原电池装置中各部分的作用

Ⅰ 原电池与电解池的极化作用各有什么特点

第一节 分解电压
使电能转变成化学能的装置称为电解池.当直流电通过电解质溶液,正离子向阴极迁移,负离子向阳极迁移,并分别在电极上起还原和氧化反应,从而获得还原产物和氧化产物.若外加一电压在一个电池上,逐渐增加电压直至使电池中的化学反应发生逆转,这就是电解.实验表明,对任一电解槽进行电解时,随着外加电压的改变,通过该电解槽的电流亦随之变化.例如,使用两个铂电极电解HCl 溶液时,使用图9.1 的线路装置,改变可变电阻,记录电压表和电流表的读数,则可测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线.开始时,当外加电压很小时,几乎没有电流通过电解槽;电压增加,电流略有增加;当电流增加到某一点后,电流随电压增大而急剧上升,同时电极上有连续的气泡逸出.
在两电极上的反应可表示如下:
阴极 2H+(aH+)+2e →H2(g, p)
阳极 2Cl (aCl
-)→Cl2(g, p)+2e
当电极上有气泡逸出时,H2 和Cl2 的压力等于大气压力.
电解过程分析:当开始加外电压时,还没有H2 和Cl2 生成,它们的压力几乎为零,
稍稍增大外压,电极表面上产生了少量的H2 和Cl2,压力虽小,但却构成了一个原电池(自发地进行如下反应)
(-) H2(p)→2H+(aH+)+2e-
(+) Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)
此时,电极上进行反应的方向正好与电解所进行的反应的方向相反.它产生了一个与外加电压方向相反的反电动势Eb.由于电极上的产物扩散到溶液中了,需要通过极微小的电流使电极产物得到补充.继续增大外加电压,电极上就有H2 和Cl2 继续产生并向溶液中扩散,因而电流也有少许增加,相当于图9.2 中I-E 曲线上的1-2 段.此时由于pH2 和pCl2 不断增加,对应于外加电压的反电动势也不断增加,直至气体压力增至等于外界大气压力时,电极上就开始有气泡逸出,此时反电动势Eb 达到最大值Eb, max 将不再继续增加.若继续增加外加电压只增加
溶液中的电位降(E 外-Eb, max)=IR,从而使电流剧增,即相当于I-E 曲线中2-3 段的直线部分.将直线部分外延到I=0处所得的电压就是Eb, max,这是使某电解液能连续不断发生电解时所必须的最外加电压,称为电解液的分解电压.从理论上讲Eb, max 应等于原电池的E(可逆),但实际上Eb, max 却大于E(可逆).是由两方面的原因引起的.一是由于电解液,导线和接触点都有一定的电阻,欲使电流通
过必须用一部分电压来克服IR 电位降,这相当于把I2R 的电触转化为热.二是由于实际电解时在两个电极上进行的不可逆电极过程所引起,即要使正离子在阴极析出,外加的阴极电势一定要比可逆电极电势更负一些,使负离子在阳极析出,外加的阳极电势一定要比可逆电势更正一些.我们把由于电流通过电极时,电极电势偏离可逆电极电势的现象称为极化现象.实际上I-E 曲线上分解电压的位置不能确定的很精确,且I-E 曲线并没有十分确切的理论意义,所得到的分解电压也常不能重复,但它却很有实用价值.电解质的分解电压与电极反应有关.例如一些酸,碱在光滑铂电极上的分解电压都在1.7 V 左右.它们的分解电压基本上和电解质的种类无关,这是因为这些酸,碱的电解产物均是H2(阴极)和O2(阳极).它们的理论分解电压都是1.23 V,由此可见,即使在铂电极上,H2 和O2 都有相当大的极化作用发生.氢卤酸的电压都较1.7 V 小,而且其数值各不相同,这是因为在两电极上出现的产物是氢卤酸的分解物.电极反应和电解产物不一样,自然,分解电压也就有差异了.小结:我们把使某种电解质开始电解反应时所必须施加的最小电压,称为该电解质的分解电压.理论分解电压也称为可逆分解电压,等于可逆电池电动势.但实际工作中电解以一定速率进行,过程已不可逆.这时的分解电压E(实)>E(理),原因是:当电流通过时,电极有极化作用,电路有电阻.实验表明:电解不同的电解质,如果电极反应相同,分解电压基本相同.
