موقع جوابك التعليمي
0 تصويتات
في تصنيف عام بواسطة (380ألف نقاط)

خلية جلفانية هو جهاز قادر على تحويل طاقة جيبس \u200b\u200bالخالية من تفاعل الأكسدة والاختزال إلى طاقة كهربائية.

تتكون الخلية من قطبين (على سبيل المثال ، الزنك والنحاس) مغموسة في محاليل من أملاحها (أو إلكتروليت آخر) ومتصلة بواسطة موصل.

يتم أيضًا إحضار المحاليل الملحية إلى التلامس الكهربائي بواسطة غشاء شبه منفذ أو مفتاح إلكتروليتي على شكل أنبوب زجاجي مملوء بمحلول KCl مشبع.

في هذه الحالة ، يتدفق تيار إلكتروني عبر الموصل ، وتحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال على الأقطاب الكهربائية في محلول الإلكتروليت. يتدفق تيار أيوني على القسم الداخلي للدائرة الكهربائية للخلية الجلفانية (المحاليل الملحية ومحلول KCl المشبع).

على سبيل المثال ، بالنسبة لعنصر Daniel-Jacobi:

- عند الأنود Zn 0 -2e \u003d Zn 2+ - الأكسدة ؛

- عند الكاثود Cu 2+ + 2e \u003d Cu 0 - اختزال.

Zn 0 + Cu 2+ \u003d Zn 2+ + Cu 0.

مخطط خلية كلفانية :.

يتم التعبير عن القوة الدافعة الكهربائية (EMF) للخلية الجلفانية (ε) بالفرق بين إمكانات القطب الكهربائي في الحالة المستقرة للكاثود والأنود:

ε \u003d E K -E A .

في ظل الظروف القياسية (عندما ينغمس معدن في محلول من أيون خاص به بتركيز أحادي المولي عند درجة حرارة T \u003d 25 درجة مئوية) ، فإن جهد القطب الكهربائي للمعدن يساوي جهد القطب القياسي (الملحق 6)

في ظل الظروف التي تختلف عن الظروف القياسية ، تعتمد إمكانات القطب الكهربائي للمعدن (E) على تركيز أيوناته في المحلول (عند درجة حرارة ثابتة) ، والتي يتم التعبير عنها بواسطة معادلة Nernst:

image

حيث E 0 - جهد القطب القياسي ، V ؛ ن هو عدد الإلكترونات المشاركة في العملية (شحنة أيون) ؛ С m هو التركيز الجزيئي (النشاط) لأيونات المعادن المائية في المحلول ، مول / كجم Н 2 О.

مثال 1... قم بعمل مخططات لخليتين جلفانيتين ، يكون المعدن في إحداهما هو الكاثود ، وفي الأخرى الأنود. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث على الأقطاب الكهربائية في الخلايا الجلفانية. حدد المجال الكهرومغناطيسي للعناصر عند درجة حرارة 298 كلفن إذا كان نشاط أيونات كلا المعدنين في العنصر الأول 0.01 مول / كجم H 2 O ، وفي العنصر الآخر 1.0 مول / كجم H 2 O.

القرار.المعدن من النحاس. لنؤلف عنصرًا يكون فيه القطب النحاسي كاثودًا. يمكن اختيار أي معدن له جهد قطب كهربائي منخفض باعتباره الأنود ، على سبيل المثال ، المغنيسيوم.

مخطط الخلية الجلفانية: (-) Mg / Mg 2+ // Cu 2+ / Cu (+).

رد فعل عند الأنود: Mg (tv) -2e \u003d Mg 2+ (aq)

رد فعل عند الكاثود: Cu 2+ (aq.) + 2e \u003d Cu (tv.)

معادلة تفاعل توليد التيار:

Mg (s) + Cu 2+ (aq) \u003d Mg 2+ (aq) + Cu (s)

نحسب جهود القطب باستخدام معادلة نرنست:

لنؤلف عنصرًا يكون فيه القطب الكهربي النحاسي هو الأنود. يمكن اختيار أي معدن له إمكانات قطب أعلى ككاثود ، على سبيل المثال ، الزئبق:

(-) نحاس / نحاس 2+ // زئبق 2+ / زئبق (+).

