ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА.

План

 

1. Работа гальванического элемента (ГЭ).

2. Применение ГЭ. Перспективы развития.

2.1 кислотные аккумуляторы;

2.2 щелочные аккумуляторы;

2.3 топливные элементы.

 

Литература

1. Фролов В.В. Химия. Гл.V, §51-56.

2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Раздел V, гл.3,4.

3. Общая химия под ред. Соколовской Е.М. и др. Гл.6, §1-11.

 

Химические источники тока (ХИТ) - это гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы (ТЭ). Их используют как автономные малогабаритные источники энергии для транспортных двигателей и машин, радиотехнических устройств, приборов управления, освещения и т.д. К достоинствам современных ХИТ можно отнести относительно высокие КПД и удельную мощность. Это позволяет им конкурировать с другими видами источников энергии.

Чтобы создавать и правильно использовать ХИТ, необходимо знать закономерности протекания электрохимических процессов, в основе которых лежат реакции ОВР.

Гальваническими элементами (ГЭ)называются устройства, преобразующие энергию ОВР в электрическую. Они обычно состоят из двух электродов (анода и катода), изготовленных из различных металлов или их соединений, погруженных в электролиты (растворы солей этих металлов, растворы кислот, щелочей, токопроводящие пасты).

Анод (А)– это электрод, на котором происходит процесс окисленияили отдачи электронов.

Катод (К)- это электрод, на котором происходит процесс восстановленияили принятия электронов.

Элемент Даниэля-Якоби является одним из самых простых и распространенных гальванических элементов. Он состоит из цинкового и медного электродов, погруженных соответственно в растворы сульфата цинка и сульфата меди. Растворы солей разделены пористой полупроницаемой перегородкой или соединены электролитическим мостиком

1 стадия работы ГЭ:растворение (окисление) электрода, изготовленного из более активного металла (анода)

Zn⁰ + nH₂O - 2ē → Zn²⁺·nH₂O

Zn⁰ - 2ē → Zn²⁺

2 стадия – это прохождение электрического тока (направленный поток ē) по металлическому проводнику. Если цинк и медь соединить проводником, то электроны будут перемещаться от цинкового анода ( А^-) к медному катоду ( К⁺).

3 стадия-на поверхности катода произойдет разрядка (восстановление) ионов Сu²⁺:

Cu²⁺·nH₂O + 2ē → Cu⁰ + nH₂O

Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰.

Чтобы ГЭ работал, необходимо, чтобы две изолированные системы были соединены электролитическим мостиком (агар-агар+KCl) или полупроницаемой перегородкой, по которым от К⁺ к А^- будут перемещаться ионы SO₄^2-. Все стадии процессов,протекающих в ГЭ, связаны между собой и идут с одинаковой скоростью.

Схема работы гальванического элемента.

(-) (+)

(А) Zn │ ZnSO₄ ││CuSO₄ │Cu (K)

если[Zn²⁺]=[Cu²⁺]=1моль/л

Анодный процесс: Zn⁰ - 2ē → Zn²⁺ E⁰_A= -0,76 (B)

 

Kатодный процесс: Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ E⁰_K= +0,34 (B)

Ионное уравнение: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu⁰

SO₄^2- SO₄^2-

Молекулярное уравнение: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu ЭДС=Е₀-Е_В=Е_К-Е_А=0.34-(-0.76)=1.18 (В).