第二节 极化作用
一,极化现象
我们已经知道,无论是对水的电解,或是其它物质的电解,它们的分解电压总是大于计算得到的可逆电动势.这是因为当电流通过电极时,每个电极的平衡都受到破坏,使得电极电位偏离平衡电位值.这种在电流通过电极时,电极电位偏离平衡值的现象,称为电极的极化.极化现象的出现,以及溶液中存在着一定的欧姆电位降,这些都是分解电压大于可逆电动势的原因.实际分解电压可表示为E(分解)=E(可逆)+ E(不可逆)+IR式中,E(可逆)是指相应的原电池的电动势,即理论分解电压;IR 由于电池内溶液,导线和接触点等电阻所引起的电势降; E(不可逆)则是由于电极极化所致, E(不可逆)= η(阴)+ η(阳), η(阴)和η(阳)分别表示阴,阳极上的超电势.当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,此时的电势为φ(平)(平衡电势),随着电极上电流密度(I/S)的增加,电极的不可逆程度愈来愈大,其电势值为φ(平)的偏差也越大,通常可用极化曲线(即描述电流密度与电极电势间关系的曲线)来描述这种偏离程度.
为了明确地表示出电极极化的状况,常把某一电流密度下的φ(不可逆)与φ(平)之间的差值称为超电势.由于超电势的存在,在实际电解时要使正离子在阴极上析出,外加于阴极的电势须更负于可逆电极;要使负离子在阳极析出,外加于阳极电势比可逆电极电势更正一些.
下面我们将讨论引起电极极化的原因.
当电流通过电极时,为什么会发生阳极电势升高,阴极电势降低的电极极化现象呢 这是因为当有电流I 过电极时,发生一系列的过程,并以一定的速率进行,而每一步都或多或少地存在着阻力.要克服这些阻力,相应地各需要一定的推动力,表现在电极电势上就出现这样那样的偏离.按照极化产生的不同原因,通常可简单地把极化分为两类:电化学极化和浓差极化.将与之相应的超电势称为电化学超电势(或活化超电势)和浓差超电势.一般说来,可将产生超电势的原因归纳为以下三点:
(1)浓差超电势:在电解过程中,由于电极表面附近的离子在电极上发生反应而析出,结果使表面浓度与溶液体相浓度的不同所造成的反电动势叫做浓差超电势.
(2)电化学超电势(或活化超电势):由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量来完成电子的转移,因此需要提高电极电势,这部分提高的电势叫做活化超电势.它与电极反应中某一个最缓慢步骤的反应活化能有关,故有此名.
(3)电阻超电势:当电流通过电极时,在电极表面或电极与溶液的界面上往往形成一薄层的高电阻氧化膜或其它物质膜,从而产生表面电阻电位降,这个电位降称为电阻超电势.这种情况不具有普遍意义,因此我们只讨论浓差极化和电化学极化.
二,浓差极化
当有电流通过电极时,若在电极—溶液界面处化学反应的速率较快,而离子在溶液中的扩散速率较慢,则在电极表面附近有关离子的浓度将会与远离电极的本体溶液中有所不同.
现以Ag|Ag+为例进行讨论.
将两个银电极插到浓度为c 的AgNO3 溶液中进行电解,阴极附近的Ag+沉积到电极
上去(Ag++e-→Ag),使得该处溶液中的Ag+浓度不断地降低.若本体溶液中的Ag+扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度,则在阴极附近Ag+的浓度ce 将低于本体溶液浓度c(电极附近是指电极与溶液之间的界面区域,在通常搅拌的情况下其厚度不大于10 3～10 2 cm).在一定的电流密度下,达稳定状态后,溶液有一定的浓度梯度,此时ce 具有一定的稳定值,就好象是电极浸入一个浓度较小的溶液中一样.此浓差极化数值与浓差大小有关,即与搅拌情况,电流密度等有关.
三,电化学极化(或活化极化)
假定溶液已搅拌得非常均匀或者已设法使浓差极化降低至可以忽略不计,同时又假定溶液的内阻以及各部分的接触电阻很小,均不予考虑,则从理论上讲要使电解质溶液进行电解,外加的电压只需略微大于因电解而产生的原电池的电动势就行了.但是实际上有些电解池并不如此.要使这些电解池的电解顺利进行,所加的电压还必须比该电池的反电动势大才行,特别是当电极上发生气体的时候.我们把这部分能使电解顺利进行的额外电压称为电化学超电势(或称为活化超电势).显然,活化超电势是由于电极反应是分若干步进行的,这些步骤中可能有某一步反应速率比较缓慢,需要比较高的活化能导致的.活化超电势的大小是电极活化极化的量度.析出电势和超电势是对个别电极而言的,
φ(阳, 析出)=φ(阳, 可逆)+ η(阳)
φ(阴, 析出)=φ(阴, 可逆)- η(阴)
分解电压是对整个电解池而言
E(分解)=φ(阳, 析出)-φ(阴, 析出)=E(可逆)+ η(阳)+ η(阴)
四,氢超电势
研究电化学极化是从研究氢超电势开始的.研究氢超电势不仅对电极过程研究的理论发展起了重要的作用,而且对实际生产也有着十分重要的作用.许多电化学工业都和氢在阴极上的析出有联系,由于氢超电势的存在,直接对工业生产发生了利害关系.
