En el capítulo sobre baterías primarias, se dan los dos materiales de los electrodos y los electrolitos y se dan los requisitos para escribir la ecuación de cada electrodo y la ecuación de reacción total. ¿Hay alguna buena manera?

Escritura de fuentes de energía químicas comunes y fórmulas de reacción de electrodos

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La química se presenta brevemente en el nuevo libro de texto de química de la escuela secundaria El conocimiento sobre el suministro de energía y los ejercicios relacionados en varios materiales didácticos se suceden uno tras otro y es abrumador. Como resultado, los profesores no pueden controlar el nivel de enseñanza y los estudiantes no pueden comprender las ideas para resolver problemas. Este artículo tiene como objetivo clasificar las fuentes de energía química comunes y escribir un breve resumen de las fórmulas de reacción de electrodos relevantes. 1. Fuente de energía química común La batería primaria es un dispositivo que convierte la energía química en energía eléctrica, y la fuente de energía química es una batería primaria práctica. Existen muchos tipos de fuentes de energía química, que se pueden dividir a grandes rasgos en tres categorías:

1. Pilas de combustible: también llamadas baterías continuas, generalmente utilizan combustibles naturales u otras sustancias combustibles como H2, CH4, etc. . como material de reacción del electrodo negativo y O2 como material de reacción del electrodo negativo. Se forma al hacer reaccionar sustancias en el electrodo positivo. Las pilas de combustible son de pequeño tamaño, ligeras y de gran potencia. Son una de las nuevas baterías que se están estudiando. (1) Las pilas de combustible de hidrógeno y oxígeno se utilizan principalmente en el campo aeroespacial. Son un nuevo tipo de batería con alta eficiencia y baja contaminación. Generalmente utilizan platino metálico (un electrodo inerte con actividad catalítica) o carbón activado, y Utilice una solución de KOH al 40%. Prepare una solución de electrolito. La fórmula de reacción del electrodo es: electrodo negativo: 2H2 + 4OH--4e- = 4H2O electrodo positivo: O2 + 2H2O +4e- = 4OH-la fórmula de reacción total es: 2H2 + O2 = 2H2O (2) Las pilas de combustible de metano utilizan platino metálico como electrodo. Utilice una solución de KOH como solución electrolítica. La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: CH4 + 10 OH- -8e-==CO3 2- +7H2O Electrodo positivo: 2O2 + 4H2O +8e- == 8OH-La fórmula de reacción total es: CH4 + 2O2 +2KOH== K2CO3+ 3H2O ( 3) La pila de combustible de metanol es un nuevo tipo de batería de teléfono móvil inventada recientemente por Motorola que utiliza metanol, oxígeno y álcali fuerte como solución electrolítica. Su potencia es 10 veces mayor que la de las baterías de hidruro metálico de níquel o las baterías de litio existentes. La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: 2CH4O + 16OH- -12e-==2CO3 2- +12H2O Electrodo positivo: 3O2 + 6H2O +12e- == 12OH-La fórmula de reacción total es: 2CH4O + 3O2 +4OH-== Pila de combustible de óxido sólido 2CO3 2- + 6H2O (4) Esta batería fue desarrollada por la American Westinghouse Company. Utiliza óxido de circonio-óxido de itrio sólido como electrolito. Este electrolito sólido permite que el O 2- pase a través de él a altas temperaturas. El principio de funcionamiento es el siguiente (se muestra en la imagen de la derecha). La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: 2H2 + 2O2--4e- = 2H2O Electrodo positivo: O2 +4e- = 2O 2-La fórmula de reacción total es: 2H2 + O2 = 2H2O (5) Celda de combustible de sales fundidas Esta batería utiliza La mezcla de sales fundidas Li2CO3 y Na2CO3 se utiliza como electrolito, el CO es el gas del ánodo y la mezcla de aire y CO2 es el gas de soporte del cátodo para preparar una pila de combustible que funciona a 6500 °C. Las pilas de combustible de sales fundidas han llamado la atención debido a su alta eficiencia de generación de energía. La fórmula de reacción del electrodo es: electrodo negativo: 2CO+2CO3 2- -4e-==4CO2 electrodo positivo: O2 + 2CO2+4e- ==2CO3 2-la fórmula de reacción total es: 2CO +O2 ==2CO 22. Batería: se puede utilizar varias veces. Después de un uso repetido, se puede recargar y restaurar después de la descarga. También se llama batería secundaria. (1) Batería de plomo-ácido La batería de plomo-ácido es una batería recargable común y se usa ampliamente en la producción industrial y agrícola y en la vida diaria. La batería utiliza Pb y PbO2 como materiales de electrodo y H2SO4 como solución electrolítica. La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: Pb+SO4 2- -2e- = PbSO4 Electrodo positivo: PbO2 +4H++ SO4 2- +2e- = PbSO4+2H2O La fórmula de reacción total es: Pb+ PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O (2) Batería alcalina de níquel-cadmio Esta batería utiliza Cd y NiO(OH) como materiales de electrodo y NaOH como solución electrolítica.

