot engedünk ellentétes irányban, hogy az irányt a jelenlegi működés közben. A folyamat a villamos energia előállítására az úgynevezett mentesítési helyreállítási folyamat, és az akkumulátor teljesítménye - díjat. Amikor kisütés a kémiai energia alakul át elektromos energiává, és a töltés alatt - elektromos kémiailag. Akkumulátor - galvánelem újrahasznosítható.

A leggyakoribb a jelenlegi ólom-savas akkumulátorok, más néven sav. Sav akkumulátor elektródák ólom rácsok tele paszta ólom-oxid (IV). Elektródákat helyeztünk kénsavas oldat koncentrációja 32-39%, és az egymástól elválasztott porózus szeparátorok. Amikor dolgozik az akkumulátor elektródák a következő reakciók:

Ha a töltés folyik vissza reakciót. A teljes eljárás a savas ólom akkumulátorok lehet az alábbi képlettel ábrázolható:

EMF ólomakkumulátort

A fő előnye az ólom akkumulátor alacsony költség és a nagy hatékonyságú, a fő hátránya - a nagy tömeg egységnyi kapacitás, valamint a viszonylag rövid élettartam - 200-500 töltés-kisütés ciklus.

Nikkel-vas akkumulátor. Az anód anyaga vasszivacs, a katód egy nikkel rács tele paszta nikkel-hidroxid (III) NiOOH és grafit. Az elektrolit egy 20% -os kálium-hidroxid-KON.Pri kisülési következő reakciók mennek végbe a az elektródák:

Anód: Fe + 2OH - 2E - → Fe (OH) 2;

katód: NiOOH + H2 O + e - → Ni (OH) 2 + OH -.

Összesen folyamatok a nikkel-vas akkumulátor alatt kisütési és töltési leírható az alábbiak szerint:

EMF nikkel-vas akkumulátor

1,2 B. A fő előnye a nikkel-vas akkumulátor élettartama magas - akár 1000-3000 töltés-kisütés ciklusok és a viszonylag kis súly egységnyi kapacitás, a fő hátránya - alacsony hatékonyság és az alacsony működési feszültség.

Ezüst-oxid akkumulátort. Az anód porózus cink katód - ezüst-oxid (I) Ag2- O oxidációjával előállított fémes ezüstöt. A felhasznált elektrolit 40% KOH-oldattal. Elbocsátáskor, a következő reakciók fordulhatnak elő:

Anód: Zn + 2 OH - - 2e - → Zn (OH) 2,

katód: Ag2 O + H2 O + 2e - → 2Ag + 2OH -.

Összesen feltöltési és kisütési folyamat a következő:

EMF ezüstoxid akkumulátor

1,6 B. A fő előnye az ezüst-cink elem viszonylag nagy kapacitású és nagy teljesítményű egységnyi súlya és térfogata, a fő hátránya - magas költségek és a rövid élettartam - -100 20 töltési-kisütési ciklus.

anód: LiCoO2 - xe - → LI1-xCoO2 + XLI +;

katód: A + XLI + + xe - → CLih.

Során az akkumulátort az átviteli lítium ionok egyik elektródtól a másik.

A fő hátránya a lítiumion akkumulátorok teljes kudarc során kisütéseknek és viszonylag gyors öregedés, ami a teljesítmény veszteség.

EMF a lítium-ion akkumulátor 3,6 V, az élettartama akár 20% -os kapacitás elvesztése - 500-1000 töltési-kisütési ciklus.

Lítium-polimer akkumulátor (Li-pol vagy Li-polimer) fejlettebb lítium-ion akkumulátor design. A szív a lítium-polimer akkumulátor a jelenség, hogy bizonyos polimerek, például a polietilén, a félvezető állapotban a bevezetése lítium-iont. Akár speciális erő lítium-polimer akkumulátor képes arra, hogy a jelenlegi 10, vagy akár 20-szor a számértéke kapacitás.

A legígéretesebb a használata az akkumulátorok elektromos járművek. A fő probléma abból áll, hogy viszonylag magas ára az akkumulátorok nem elég hosszú élettartam és a meredek visszaesése kapacitás fagypont alatti hőmérsékleten.

Üzemanyagcellák - elektrokémiai cellák van szükség a folyamat az oxidálószer áramlását, és a redukálószer juttatunk be kívülről. Mivel egy redukáló szert használhatunk, hidrogénatom, földgáz, metanol, stb, mivel az általánosan alkalmazott oxidálószer oxigén. Észrevehető gyakorlati alkalmazása az üzemanyagcellák nem található.

Kérdések és feladatok az önálló tanuláshoz

1. Számítsuk ki a EMF a sejt Cd | Cd 2+ (0,8m) || (0,01M) Cu 2+ | Cu.

2. Számítsuk ki a cella elektromotoros Pb | Pb 2+ (0,02 M) || (0,1M) Zn 2+ | Zn.

3. Számítsuk ki az EMF a koncentrációja az elektrokémiai cella, amely cink-elektródák süllyesztjük cink-szulfát-oldattal, amelynek koncentrációja 0,02 M és 0,0032M rendre.

4. Számítsuk az EMF a koncentrációját a sejt: Ag | Ag + (0,001M) || (0,1M) Ag + | Ag.

5. Ismertesse eszköz elem Daniel Jacobi és folyamatok működése során előforduló.

6. Ismertesse Leklanshe elem eszközök és folyamatok fordulnak elő a működése során.

7. Mi a különbség a koncentráció kémiai elem sejtek? Adj egy példát a koncentráció sejt.

8. Mutassa ólomakkumulátor eszközök és folyamatok fordulnak elő a működése során. Előnyei és hátrányai ólomakkumulátort.

9. Írja le eszköz nikkel-vas akkumulátor és folyamatok működése során előforduló. Előnyök és hátrányok a nikkel-vas akkumulátort.

10. Ismertesse készülék ezüst-oxid elem és folyamatok működése során előforduló. Előnyei és hátrányai ezüst-oxid akkumulátort.

11. Ismertesse eszköz a lítium-ion akkumulátor és folyamatok működése során előforduló. Előnyei és hátrányai a lítium-ion akkumulátor.