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Unidad 3: Conversión de energía química y energía eléctrica
Batería primaria:
1. Concepto: Un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica se llama batería. batería primaria.
2. Condiciones de composición: ① Dos electrodos con diferentes actividades ② Solución de electrolito ③ Los electrodos se conectan con cables y se insertan en el electrolito para formar un circuito cerrado ④ Un electrodo sufre una reacción redox con la solución de electrolito.
El principio de funcionamiento de una batería primaria: La energía química se convierte en energía eléctrica mediante una reacción redox (transferencia de electrones).
3. Dirección del flujo de electrones: Circuito externo: electrodo negativo → cable → electrodo positivo.
Circuito Interno: Una solución electrolítica en la que los aniones se mueven en puentes salinos hacia el electrodo negativo y los cationes se mueven en puentes salinos hacia el electrodo positivo.
Dirección de la corriente: electrodo positivo→conductor→electrodo negativo.
4. Reacción del electrodo: Tome la batería primaria de zinc-cobre como ejemplo:
Electrodo negativo: reacción de oxidación: Zn-2e = Zn2 (metal más activo) se utiliza como negativo. electrodo, y la reacción de oxidación ocurre en el electrodo negativo. Fórmula de reacción del electrodo: metal más activo -NE-= fenómeno del electrodo negativo del catión metálico: el electrodo negativo se disuelve y la masa del electrodo negativo disminuye.
Electrodo positivo: reacción de reducción: 2 h 2e = H2 ↑ (metal activo inferior) Se utiliza un metal activo inferior o grafito como electrodo positivo y se produce una reacción de reducción en el electrodo positivo. Fórmula de reacción del electrodo: catión Ne-= sustancia elemental en la solución, fenómeno del electrodo positivo: generalmente se libera gas o aumenta la masa del electrodo positivo.
La fórmula general de la reacción es Zn 2H =Zn2 H2 ↑.
5. Juicio de positivo y negativo:
(1) Material del subelectrodo: generalmente, el metal con mayor actividad es el electrodo negativo y el metal es el electrodo negativo; el no metal es el electrodo positivo.
(2) Los electrones fluyen desde el electrodo negativo al electrodo positivo a lo largo de la dirección del flujo.
(3) Flujo desde el electrodo positivo al electrodo negativo en la dirección de la corriente.
(4) Según la dirección del movimiento de los iones en la solución electrolítica, los cationes fluyen hacia el electrodo positivo y los aniones fluyen hacia el electrodo negativo.
(5) Según los fenómenos experimentales: ①Cátodo disuelto ②Peso crecido o ánodo de burbuja.
6. Cómo escribir la reacción del electrodo de la batería primaria:
(1) El principio de reacción química de la reacción de la batería primaria es una reacción de oxidación-reducción, la reacción del electrodo negativo. es una reacción de oxidación y la reacción del electrodo positivo es una reacción de reducción. Por lo tanto, el método para escribir reacciones de electrodos se puede resumir de la siguiente manera:
①Escriba la ecuación de reacción general. ②La reacción total se divide en reacción de oxidación y reacción de reducción según la ganancia y pérdida de electrones.
(3) La reacción de oxidación ocurre en el electrodo negativo y la reacción de reducción ocurre en el electrodo positivo. Los reactivos y productos se encuentran en las posiciones adecuadas y se debe prestar atención a la participación de medios ácido-base y agua.
(2) La fórmula de reacción total de una batería primaria generalmente se obtiene sumando las fórmulas de reacción positiva y negativa.
7. Aplicación de baterías primarias: ① Acelerar la velocidad de las reacciones químicas. Por ejemplo, el zinc crudo produce hidrógeno más rápido que el zinc puro. ② Compare la actividad de los metales. ③Diseño de batería primaria. ④ Corrosión del metal.
Baterías químicas:
1. Clasificación de las baterías: baterías químicas, células solares y baterías atómicas.
2. Batería química: Dispositivo que convierte directamente la energía química en energía eléctrica.
3. Clasificación de las baterías químicas: baterías primarias, baterías secundarias y pilas de combustible.
Baterías primarias
1. Baterías primarias comunes: baterías alcalinas de zinc-manganeso, baterías de zinc-plata, baterías de litio, etc.
Batería
1. Batería secundaria: Después de la descarga, se puede recargar para regenerar materiales activos y se puede reutilizar muchas veces. También se le llama batería recargable o acumulador.
2. Reacción electrodo: batería de plomo
Descarga: Electrodo negativo (plomo): Pb -2e-= pbso4↓
Electrodo positivo (óxido de plomo): PBO 2 4h 2e-= pbso4 ↓ 2h2o.
Carga: Cátodo: pbso4 2h2o-2e-= PBO2 4h
Exención
Tasas
Ánodo: pbso4 2e-= Pb
Las dos fórmulas se pueden escribir como reacciones reversibles: PBO 2 Pb 2h2so4 2pbso4 ↓ 2h2o.
3\Se han desarrollado nuevas baterías: baterías de plata-zinc, baterías de cadmio-níquel, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de iones de litio y baterías de polímeros de iones de litio.
En tercer lugar, la pila de combustible
1. Pila de combustible: Es una pila primaria que reacciona con combustible y oxidante para generar directamente corriente eléctrica.
2. Reacción del electrodo: En términos generales, el producto final de la reacción electroquímica de una pila de combustible es el mismo que el producto de combustión, por lo que la reacción general de la batería se puede escribir de acuerdo con la reacción de combustión, pero la Las condiciones de reacción no se especifican. Se produce una reacción de oxidación en el electrodo negativo y una reacción de reducción en el electrodo positivo. Sin embargo, cabe señalar que generalmente la solución de electrolito debe participar en la reacción del electrodo. Tomemos como ejemplo las pilas de combustible de hidrógeno y oxígeno. El platino es el ánodo y el cátodo, y el medio se divide en ácido, alcalino y neutro.
Cuando la solución electrolítica es ácida:
Electrodo negativo: 2 H2-4e-= 4h Electrodo positivo: O2 4e- 4h = 2h2o.
Cuando la solución electrolítica es alcalina:
Electrodo negativo: 2h2 4oh-4e-= 4h2o Electrodo positivo: O2 2h2o 4e-= 4oh-
Otro La pila de combustible utiliza una pieza de metal de platino insertada en una solución de KOH como electrodo y luego pasa metano a los dos electrodos respectivamente. ¿combustible? ¿Qué pasa con el oxígeno? ¿Agente oxidante? . La fórmula de reacción del electrodo es:
Electrodo negativo: CH4 10OH- 8e-? = 7H2O
Positivo: 4h2o 2o2 8e-? =8OH-? .
La fórmula de reacción general de la batería es CH4 2O2 2koh = K2CO3 3H2O.
3. Ventajas de las pilas de combustible: alta tasa de conversión de energía, menos desperdicio y bajo ruido de funcionamiento.
Cuarto, tratamiento de baterías usadas: reciclaje
Verbo (abreviatura de verbo) corrosión electroquímica del metal
(1) Contenido de corrosión del metal:
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(2) La esencia de la corrosión del metal es que los átomos del metal pierden electrones y se oxidan.
(3) Clasificación de la corrosión del metal:
Corrosión química - corrosión causada por una reacción química directa entre el metal y el material en contacto.
Corrosión electroquímica: se produce una reacción galvánica cuando metales impuros entran en contacto con una solución electrolítica. Los metales más reactivos pierden electrones y se oxidan. Este tipo de corrosión se llama corrosión electroquímica.