لنكتب معادلة التفاعلات:

Cu (tv.) -2e \u003d Cu 2+ (aq.) - عند الأنود ؛

Hg 2+ (aq.) + 2e \u003d Hg (l.) - عند الكاثود.

معادلة الملخص:

Cu (صلب) + Hg 2+ (aq.) \u003d Cu 2+ (aq.) + Hg (aq.).

نظرًا لأن نشاط أيونات المعادن في المحاليل يساوي 1 مول / كجم من الماء ، فإن قيمتي الإمكانات في هذا العنصر قياسية:

الجواب: ε \u003d 0.51 فولت.

التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي هو عملية الأكسدة والاختزال المنفصلين على الأقطاب الكهربائية المغمورة في محلول إلكتروليت ، ويتم إجراؤها بسبب تدفق التيار من مصدر خارجي لـ EMF. في هذه الحالة ، تحدث الأكسدة عند القطب الموجب ، ويحدث الاختزال وإطلاق المعدن عند الكاثود. أثناء التحليل الكهربائي للذوبان المنحل بالكهرباء ، يتم دائمًا تقليل الكاتيونات عند الكاثود:

أنا n + + ne \u003d أنا 0

عند الأنود - أكسدة الأنيونات المقابلة:

Аn m- - me - \u003d Аn 0

كقاعدة عامة ، تكون عملية الأنوديك مصحوبة بتفاعلات كيميائية ثانوية - إعادة اتحاد الذرات إلى جزيئات:

2An 0 \u003d (Аn 0) 2

أو تحلل جسيم معقد محايد إلى مادتين ، إحداهما بسيطة:

image

على سبيل المثال:

SO 4 2- - 2 e → → SO 2 + O 2

NO 3 - - e → → NO + О 2

مثال 1.اكتب معادلات العمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي لمصهر فلوريد الألومنيوم AlF 3 (مادة الكاثود - الألومنيوم ، مادة الأنود - الجرافيت).

القرار:

في الذوبان ، يتفكك AlF3 وفقًا للمعادلة:

AlF 3 Al 3+ + 3F-

تحت تأثير المجال الكهربائي ، تنتقل الكاتيونات Al 3+ إلى الكاثود وتستقبل الإلكترونات منه:

Al 3+ + 3E - → Al 0 - عملية التخفيض.

الأنيونات F - تنتقل إلى القطب الموجب وتتبرع بالإلكترونات:

F - - e - → F 0 - عملية الأكسدة ،

2 ألف 3 2 آل 0 + 3 و 2 0

في محاليل الإلكتروليت ، يكون التحليل الكهربائي معقدًا بسبب إمكانية مشاركة جزيئات المذيب (على سبيل المثال ، الماء) في عمليات القطب. إذا كان النظام الذي يتم فيه إجراء التحليل الكهربائي يحتوي على مؤكسدات مختلفة ، فسيتم تقليل أكثرها نشاطًا عند الكاثود ، أي الشكل المؤكسد للنظام الكهروكيميائي ، والذي يتوافق مع أعلى قيمة لإمكانات القطب.

اعتمادًا على تكوين المنحل بالكهرباء عند الكاثود ، يمكن أن تحدث التفاعلات التالية (بما في ذلك على التوازي):

1) تقليل الكاتيونات المعدنية:

أنا n + + ne \u003d أنا 0

2) استعادة جزيئات الماء:

2H 2 O + 2 e → H 2 + 2 OH -

يبدأ التفاعل الأول حصريًا في محاليل أملاح تلك المعادن الموجودة في سلسلة الفولتية بعد الهيدروجين ، أي أن لديها جهد قطب كهربائي أعلى من الهيدروجين.

الثاني - فقط في حلول المعادن الأكثر نشاطًا في بداية سلسلة الضغوط حتى الألومنيوم. جهدهم الكهربائي هو أكثر سلبية من جهد قطب الهيدروجين في وسط مائي محايد (-0.41 فولت). بالنسبة لمحاليل الأملاح المعدنية ذات جهد قطب كهربائي قريب من -0.41 فولت وتشكل منتصف سلسلة من الفولتية ، فإن كلا التفاعلين الكاثوديين مميزان.