例如在电解水制氢和氧时,由于超电势的存在,增加了电能的消耗.但事物都是分为二的.极谱分析法就是利用氢在汞阴极上有很高的超电势,才实现了对溶液中金属离子的分析测定.又如利用氢在铅上有较高的超电势,才能实现铅蓄电池的充电.因此,我们着重讨论有关氢超电势的一些问题.
1,影响氢超电势的因素
根据对很多有关实验数据的分析,发现氢超电势与电流密度,电极材料,电极表面状态,溶液组成,温度等有密切关系.早在1905 年,Tafel 提出了一个经验式,表示氢超电势与电流密度的定量关系,称为Tafel 公式η=a+b ㏑ j
式中j 是电流密度,a,b 是常数.其中,a 是j 等于1 A cm-2(10000 A m-2时的超电势值,它与电极材料,电极表面状态,溶液组成以及实验温度等有关.
b 的数值对于大多数的金属来说相差不多,在常温下接近于0.050 V.如用以10 为底的对数,b≈0.116 V.意味着,j 增加10 倍,η 约增加0.116V.氢超电势的大小基本上决定于a 的数值,因此a 的数值愈大,氢超电势也愈大,其不可逆程度也愈大.如用η 为纵坐标,㏑ j 为横坐标作图,Tafel 关系是一条直线.
若j 很小时,若按Tafel 关系,η→∞,这当然不对.因为当j→0 时,电极的情况接近于可逆电极η=0.j 较低时,η 与j 的关系可表示为η= ωj, ω值与金属电极的性质有关,可表示在指定条件下氢电极的不可逆程度.
2,氢超电势产生的机理
关于氢在阴极电解时的机理的研究,从本世纪三十年代开始有了很大的发展,提出了不同的理论,例如迟缓放电理论和复合理论等.在不同的理论中也有一些共同点,如:都提出H+的放电可分为几个步骤进行.有
(1) H3O+从本体溶液中扩散到电极附近.
(2) H3O+从电极附近的溶液中移到电极上.
(3) H3O+在电极上放电.
(4) 吸附在电极上的H 原子化合为H2.
(5) H2 从电极上扩散到溶液内形成气泡逸出.
其中(1),(5)两步已证明不能影响反应速率,至于(2),(3),(4)三步中,哪一步最慢,意见不一致,迟缓放电理论认为第三步最慢,而复合理论认为第四步最慢,也有人认为在电极上各反应步骤的速率相近,属联合控制.在不同的金属上,氢超电势的大小不同,可设想采用不同的机理来解释.一般说来,对氢超电势较高的金属如Hg、Zn、Pb、Cd 等,迟缓放电理论基本上能概括全部的实验事实.对氢超电势低的金属如Pt、Pd(钯)等则复合理论能解释实验事实.而对于氢超电势居中的金属如Fe、Co、Cu 等,则情况要复杂得多.但无论采用何种机理或理论,最后都应能得到经验的Tafel 关系式.
五,超电势的测定
测定超电势实际上就是测定在有电流通过电极时的极化电极电势数值.超电势数值的大小和通过电极的电流密度大小密切相关.因此通常是由实验测得不同电流密度下的电极电势,作出极化曲线,即可求得某电极在指定电流密
度下的超电势.测量电极的超电势,一般采用如图9.3 的装置.
