Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 188
Текст из файла (страница 188)
27. /! Номер по во!знаку 8 Электрик Потгииизлообрзгую»ивв ргзюгия Ог+ 2Н+ + 2е-зНгО» Ре+з+~ Ретг С10 +Нго+2е-»С) +20Н Ноз +4Н++4е-»-НО+2Нго Оз+ 4Н+ + 4е-ь2Н»0 М пО»+ 4Н+ + 2е-гМп+ '+ 2Н»0 Оз+Нго+2е Оз+20Н Сг»О» г+14Н++бе — «.2Сг'гз+7Н»0 РЬО»+4Нт+2е РЬт'+2Нго МпО» +8Н" +бе-».Мпт'+4Н»О РЬО»+4Н++80» +2е РЬЗО»+2Нго Мпо» +4Н++Зе Мпог+2Н»О Нгог+ 2Н+ + 2е-ь2Н»О Соьз+е Со+г Згоз г+2е-ь2$0» г Оз+2Н++2е — зог+Нго О+2Н» +2е Нго а с учетом уравнении (27.9) ноже~ быть представлена в виде т =(»рзк — Д+(дтулг) х Х !и Но ./и )х:(и,./о.,)з!. иый процесс (отдача электронов), называют анодом; на катоде реализуется процесс восста- новления (присоединение электронов). Эту разность потенциалов между электродами равновесной элекгрохимической цепи в целях избежания нарушений равновесного течения электродных процессов прохождением значительного тока измеряют либо высокоомными вольтметрами ()7,»пз) !О" Ом), либо компенсационным методом по ЭДС эталонного источника тока (рис.
27.9). По механизму возникновения ЭДС различаЮт химические и концентрационные гальванические цепи. Химические цепи состоят из эззекгродов, электрохимические системы которых различны; концентрационные цепи образованы комбинацисй электродов с одинаковыми глсктрохимичсскими системами, но разными активностями анадного и катодного электролитов. По наличию или отсутствию диффузионных разграничений знойного и катодного электролитов в гальванической цепи их подразделяют на цепи с переносом и цепи без леПеиоса соответсгвекио.
В химических цепях источникам электрической энергии является снободная энергия окислительно-восстановительной реакции, происходящей на электродах, которые выполнены из неодинаковых материалов. Химические цеш» без переноса отличаютси одним и тем же, общим для катода и анода Гальванические элементы (химические источники постоянного тока) представляют собой системы. состоящие иэ гюследавательного ряде электрона- и ноно-проводящих фаз, различающихся своей природой, составом и состоянием окисленности их компонентов.
Злектродвижушая сила -- И элемента определяется разностью потенциалов катода »ук и анода ц»з, Рис. 27.9. Схема измерения ЭДС гальванического элемента компенсационным методом 1 — аккумулятор; у — иотгнииомстр; у — гальванометр; 4 — переключатель; б — эталонный гальванический элемент с извес»ими значением ЭДС В' з б — гальванический элемент с неизвестной разнОстью потек»г»~алов В', мсжггу электролами 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 Н+, Н,О„ОН Р( Ре+', Ре+-! Р( С10, С!, ОН; Р1 Н+, )поз, НО' Р( Н+, Ог, Р1 Н+, Мп+г, Мпог, Р1 О,О,ОН;Р( Н+, Сггог г, Сг+з; Р( Н+, РЬО», РЬ+'1 Р( Н+, Мпо», Мп "'; Р( Нт, РЬОг, РЬЗО»; Р( Н+, Мпо», Мпог; Р1 Н+, Н»О»! Р( Со+', Со+~; Р1 Згоз г, 80» г; Р1 Н",О,О; Р( Н+,0; Р1 27.5.
ЭЛЕКТРОЛИТЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ +0,682 +0,771 + 0,890 + 0,960 + 1,229 + 1.230 + 1,240 +1,330 + 1,455 + 1,510 + 1,685 + 1,695 + 1,776 + 1,810 +2,0! 0 +2,070 +2,442 Общие сведения об электролитах (равд. 27) Л 2 Рис. 27.!О. Стандартный эталонный элемент Вестона 1 — Рттть; 2 — Ртуть+НК 5О»; В, 7 — СВЗСЧХ Х /зН»фн 4,  — корковые пробив,  — насыщенный раствор СВ5Ол  — Сб-змальгама (з2.5 Ж) составом электролита.
