Nguồn điện hóa học

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch
Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đo bằng thương số của công A của các lực lạ làm di chuyển điện tích dương bên trong nguồn điện và độ lớn của điện tích q đó.
Để đo suất điện động của nguồn điện, ta mắc hai đầu vôn kế vào hai cực của nguồn điện khi mạch ngoài để hở.
NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC
I. HIỆU ĐIỆN THẾ ĐIỆN HÓA :
1) Sự xuất hiện hiệu điện thế điện hóa :
Nếu một kim loại tiếp xúc với một chất điện phân thì trên kim loại và chất điện phân xuất hiện các điện tích trái dấu. Khi ổn định, giữa chúng có một hiệu điện thế gọi là hiệu điện thế điện hóa.
2) Giải thích :
Nhúng một thanh kẽm vào dung dịch kẽm sunfat (ZnSO4).
ZnSO4
Zn
Do tác dụng của lực hóa học, các ion Zn++ tách khỏi thanh kẽm, đi vào dung dịch, nên thanh kẽm tích điện âm, còn dung dịch tích điện dương.
ZnSO4
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Zn
Tại lớp tiếp xúc mỏng giữa thanh kẽm và dung dịch có một điện trường hướng từ dung dịch đến thanh kẽm, ngăn cản sự chuyển dời ion Zn++ vào dung dịch.
ZnSO4
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Zn
Soá ion Zn++ ñi vaøo dung dòch caøng taêng thì hieäu ñieän theá ôû lôùp tieáp xuùc caøng taêng. Khi löïc ñieän tröôøng caân baèng vôùi löïc hoùa hoïc thì hieäu ñieän theá naøy ñaït moät giaù trò xaùc ñònh, ngaên khoâng cho ion Zn++ tan theâm nöõa.
Hiệu điện thế ứng với sự cân bằng đó gọi là hiệu điện thế điện hóa, phụ thuộc vào bản chất kim loại và nồng độ dung dịch.
3) Nguyên tắc chế tạo nguồn điện hóa học :
Nhúng hai thanh kim loại khác nhau về phương diện hóa học vào dung dịch điện phân, thì do hai hiệu điện thế điện hóa giữa mỗi thanh và dung dịch điện phân là khác nhau nên giữa hai thanh có một hiệu điện thế xác định.
II. PIN :
1) Pin Đanien (Daniell) :
- Cực âm : thanh Zn nhúng vào dung dịch ZnSO4
- Giữa 2 dung dịch là một vách xốp để 2 dung dịch không trộn vào nhau nhưng không ngăn cản chuyển động của các ion.
- Suất điện động của pin Đanien khoảng 1,1V
- Cực dương : thanh Cu nhúng vào dung dịch CuSO4
2) Pin Lơclăngsê (Leclanché) :
- Cực âm là kẽm
- Cực dương là thanh than
- Chất điện phân là NH4Cl.
Thanh than được bao bọc xung quanh bằng một hỗn hợp đã nén chặt gồm MnO2 và graphit để :
Trong thực tế, pin Lơclăngsê khô có dung dịch NH4Cl trộn trong một thứ hồ đặc rồi đóng vào trong một vỏ kẽm.
Tăng độ dẫn điện
Khử khí H2 hiện ra ở cực khi pin hoạt động (khí này làm giảm nhanh hiệu điện thế giữa 2 cực).
- Suất điện động của pin khoảng 1,5V.
a) Cấu tạo : gồm 2 thanh chì có phủ PbO.
Hiện nay, người ta dùng acquy có :
- Cực dương là các tấm chì có lỗ nhồi chất Pb3O4
- Cực âm là các tấm chì có lỗ nhồi chất PbO.
III. ACQUY :
1) Acquy chì :
Cực dương gồm nhiều bản nối với nhau đặt xen kẽ với các bản cực âm cũng nối với nhau và nhúng trong dung dịch H2SO4 (nồng độ 20% - 30%)
b) Hoạt động :
Nạp điện : Điện năng chuyển thành hóa năng
Cho dòng điện một chiều vào acquy, H2SO4 bị điện phân, xuất hiện hydro và oxi ở 2 cực.
H2SO4
Pb3O4
PbO
- Ở bản nối với cực âm của nguồn, PbO bị khử oxi thành Pb, làm cực âm của acquy.
- Ở bản nối với cực dương của nguồn, Pb3O4 bị oxi hóa thành PbO2 , làm cực dương của acquy.
Giữa hai bản có một hiệu điện thế và acquy trở thành nguồn điện.
? Pb
? PbO2
H2SO4
PbO2 ? PbO
Pb ? PbO
+
_
- Cực dương acquy : PbO2 bị khử oxi thành PbO
Acquy là nguồn điện hoạt động dựa trên phản ứng hóa học thuận nghịch, dự trữ hóa năng và chuyển thành điện năng
- Phóng điện : hóa năng chuyển thành điện năng
Nối 2 cực của acquy đã nạp điện với vật dẫn, quá trình hoá học xảy ra ngược lại :
- Khi 2 cực giống nhau, dòng điện tắt, cần nạp điện lại.
- Cực âm acquy : Pb bị oxi hóa thành PbO
2) Acquy kiềm Ni - Cd :
Cực dương là Ni(OH)2, cực âm là Cd(OH)2, nhúng trong dung dịch KOH hoặc NaOH. Acquy kiềm có hiệu suất nhỏ hơn acquy chì nhưng gọn nhẹ và bền hơn.
3) Suất điện động của acquy và dung lượng của acquy
Suất điện động của acquy có giá trị ổn định cỡ 2,1V. Khi suất điện động giảm xuống đến 1,85V, acquy phải được nạp điện lại.
Mỗi acquy có một dung lượng xác định. Đó là điện lượng lớn nhất mà nó có thể cung cấp khi phát điện. Đơn vị : Ampe.giờ (A.h)
1 A.h = 1A.3600s = 3600 C
Nhúng 2 thanh kim loại khác nhau về phương diện hóa học vào dung dịch điện phân, thì do 2 hiệu điện thế điện hóa giữa mỗi thanh và dung dịch điện phân khác nhau nên giữa 2 thanh có một hiệu điện thế xác định.
Nguyên tắc chế tạo nguồn điện hóa học
Nguyên tắc hoạt động của acquy
Dựa trên phản ứng thuận nghịch :
Nạp điện : tích trữ năng lượng dưới dạng hóa năng
Phát điện : giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng
Kim loại tiếp xúc với chất điện phân thì trên kim loại và chất điện phân xuất hiện :
a) điện tích dương
b) điện tích âm
c) các điện tích trái dấu
d) các điện tích cùng dấu
2. Hiệu điện thế điện hóa phụ thuộc :
Bản chất kim loại
b) Nồng độ dung dịch
c) Câu a và b đúng
d) Câu a và b sai
3. Pin Daniell có cấu tạo :
a) Cu nhúng vào CuSO4
b) Zn nhúng vào ZnSO4
c) Có vách ngăn giữa CuSO4 và ZnSO4
d) Câu a, b và c đúng
4. Pin Leclanche có cấu tạo :
Cực âm là kẽm
b) Cực dương là than chì
c) Chất điện phân là NH4Cl
d) Câu a, b và c đúng
5. Acquy chì khi phát điện có đặc điểm :
b) PbO bị khử oxi trở thành Pb
c) Pb3O4 bị oxi hóa trở thành PbO2
d) Câu b và c đúng
a) Cực dương là PbO2, cực âm là Pb