La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: Cd+2OH--2e- ==Cd(OH)2 Electrodo positivo: 2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH-La fórmula de reacción total es : Cd+ 2NiO(OH)+2H2O== Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Se puede ver en la fórmula de reacción total de las dos baterías anteriores que, además de consumir materiales de electrodos cuando se descargan, las baterías de plomo-ácido también consume ácido sulfúrico electrolito, de modo que la concentración de iones que se mueven libremente en la solución disminuye, la resistencia interna aumenta y la conductividad disminuye. Sin embargo, las baterías de níquel-cadmio solo consumen agua cuando se descargan y la concentración de iones que se mueven libremente en la solución de electrolito no cambiará significativamente. La resistencia interna casi no cambia y la conductividad casi no cambia. (3) Batería recargable de hidruro de níquel Esta batería es un nuevo tipo de batería recargable desarrollada en los últimos años. Puede cargarse y descargarse 500 veces de forma continua y puede reemplazar las baterías de níquel-cadmio que producen contaminación por cadmio. La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: H2+2OH--2e- ==2H2O Electrodo positivo: 2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH-La fórmula de reacción total es: H2+2NiO (OH) == 2Ni(OH)23. Batería desechable: Las sustancias reactivas de la batería no se pueden volver a utilizar después de una reacción electroquímica y una descarga. (1) Batería de zinc-manganeso - batería seca El material del electrodo negativo de esta batería es zinc, el material del electrodo positivo es varilla de carbono y el electrolito es una pasta compuesta de MnO2, NH4Cl y ZnCl2. La fórmula de reacción del electrodo es: electrodo negativo: Zn-2e- == Zn 2+ electrodo positivo: 2MnO2+2 NH4+ +2e-==Mn2O3+2NH3+H2O La fórmula de reacción total es: Zn+2MnO2+2 NH4+ ==. Zn 2+ + La función del MnO2 en la batería Mn2O3+2NH3+H2O es oxidar el H generado por la reducción del NH4+ en el electrodo positivo al agua para evitar que el H2 se adhiera a la superficie del grafito y aumente la resistencia interna de la batería. . Dado que el cilindro de zinc se consume y diluye continuamente durante la reacción y se genera agua líquida, la batería se ablanda después de un uso prolongado. (2) Batería de plata y zinc - batería de botón Esta batería tiene una larga vida útil y se usa ampliamente en relojes electrónicos y computadoras electrónicas. Los electrodos son Ag2O y Zn respectivamente y el electrolito es una solución de KOH. La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: Zn+2OH--2e- == ZnO+H2O Electrodo positivo: Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-La fórmula de reacción total es: Zn+ Ag2O== ZnO+2Ag ( 3) Batería de alta energía: batería de litio Esta batería es una batería de alta energía desarrollada en la década de 1970. Dado que la masa atómica relativa del litio es muy pequeña, la capacidad específica (la cantidad de electricidad que se puede convertir por unidad de masa del material del electrodo) es particularmente grande y tiene una larga vida útil, lo que lo hace adecuado para su uso en animales (como como marcapasos). Debido a que las propiedades químicas del litio son muy activas, su solución electrolítica debe ser un disolvente no acuoso. Por ejemplo, la fórmula de reacción del electrodo de una batería de yodo de litio utilizada como marcapasos es: electrodo negativo: 2Li-2e- ==2Li+ electrodo positivo: I2+2e-==2I-la fórmula de reacción total es: 2Li+I2= =2LiI (4) Batería de aluminio de agua de mar Esta batería es la primera luz de señalización de navegación nueva de mi país que utiliza una batería de "aluminio-aire-agua de mar" como fuente de energía en 1991. Este tipo de lámpara utiliza agua de mar como solución electrolítica y depende del oxígeno del aire para oxidar continuamente el aluminio y generar corriente. Siempre que la lámpara se coloque en agua de mar, puede emitir un destello deslumbrante y su energía es de 20-. 50 veces mayor que el de las baterías secas. La fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: 4Al-12e- ==4Al 3+ Electrodo positivo: 3O2+4H2O+8e-==8OH-La fórmula de reacción total es: 4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3 2 Reacción del electrodo Escribir la fórmula de reacción del electrodo es una habilidad básica para aprender electroquímica y también es un punto de conocimiento que debe dominarse para los exámenes y concursos de ingreso a la universidad. En términos generales, al escribir la fórmula de reacción del electrodo de una batería primaria, debe prestar atención a los siguientes cuatro puntos:

1. Determine con precisión los polos positivo y negativo de la batería primaria. Los polos de la batería se juzgan mal, la fórmula de reacción del electrodo debe escribirse incorrectamente, que es el requisito previo para escribir correctamente la ecuación de reacción del electrodo. En términos generales, el metal más activo se convierte en el electrodo negativo de la batería primaria, pero esto no es absoluto. Por ejemplo, cuando se insertan una lámina de cobre y una lámina de aluminio en ácido nítrico concentrado al mismo tiempo para formar una batería primaria, el cobre es el electrodo negativo de la batería primaria que se oxida porque la superficie de aluminio se pasiva en ácido nítrico concentrado. .

En este momento, la fórmula de reacción del electrodo es: Electrodo negativo: Cu-2e- ==Cu 2+ Electrodo positivo: 2NO3-+4H + +2e-==2NO2+2H2O Otro ejemplo es poner la aleación de magnesio y aluminio en una solución de 6mol. /L solución de NaOH Al formar una batería primaria, aunque el magnesio es más activo que el aluminio, el magnesio no reacciona con la solución de NaOH, por lo que el aluminio se convierte en el electrodo negativo. La fórmula de reacción del electrodo es: electrodo negativo: 2Al+8OH—6e-=. =2AlO2- +4H2O electrodo positivo: 6H2O+6e- ==3H2+6OH-2. Preste mucha atención a la acidez y alcalinidad del electrolito. La reacción del electrodo que ocurre en los electrodos positivo y negativo a menudo no está aislada. estrechamente relacionado con la solución electrolítica. Por ejemplo, hay dos tipos de pilas de combustible de hidrógeno y oxígeno: ácidas y alcalinas. En solución ácida, la fórmula de reacción del electrodo negativo es: 2H2-4e-==4H+ y la fórmula de reacción del electrodo positivo es: O2+4H+ +4e-. ==2H2O; en una solución alcalina, es imposible que aparezca H+, y en soluciones ácidas, es imposible que aparezca OH-. En las pilas de combustible como CH4 y CH3OH, el elemento C existe en forma de iones CO32- en la solución alcalina en lugar de liberar CO2.

3. Comprender firmemente la ecuación de reacción general. En teoría, cualquier reacción redox espontánea se puede diseñar en una batería primaria. La ecuación de reacción total se obtiene sumando las reacciones de los dos electrodos. Por lo tanto, para una batería primaria desconocida, siempre que conozca la ecuación de reacción total y una de las ecuaciones de reacción del electrodo, puede escribir rápidamente la ecuación de reacción del otro electrodo.

4. No podemos ignorar la igualdad de transferencias de electrones en una misma batería primaria, el número de electrones perdidos por el electrodo negativo debe ser igual al número de electrones ganados por el electrodo positivo. Al escribir la ecuación de reacción del electrodo, preste atención a la conservación de la carga. Esto puede evitar errores causados ​​al escribir la ecuación de reacción total a partir de la ecuación de reacción del electrodo o reescribir la ecuación de reacción total en la ecuación de reacción del electrodo. Al mismo tiempo, también puede evitar errores en los cálculos relacionados.