Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
г^О + 1п + 2КОН-»-Нд + К22п02 4- Н„0
Сохраняет работоспособность до 50°С.
Свинцовые элементы с хлорной кислотой работают при температурах до —60°С. Элемент наливного типа. Электрохимический процесс описывается уравнением
РЬ02 + 4НС104 + РЬ->2РЬ (С104)й + 2Ы20
Серебрян о-м агниевые элементы дают высокую разность потенциалов (напряжение 1,8 В) и могут работать при низких температурах. Для создания электролита заливается вода. Уравнение реакции
2AgCl + Щ-+2kg + МдС12
Аккумуляторами называют гальванические элементы, которые можно полностью регенерировать, пропуская через них электрический ток и затрачивая электрическую энергию (зарядка). В принципе любой элемент можно в какой-то степени регенерировать, пропуская через него электрический ток, но обычно это не практикуется, так как емкость элементов получается очень небольшая, а некоторые из них в результате такой перезарядки выходят из строя.
Наиболее широко применяют в технике свинцовые аккумуляторы. Они служат источниками тока для стартеров двигателей внутреннего сгорания, для аварийного освещения и других целей.
Свинцовые аккумуляторы основаны на окислительно-восстановительной реакции
+ 4 0 разрядка +2
РЬО,+ РЬ > 2РЬО
зарядка
Их устройство и принцип действия довольно сложны. Пластины свинцового аккумулятора представляют собой отливки из хартблея (твердого свинца с примесью сурьмы) ячеистой структуры. В ячейки запрессовывают смесь оксида свинца с глицерином. Эта смесь обладает способностью затвердевать, образуя глицерат свинца. Пластины собирают в батареи и опускают в раствор Н2804 (пл. 1.18), а затем заряжают, пропуская электрический ток:
252
Заря д к а (—) катод: РЬБ04 + 2е-^РЬ°+80'|_
( + ) анод: РЬ80,,- 2е + 2НйО -> РЬОа + 80-+ 4Н +
: 2РЬ804 + 2Нц0-> РЬ° + РЬ02 + 21128а
Заряженный аккумулятор можно сразу использовать по назначению. Для хранения же из него выливают электролит и промывают водой. В сухом виде он может храниться до 2 лет, после чего для использования аккумулятора в него достаточно залить электролит. При хранении с раствором серной кислоты незаряженных аккумуляторов происходит их «сульфатирование», т. е. образование на пластинах большого количества РЬ504, что портит аккумулятор:
Р а з р,я д к а . (—) а и од: Р Ь — 2е + 80;" -> Р Ь Б О4 ' (.+ ) катод: РЬО, + 2е -I- 4Н+ 4- 80?РЬ804 + 2Н,0 РЬ 1-РЬОо , 21128()7-^2Р1>80772П,0
При зарядке аккумулятора плотность электролита (Н2504) растет, а при разрядке падает. По плотности электролита можно судить о степени разряжеыности аккумулятора. Разность потенциалов заряженного элемента аккумулятора составляет 2,1 В. Аккумуляторные батареи выпускают различных видов и назначений.
Преимущества свинцового аккумулятора — большая электрическая емкость, устойчивость в работе, большое количество циклов (разрядка — зарядка). Недостатки — большая масса, и следовательно малая удельная емкость, выделение водорода при зарядке, негерметичность при наличии концентрированного раствора Н2Э04. В этом отношении лучше щелочные аккумуляторы.
К а д м и е в о-н и к е л е в ы е аккумуляторы основаны на окислительно-восстановительном процессе с участием №3+:
-1-3 0 рпчрядки +2 +2
2Ы1 (ОН) з + Сс1---* 2№ (ОН), + Сс1 (ОН) 2
зарядка
Электролитом служит КОН. Кадмиево-никелевые аккумуляторы могут быть герметичными.
Серебря н о-ц и н к о в ы е а к к у м у л я т о р ы обладают рядом ценных качеств: большая удельная емкость (А «ч/кг), высокая разность потенциалов, мало меняющаяся в процессе разрядки. Их работа основана на следующем окислительно-восстановительном процессе:
ран рядка
2АдО + гп + Н20-->- Ац20 + Ъ\л (0Н)2
зарядка
А^20 + 2п + Нг0 +^-Ь 2kg + 'l\л(QY\)ъ_
разрядка
2А^Ю + 22п + 2Н20 'т^-^ 2А(? + 2Ъ\л (0Н)2
зарядка
253
В качестве электролита используется раствор КОН. При длительных режимах разрядки возможно образование цинкатов при реакции гидроксида цинка с КОН.
Число циклов разрядки и зарядки ограничено ( ~100). Аккумуляторы этого типа выпускаются промышленностью различной удельной емкости (от 0,5 до 120 А • ч).
Применение электролиза в технике. Электролиз используют в технике в таких процессах, как гальваностегия, гальванопластика, электрохимическая обработка металлов, электромеханическая заточка и шлифование, а также специальная обработка поверхностей — очистка от жировых пленок (масло), оксидных слоев (травление), необходимая для дальнейших операций. При этом применяются два основных вида процессов — катодные и анодные. • Катодные процессы, идущие с выделением водорода, используются для: а) обезжиривания в слабо кислых или щелочных растворах (ионы водорода, проникая через слои масла, разряжаются на поверхности металла, и водород, собираясь в пузырьки, уносит с собой пленку масла); б) травления (водород, диффундируя через пленку оксидов, разряжается на металле и пленка оксидов отделяется от поверхности металла). При этом, однако, водород диффундирует частично в металл и делает его хрупким. Поэтому применяют ингибиторы, которые, собираясь на поверхности металла, предотвращают проникновение в него водорода.