Примерами их могут служить; Водородно калом ель ны й элемент: — Р(, Нг(НС!(Нй«С(з, Нй, Р(+. Элеьтрохнмнческая реакция: Нз+Нй»С! 2Нн.+2НС1. В стандартных условиях Я =0,268 В (см. табл. 27.! 1, пп. 18, 41). Водородно-хлорный газовый элемент: — Рт, Нз(НС!(С!з, Р1+. Электрохимическая реакция: Н»+С1; 2НС1. В стандартных условиях (7=298 К, рн,=рс»,= 1,013 10' Па, Сна= 1 моль/дм'), 9 = 1,360 В (см. табл. 27.11, пп. 18, 28). Стандартный элемент Вестон а (рис. 27.10): — Р1; (Нй), Сб; !2,5% ! С450»„, 1; НК,ЗОь Нйн Р!+. Электрохимическая реакция: ЗСЗ+ЗНйг50»+8Н«0 — зЗС450» 8Н«О+ +ОНК. ЭДС элемента весьма стабильна и отлн- Рис. 27.1!.
Медно-цинковый гальванический элемент Даниэля †Яко чается малым температурным коэффициентом: 9'=1,0!83 — 4 1О '(т — 25). Нормальныйэлемент Кларка: — Р1; (Нй) Хн; !0%(Хп50»„,); Нйз50ь Нй, Р(+ Электрохимическая реакция: Хп+НКУЗО»+7НУО-»-Хп50» 7Н«0+2Н8. ЭДС при различной температуре определяется выражением 'э =1,4330 — 1,2 10"'(! — !5). Химические цели с переносом отличаются непосредственным контактом двух электродов с электролитами неодинакового качественного состава: Элемент Даниэля -Якоби (рис. 27.11): — Хп(Хп50»((Сц50»)Сн+.
Электрохимнческан реакция: Хп+Сн50»-»-Сн+Хп50». ЭДС определяется формулой: (фз „ цз „ , ) +()77/2Р)Х х (п (асс+э/от«+В+А»эз Ф. При 298 К и Сс.зо»=Ст.з»»» имеем бр„е= — 9,5 РЗ ' В, 9'=1,10 В. В концентрационных цепях (без переноса н с переносом) источником электрической энергии является разность свободных энергий катодной н анодной систем, обусловленная неодинановыми активностями одних и тех же компонентов. Такие цепи можно выполнить из амальгам разных концентраций в одном и том же ра~творе; из одинаковых электродов 1, П рода, нз окислительно-восстановительных электродов с электролитами разных концентраций; из газовых электродов, отличающихся давлениями «рабочихз газов.
1(и н к- а мал ь га м вы 9 концентрационный элемент беэ переноса: — Р(; (Нй)Хп(а»)(Хп50»((НК)Хп(аз); Р(+, где а» и аз — активности цинка н амальгаме (а» (аз). В левой (анодной) части имеет место окисление: Хц — 2е-ьХптз. В правой (катодной) части — восстановление: Хп+з+2с-»Хп. Каждый из электродов является обратимым цинковым, и поэтому 9'=(йТ/25))п(аз/а»).
С е р е б р я н ы й концентрационный элемент с переносом: — Ай(АК)ЦО»(а») !! Аб)цОз(аз) (Ай+, где а» и аз.— активности анодного н катодного растворов А8НОз(а»~аз). Анодный процесс: АК вЂ” с — «Ай+, катодиый процесс: Ай«+э-»А8, [5 27.5[ Электролиты гальванических цепей ЭДС элемента: У =(7!Т/Р) )п(аг/а2). В первом приближении ЭЙС концентрационных цепей удовлетворяет равенству йг =(ЙТ/яР) )и [(а„,/а 2) к/ (а,„/а„) х[ По технико-эксплуатационным особен- ностям конструкций все электрохнмические источники электрического тока разделяют на три группы: первичные, вторичные источ- ники тока и электрохимические генераторы.
Первичные гальванические элементы не восстанавливаются после полного расходона- ния материалов окислителя и восстановителя, их токообразующая реакция практичесни не- обратима. Сухой элемент Л екл а н ш е вы- полнен в виде цинкового контейнера, действую- щего как анод, заполненного смесью электро- лита н окислителя — Мп02, а которую погру- жен графитовый стержень, выполняющий рахь катода, коллектора электронов. Элемент вы- полняется в герметичных вариантах стаканчи- кового и таблеточного типов: — Хп[)2)Н2С).
Н20[Мп02; С+. Электрохимическне процессы: анодный Хп — 2е-2-Хп+г; катодный 2Мп02+2Н20+2е-2. ~2МпО(ОН) +20Н Хп + 2Мп02+ 2(2(Н4С1-«[Уп (ННг) э[С!2-)- +2МпО(ОН), .а =1,5...1,8 В. Воздушно-цинконый элем е н т имеет цинковый анод и пористый катод из активированного угля, контактирующий с кислородом воздуха. Электролитом служат растворы гидроксида калия или гидроксида натрия. — Хп[ЫаОН, Н20[02! С+.