电极1:研究电极(或待测电极)
电极2:辅助电极(一般用Pt 片)
甘汞电极:参比电极(通常将电极的支管的尖端拉成直径约1 mm 左右的毛细管,靠近研究电极表面,以减少溶液中的欧姆降IR 值).(参比电极应根据研究溶液的性质而定,常用饱和甘汞电极.电解池中面积已知的待测电极1 和辅助电极2,经一可变电阻与直流电源联成回路,为极化回路,内有电流计A 以测量回路中的电流.改变电阻可调节回路中电流的大小,从而调节通过待测电极的电流密度j.将待测电极与电势较稳定的甘汞电极组成一个原电池,接到电位差计上,组成一测量回路,采用对消法测量该电池电动势. (甘汞)已知,测E 可算出φ1.这种控制电流密度j,使其分别恒定在不同的数值,然后测定相应的电极电势φ 的方法称为恒电流法.把测得的一系列不同电流密度下的电势画成曲线,即得极化曲线.对于电解池,因阳极是正极,阴极是负极,所以阳极电势高于阴极电势,外加电压,即分解电压与电流密度的关系如图9.4(a)
E(分解)=E(可逆)+△E(不可逆)=E(可逆)+ η(阳)+ η(阴
由图可知,电解池工作时,所通过的电流密度越大,即不可逆程度越高,超电势越大,则外加压也要增大,所消耗的电功也越多.对于原电池,控制其放电电流,同样可以在其放电过程中,分别测定两个电极的极化曲线.因阴极是正极,阳极是负极,所以阴极电势高于阳极电势,随电流密度增大,由于极化作用,负极(阳极)的电极电势比可逆电势值愈来愈大,正极(阴极)的电极电势比可逆电势值愈来愈小,两条曲线有相互靠近的趋势,原电池的电动势逐渐减少,所做电
功则逐渐减小.E(不可逆)=E(可逆)- η(阳)- η(阴)
讨论:从能量消耗的角度看,无论原电池还是电解池,极化作用的存在都是不利的.为了使电极的极化减小,必须供给电极以适当的反应物质,由于这种物质比较容易在电极上反应,可以使电极上的极化减少或限制在一定程度内,这种作用称为去极作用.这种外加的物质则叫做去极化剂.
第三节 电解时电极上的反应
当电解池上的外加电压由小到大逐渐变化时,其阳极电势随之逐渐升高,同时阴极电势逐渐降低.从整个电解池来说,只要外加电压加大到分解电压的数值电解反应即
(a) 电解池中两电极的极化曲线
(b) 原电池中两电池的极化曲线
开始进行;从各个电极来说,只要电极电势达到对应离子的"析出电势",则电解的电极反应即开始进行.电解时阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应.因此,凡是能在阴极上得到电子在阳极上放出电子的反应,都有可能电解.所以不仅利用电解法可以制备和精炼许多金属,而且还可以制备某些无机和有机化合物.不仅能控制电位以获得较为纯净的产品,而且还能使原来分步完成的反应在某一中间步骤停止,而得到所需要的产品.
一,金属的析出与氢的超电势
当电解金属盐类的水溶液时,在阴极可能析出氢气或金属.究竟发生什么反应,则不仅要考虑它们的平衡电极电势(热力学性质),还要考虑在一定电流密度下的超电势(动力学性质),即看其离子析出电势的大小而定.
φ(阴,析)=φ(平)-φ(阴)
φ(阳,析)=φ(平)+φ(阴)
在实际生产中氢超电势现象十分重要.通常它起着两种不同的作用,一是有利于生产的顺利进行,另一是使生产过程消耗过多的电能.例如食盐电解工业中用汞阴极进行电解,就是利用氢在汞上的超电势较高,因此在阴极上才有可能形成汞齐而不析出H2.在此电解法中,Na+ 在汞阴极上的放电电势是-1.83 V,氢在汞上的超电势为1.35 V,因此H+放电要比Na+困难得多.Na+放电后形成的钠汞齐是金属Na 溶液在汞中所成的液态合金,2Na(Hg)+2H2O → 2NaOH+H2+2Hg
反应产生和汞又回到电解糟中去重新使用.此法所得烧碱纯度高,适用于人造纤维工业.在金属沉积中也常遇到H2 的超电势问题.利用氢在不同金属上的超电势,可以在阴极镀上Zn,Cd,Ni 等而不会有H2 析出.
在化学电源中超电势现象也同样重要.例如,铅蓄电池充电时的
阴极反应PbSO4+2e-→Pb+SO42-
阳极反应PbSO4+2H2O→PbO2+4H+ +SO42-+2e-
这两个电极反应的电流效率都很高,也是因为H2 和O2 分别在这两个电极上有较大的超电势,若没有这种超电势现象,则充电过程将完全变成电解水的作用了.
一般说来,在电解过程中,一方面应注意因电解池中溶液浓度的改变所引起的反电动势的改变,同时还要注意控制外加电压不宜过大,以防止H2 也在阴极同时析出.
二,金属离子的分离
如果溶液中含有各种不同的金属离子,它们分别具有不同的析出电势,则析出电势越高的离子,越易获得电子而优先还原成金属.所以,在阴极电势逐渐由高变低的过程中,各种离子是按其对应的电极电势由高到底的次序先后析出的.各种金属析出的过电势一般都很小(电流密度较小时),可近似用φR 代替析出电势.
