化學電源(2 / 3)

可以求得銅電極電勢比鋅電極高1.10V,即鋅-銅電池的電動勢為1.10V。

利用表2-6數據,還可以判別水溶液中氧化還原反應的方向。電極反應物質有氧化態與還原態,在書寫反應方程式時,氧化態物質寫在左邊,得電子變為還原態,還原態物質寫在右邊。電極反應的E0值越大,表示氧化態物質得電子能力越大,即氧化能力越大。如表裏左下方的氧化態物質F2,Cl2,S2O82-,MnO4-等都是很強的氧化劑。反之E0值越小,氧化態得電子能力越小或還原態失電子能力越大,亦即右上方還原態物質如K,Na,Zn等都是強還原劑。由此可知表中左下方的氧化態物質可以和右上方的還原態物質起反應;反之右下方的還原態物質不能和左上方氧化態物質起反應。例如H+和Fe可以起反應生成H+和Fe2+,而H2不能和Ag起反應,此即鐵能和酸起置換反應放出H2,而銀不能和酸起反應。同理,可以判斷Cl2能氧化Br-或I-,但Fe3+隻能使I-變為I2,而不能使Br-變為Br2。化學手冊裏有許多常見物質的有關E0值可供參考。

任何兩個電極反應都可組成一個氧化還原反應,理論上都可以設計成一個電池,但真要做成一個有實際應用價值的電池並非易事。目前我們最熟悉而又經常使用的莫過於鋅-錳電池和鉛蓄電池。

鋅-錳幹電池以上列舉的幾種電池有溶液,便於說明原理,但不便於攜帶。日常用的收音機,手電筒裏使用的都是幹電池,其電壓一般為1.5V,電容量隨體積大小而異(分1號,2號,3號,4號,5號等),其結構如圖2-11所示。外殼用鋅皮作為負極,中心為正極,是一根導電性能良好的石墨棒,裹上了一層由MnO2,炭黑及NH4Cl溶液混合壓緊的團塊。兩個電極之間的電解液是由NH4Cl,ZnCl2,澱粉和一定量水組成,將其加熱調製成漿糊並趁熱灌入鋅筒,冷卻後成半透明的膠凍不再流動,但可以導電。鋅筒上口加瀝青密封,防止電解液滲出。鋅-錳幹電池的電極反應為:

在使用過程中,電子由鋅極流向錳極(電流方向相反),鋅皮逐漸消耗,MnO2也不斷被還原,電壓慢慢降低,最後電池失效。這種電池是一次性消費品,但鋅皮不可能完全消耗掉,所以舊電池可回收鋅。鋅既然是消耗性的外殼,在使用過程中就會變薄以致穿孔,這就要求在鋅皮外加有密封包裝,有些劣質產品,在使用過程中發生“滲漏”現象,即是沒有按要求做的緣故。

鉛蓄電池蓄電池放電到一定程度,可以利用外電源進行充電後再用,這樣充電放電可以反複幾百次。汽車的啟動電源常用鉛蓄電池,其結構如圖2-12所示。

電池內有一排鉛銻合金的柵格板,柵孔為細的鉛粉泥所填滿。柵板交替由兩塊導板相聯,分別成為頂部的兩個電極。整個電極板在使用之前先浸泡在稀硫酸溶液中進行電解處理,在陽極,Pb被氧化成為二氧化鉛(PbO2),在陰極,形成海綿狀金屬鉛。幹燥