Электродные процессы и потенциалобразующая реакция: анодный Хп-«2е+7п+': катодный '/202+20Н +2е-2- -«Н20+20 Хп+ '/,Ог+)ЦаОН-«)2(аНХп02, У=!,4 В. Ртутно-окисный элемент: — Хи[КОН, Н20!Н80; С+. Электролит — концентрировааный раствор гидроксида калия, у шстаует в электродных процессах, но в суммарной.реакции не рас- ходуетсяг анодный процесс 7п — 2е-2-7№+-"; Хп+'+ 20Н вЂ” 2- Хп (ОН) г, катодный процесс НВО+Н20+2е-« Н80+20Н Хп+ Н 20+ Н20 НнО+ Хп (ОН) г„ 8'=1,35 В.
Вторичные гальванкческяе элементы (или аккумуляторы) — это элементы многоразового пользования. Их работа основана на обратимой токообразующей реакции. По составу элентролита аикумуляторы подразделяются на кислотные и щеяочкые. Важнейшие свойства аккумуляторных электролитов приведены и табл. 27.12...27.17. Свинцовый (кислотный) аккумулятор: — РЬ[Н2802, 25ш30 ггг[РЬОг; РЬ+, Ф'=2,1 В. Электроды выполнены в виде решетки из свинцового сплава, ячейки которой заполнены пастой из РЬО и РЬОь замешанной на серной кислоте.
Разряд аккумулятора и его заряд происходят в соответствии с уравнением РЬ+ РЬОг+ 2Н280 2 — ':= — "" 2РЬ 802+ 2Н20. Заряд Железо- (или кадмий-) никелевый (щелочные) аккумуляторы: — Ре (или Сб) ~ КОН, 20 28 ~ Ы!ООН, Н1+, У =1,35...1,40 В. Суммарные реакции разряда н заряда этих аккумуляторов представляются уравнениями: г «2чюг~. ~ л .Э" 2 2 258 (ОН) г+ Ге (ОН) г! ы«~мог «~к~ — Г'-'ги2ННОН) 2+СЕ (ОН) г. В процессе рабаты щелочного аккумулятора электролит не расходуется, однако он требует периодического обновления из-за большой склонности к поглощению СОг' воздуха. Ци ни-серебряные (щелочи ы е) аккумуляторы существуют двух разновидностей, отличающихся составом катода; — Хи[КОН, КгХп02[АаО(нлн АпгО); Ай+, Ф'=1,58...1,88 В; Разряд АВО (нли А820) +Хи+КОН~ Заряд КгХп02+ Н20+ Аа (2Ап) Общие сведения об электролитах [рззд. 27[ Таблица 27.72.
Температура замерзания водных растворов серной кислоты и составы равновесных твердых фаз Таблица 27.1б. Вязкость водных растворов серной кислоты при температуре — 40...+30'С Таблица 2726. Концентрация н плотность прн 20 'С растворов серной кислоты, соответствуюихпе наибольшим значениям их удельной электрической проводимости Электролиты эдектролизных систел 691 2МпООН + Хп (ОН) з. Таблица 27.77. Вязкость водных рвспюров гндроксида калия н гндрокснда натрив при температуре 20...40 'С Цинк-никелевый (щелочной) аккумулятор: — Хп)КОН, КэХпОэ(ОООН: М+: К=1,7 В; ~ош<-о,.
хо —— Ьыв з,, Кэмп Оэ+ 2М (ОН! э. Мартан це вы й (щелочной) аккумулятор (на базе элемента Лекланше) имеет более низкое внутреннее сопрогнвлеяие и обладает лучшими рабочими характеристи. кани, чем сухой элемент: — Еп))(аОН, НэО(МпОо'. С+; 9'=1,6 В; мо,оыотаоиио з,, Особенности злектрохимических генераторов (топливных элементов) состоят в том, что электрохимически активные вешества— окислитель и восстановитель подводятся к их электродам непрерывно, по мере расходования. Электроды топливных элементов выполняют роль катализаторов процессов, протекающих на них. Водородно-кислородный ген е р а тор в качестве электролита содержит гидроксид калия. в который погружаются платиновые, серебряные или никелевые электроды с высокоразвитой поверхностью, выполненные в виде тонких пластин. Газы-реагенты подводят к поверхности пластин электродов под давлением, позволяющим поддержать доста- точно большие токи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
