Основы электрохимии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?ты, Например, у аккумуляторов, применяемых в автомобилях эта концентрация зимой больше, чем летом. При этом происходит реакция:
PbO + H2SO4 => PbSO4 v + H2O
Образующийся сульфат свинца PbSO4 нерастворим и остается на поверхности электрода.
ЗАРЯДКА АККУМУЛЯТОРА. Анод цепи аккумулятора соединяют с анодом генератора постоянного тока, а катод с катодом генератора. При этом происходят реакции:
К (-) PbSO4 + 2 е => Pb0 + SO42 - на катоде образуется губчатый свинец Pb и концентрация кислоты увеличивается.
А (+) PbSO4 + SO42 - 2 е => Pb (SO42-) 2. Образующаяся на аноде соль Pb (SO42-) 2, подвергается гидролизу:
Pb (SO42-) 2 + 4 H2O => Pb (OH) 4 + H2SO4
Pb (OH) 4 => PbO2 + 2 H2O
Или суммарно: Pb SO4 + 2 H2O - 2 е => PbO2 + 2 H2SO4.
В результате на одной пластине образуется губчатый свинец (катод аккумулятора), на другой - пористый PbO (анод аккумулятора).
Образовался гальванический элемент:
(-) Pb | H2SO4 | PbO2 (+).
При соединении металлическим проводником - РАЗРЯДКА:
K (+) PbO2 + 2 e + 4 H+ + SO42 - = > PbSO4 + 2 H2O(-) Pb0 - 2 e + SO42 - = > PbSO4.
Или суммарно:
ЭДС = 2 вольта. Напряжение меньшее 1.85 В недопустимо, при этом аккумулятор портится и считается разряженным.
Схема зарядки и разрядки свинцового аккумулятора:
Применяется в автомобилях, тракторах, электрохимических лабораториях. Недостаток - большая масса. Выгодно отличаются от свинцового - щелочные аккумуляторы: они более просты в уходе, у них больше срок службы и меньше масса. Используются для питания телефонных, телеграфных станций, радиоустановок и др.
3.2 Щелочные аккумуляторы
В железо-никелевом аккумуляторе активной массой анода является губчатое железо, спрессованное со специальными добавками HgO; катода - гидроксид никеля Ni (OH) 3, который частично дегидратируется до NiOOH; электролитом - 23-30% раствор КОН с плотностью 1.21 г/мл. ЭДС = 1.35 вольт.
Схема зарядки и разрядки железо-никелевого аккумулятора:
Недостаток - низкий коэффициент отдачи (50%), т.к. энергия поглощается при зарядке. Более высокий коэффициент отдачи имеет кадмиево-никелевый аккумулятор.
Схема зарядки и разрядки кадмиево-никелевого аккумулятора:
В последнее время широкое использование получили серебряно-цинковые аккумуляторы, у которых при малом весе значительно больше емкость и они работают в широком интервале температур (от - 60 до + 800С), кроме того они могут долго хранится в заряженном состоянии и работать в широком интервале атмосферного давления. ЭДС = 1.85 вольта.
Емкость аккумулятора - это количество электричества, выраженное в ампер-часах, которое может быть получено от заряженного аккумулятора. Емкость свинцового аккумулятора выше, чем щелочных аккумуляторов.
Схема зарядки и разрядки серебряно-цинкового аккумулятора:
Особой разновидностью химических источников тока являются электрохимические генераторы или топливные элементы.
3.3 Топливные элементы
В топливном элементе химическая реакция горения топлива непосредственно превращается в электрическую энергию, поэтому КПД его превышает 80%. Как и в любом химическом источнике тока, реакция между восстановителем (топливом) и окислителем протекает на двух пространственно разделенных электродах. Однако в отличие от обычных источников тока запасы топлива и окислителя находятся не с самом элементе, а подаются в электроды извне. Это элемент непрерывного действия, т.к. реагирующие вещества непрерывно подводят к электродам, а продукты горения - отводят.
В топливных элементах используется жидкое (метиловый, этиловый спирт, формальдегид, гидразин) или газообразное топливо (водород, оксид углерода, пары бензина, этилен, бутан, пропан и др. горючие газы). В качестве окислителя применяют воздух, кислород, хлор, бром. Электролиты - водные растворы кислот, щелочей, расплавленные карбонаты, гидроксиды металлов.
Водородно-кислородный топливный элемент
В герметически закрытом сосуде установлено два пористых никелевых электрода, разделенных слоем гидроксида калия. К поверхностям электродов подаются газообразные водород и кислород:
(-) H2 | KOH | O2 (+)
АНОД (-) H2 + 2 OH - 2 e => 2 H2O
КАТОД (+) O2 + H2O + 2 e => 2 OH-
CУММАРНО: O2 + H2 => H2O, то есть элемент основан на принципе, обратном электролизу воды.
4. Коррозия металлов
Коррозия металлов - это разрушение металлов в результате взаимодействия с окружающей средой. Общеизвестный случай - ржавление железа. Стойкими против коррозии являются только благородные металлы (Ag, Au, Pt). Из-за коррозии многие ценные свойства металлов утрачиваются: уменьшается прочность, эластичность, ухудшаются электрические и магнитные свойства металлов, изменяются размера деталей, свойства их поверхности. При этом в результате поломки какой-нибудь небольшой детали, могут выйти из строя целые агрегаты и машины.
Основные виды коррозии определяются характером разрушения: равномерная (сплошная), местная, межкристаллитная, избирательная, коррозионные трещины.
По механизму протекания коррозионных процессов различают два типа коррозии: химическую и электрохимическую.
4.1 Химическая коррозия
Химическая коррозия - это окисление металла в результате непосредственного химического взаимодействия с окружающей с?/p>