في المحاليل الحمضية ، يحدث تفاعل الهيدروجين عند الكاثود:

2H + 2 e → H 2

وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن استخدام أي مادة موصلة ككاثود ، باستثناء المعادن الأرضية القلوية والقلوية الأكثر نشاطًا. معظم المعادن الأخرى ، وكذلك الجرافيت ، تكون مستقرة في أي إلكتروليت تحت الشحن الكاثودي.

وبالمثل ، إذا كان هناك العديد من عوامل الاختزال في النظام الذي يخضع للتحليل الكهربائي ، فسيتم أكسدة أكثرها نشاطًا عند الأنود ، أي الشكل المستعاد للنظام الكهروكيميائي ، والذي يتميز بأقل قيمة لإمكانات القطب. يمكن أن تحدث عدة عمليات مؤكسدة عند الأنود:

1) انحلال مادة الأنود (باستثناء البلاتين والجرافيت):

Ме 0 - ne \u003d Ме n +

2) أكسدة الملح أو الأنيونات الحمضية

Аn m- - me - \u003d Аn 0

2An 0 \u003d (Аn 0) 2

3) أكسدة جزيئات الماء:

2H 2 0-4 e - → O 2 + 4 H +

على الأنودات غير القابلة للذوبان (البلاتين والجرافيت وبعض المعادن التي تشكل طبقة أكسيد موصلة واقية على سطحها ، على سبيل المثال ، Pb في محلول Н 2 SO 4 أشكال PbО 2) ، تتنافس التفاعلات 2 و 3. بالنسبة للأحماض الأنوكسكية وأملاحها ، يفضل التفاعل 2 ، على سبيل المثال :

2Cl - - 2 e → Cl 2

في محاليل أحماض الأكسجين وأملاحها ، وكذلك فلوريدات المعادن ، يحدث تفاعل أكسدة جزيئات الماء فقط.

في المحاليل المائية للقلويات ، يحدث تفاعل هيدروكسيل على أنودات غير قابلة للذوبان:

4 OH - - 4e \u003d 2H 2 O + O 2

مثال 2.اكتب معادلات العمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد النحاس (الأنود عبارة عن لوح نحاسي خشن).

القرار.إذا كان الأنود مصنوعًا من معدن يمكن أن يتأكسد تحت ظروف التحليل الكهربائي ، كما في هذه الحالة ، لا تتأكسد الأيونات من المحلول عند الأنود.يتأكسد النحاس عند الأنود (لوح النحاس الخام) مع انتقال أيونات النحاس إلى محلول: Cu 0-2e \u003d Cu 2+ ، ويتم تحرير النحاس النقي من المحلول عند الكاثود: Cu 2+ + 2e \u003d Cu 0 . المعادلة العامة للتحليل الكهربائي ، كقاعدة عامة ، ليست مكتوبة في هذه الحالة.

مثال 3.اكتب معادلات العمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي لمحلول مائي من كبريتات الصوديوم (أنود البلاتين).

القرار.جهد القطب القياسي للنظام

Na + + e - → Na 0 (-2.71 فولت)

أكثر سالبة بكثير من جهد قطب الهيدروجين في وسط مائي محايد (-0.41 فولت). لذلك ، سيحدث الاختزال الكهروكيميائي للماء عند الكاثود ، مصحوبًا بتطور الهيدروجين:

2H 2 0 + 2 e → H 2 + 2 OH -

و Na + أيونات تصل إلى الكاثود سوف تتراكم في الجزء المجاور من المحلول (مساحة الكاثود)

ستحدث الأكسدة الكهروكيميائية للماء عند الأنود ، مصحوبة بتطور الأكسجين

2H 2 0-4 e - → O 2 + 4 H +

نظرًا لأن جهد القطب القياسي (1.23 فولت) المقابل لهذا النظام أقل بكثير من جهد القطب القياسي (2.01 فولت) ، والذي يميز النظام

2SО 4 2- → S 2 О 8 2- + 2 е -

الأيونات SO 4 2- ، التي تنتقل إلى القطب الموجب أثناء التحليل الكهربائي ، سوف تتراكم في مساحة الأنود.

بضرب معادلة العملية الكاثودية باثنين وإضافتها مع معادلة عملية الأنود ، نحصل على المعادلة الكلية للعملية:

6H 2 0 → 2H 2 + 4OH - + O 2 + 4 H +

مع الأخذ في الاعتبار أن تراكم أيونات Na + في مساحة الكاثود و SO 4 2- أيونات في مساحة الأنود يحدث في وقت واحد ، يمكن كتابة المعادلة الكلية للعملية بالشكل التالي:

6Н 2 0 + 2 Na 2 SO 4 → 2Н 2 + 4 Na + + 4ОН - + О 2 + 4 Н + + 2SO 4 2-

مدينة كيزيل ، TSU

مقال

الموضوع: "الخلايا الجلفانية. البطاريات".

بقلم: V.A. Spiridonova

أنا بالطبع ، IV غرام ، FMF

فحص بواسطة: Kendivan O.D.

عام 2001

I. مقدمة

II. مصادر التيار الكلفاني

1. أنواع الخلايا الكهروكيميائية

ثالثا. بطاريات

1. حمضي

2. القلوية

3. مختومة من النيكل والكادميوم

4. مختومة

5. بطاريات تقنية "درايفيت"

المقدمة

مصادر التيار الكيميائي (CPS) لسنوات عديدة

دخلت حياتنا بحزم. في الحياة اليومية ، نادراً ما يرسم المستهلك

الانتباه إلى الاختلافات بين HIT المستخدمة. بالنسبة له ، هذه بطاريات و

المراكم. يتم استخدامها بشكل شائع في أجهزة مثل

مصابيح الجيب أو الألعاب أو أجهزة الراديو أو السيارات.

في الحالة التي يكون فيها استهلاك الطاقة نسبيًا

كبيرة (10Ah) ، تستخدم البطاريات ، الحمضية بشكل أساسي ،

وكذلك النيكل والحديد والنيكل والكادميوم. يتم تطبيقها في

أجهزة كمبيوتر محمولة (لاب توب ، نوت بوك ، Palmtop) ، وسائل يمكن ارتداؤها

الاتصالات ، إضاءة الطوارئ ، إلخ.

في السنوات الأخيرة ، تم استخدام هذه البطاريات على نطاق واسع في

إمدادات الطاقة الاحتياطية لأجهزة الكمبيوتر والكهروميكانيكية

أنظمة تخزين الطاقة لأحمال الذروة المحتملة

وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ للأنظمة الحيوية.

المصادر الحالية الجلفانية

مصادر الطاقة الجلفانية أحادية الفعل

تمثل حاوية موحدة فيها

يحتوي على المنحل بالكهرباء الذي تمتصه المادة الفعالة

فاصل ، وأقطاب كهربائية (الأنود والكاثود) ، لذلك يطلق عليهم

عناصر جافة. يستخدم هذا المصطلح فيما يتعلق

جميع الخلايا التي لا تحتوي على سائل إلكتروليت. إلى المعتاد

تشمل العناصر الجافة عناصر الكربون والزنك.

إجابتك

اسمك الذي سيظهر (اختياري):
نحن نحرص على خصوصيتك: هذا العنوان البريدي لن يتم استخدامه لغير إرسال التنبيهات.
مرحبًا بك إلى جوابك، حيث يمكنك طرح الأسئلة وانتظار الإجابة عليها من قبل المختصين في المجال .. اجابة لجميع الاسئلة التعلمية في جميع المراحل التعليمية من قبل استاذة مختتصين

اسئلة متعلقة

0 تصويتات
1 إجابة
سُئل فبراير 28، 2020 في تصنيف المنهاج السعودي بواسطة noor (67.5ألف نقاط)
0 تصويتات
0 إجابة
0 تصويتات
0 إجابة
0 تصويتات
0 إجابة
سُئل ديسمبر 10، 2020 في تصنيف عام بواسطة mo7mad (380ألف نقاط)
0 تصويتات
0 إجابة
...