例如电解液中含有浓度各为1 mol kg 1的Ag+,Cu2+和Cd2+离子,则因
φ (Ag)>φ (Cu)>φ (Cd),而首先析出Ag,其次析出Cu,最后析出Cd.依据这一道理控制阴极电势,能够将几种金属依次分离.但是,若要分离得完全,相邻两种离子的析出电势必须相差足够的数值,一般至少要差0.2 V 以上,否则分离不完全.在上述溶液中,当阴极电势达到+0.799V 时,Ag 首先开始析出.随着Ag 的析出,阴极电势逐渐下降.当阴极电势降低到第二种金属Cu 开始析出的0.337 V 时,由能斯特方程可以算出,此时Ag+浓度已降至1.5×10-8 mol kg-1,相应E(分解)增大.而当阴极电势降至第三种金属Cd 开始析出的-0.403 V 时,Cu2+的浓度已降至10 25 mol kg-1,可以认为已经分离得非常完全了.不难推断,当两种金属析出电势相同时,调整离子浓度或提高超电势,都可使两种金属在阴极上同时析出.电解法制造合金就是依据这一原理.
φ
三,电解还原与氧化的应用
电解时阴极上的反应当然并不限于金属离子的析出,任何能从阴极上获得电子的还原反应都可能在阴极上进行;同样,在阳极上也并不限于阴离子的析出或阳极的溶解,任何放出电子的氧化反应都能在阳极上进行.若溶液中含有某些离子,具有比H+较正的还原电势,则H2 就不再逸出,而发生该种物质的还原.通常称这种物质为阴极去极化剂.同理,若要减弱因阳极上析出O2 或C12 等所引起的极化作用,则可加入还原电势较负的某种物质,使基比OH-先在阳极氧化,这种物质称为阳极去极化剂.
例如,用某种电极电解1mol kg-1 的HC1;若在阳极区加入一些FeC13,则由于Fe3+的φ(还原)高于H+的φ(还原),所以Fe3+在阴极区还原为Fe2+,而避免了析出H2 的极化作用;若在阳极区加一些FeC12,则Fe2+在阳极氧化为Fe3+,而避免了生成C12 的极化作用.Fe3+是直接从阴极上取得电子而还原.最简单的去极化剂是具有高低不同价态的离子例如铁和锡的离子.去极化剂的作用相当于一个氧化还原电极,它有较恒定的电极电势,其数值取决于高价和低价离子活度的比值.
另一类去极化作用虽有H+参加,但没有H2 析出,这些反应常是不可逆的,且实际
的电极过程也并不十分清楚.例如阴极上硝酸盐及硝基苯还原的反应.去极化剂在电化学工业中应用得很广泛.例如电镀工艺中为了使金属沉积的表面既光滑又均匀,常加入一定的去极化剂,以防止因H2 放出而使表面有孔隙或疏松现象.
电解氧化和还原的应用是十分广泛的,如电解制备,塑料电镀,铝及其合金的电化学氧化和表面着色等.
1,电解制备
例如电解食盐水制备C12 和NaOH 的氯碱工业,用电解法提纯金属如电解铜,生产合金如黄铜,电解水以制备纯净的H2 和O2,电解法制双氧水等.有机物的电解制备在近年来也研究得很多.电解制备的主要优点为:
(1)产物比较纯净,易于提纯,用电解法进行氧化和还原时不需另外加入氧化剂或还原剂,可以减少污染.(2)适当地选择电极材料,电流密度和溶液的组成,可以扩大电解还原法的适用范围,通过控制反应条件还可以使原来在化学方法中是一步完成的反应,控制在电解的某一中间步骤上停止,有时又可以把多步骤的化学反应在电解槽内一次完成,从而得到所要的产物.
2,塑料电镀
为了节约金属,减轻产品重量和降低成本,目前在建筑业,汽车制造业及人们日常生活中越来越多地采用塑料来代替金属.电镀步骤大致为,先使各种塑料(如ABS,尼龙,聚四氟乙烯等)表面去油,粗化及进行各种表面活性处理,然后用化学沉积法使其表面形成很薄的导电层,再把塑料镀件置于电镀槽的阴极,镀上各种所需的金属,电镀后的塑料制品能够导电,导磁,有金属光泽和提高了焊接性能,而且机械性能,热稳定性和防老化能力等都有所提高.
3,铝及其合金的电化学氧化和表面着色
金属铝及其合金由于质轻,导电,导热及延展性能好,故在电子工业,机械制造和轻工业等方面有广泛的应用.但是由于铝质软不耐磨,表面氧化膜约4 m,抗蚀性能差,色泽单调,所以它的应用受到极大的限制.铝及其合金的电化学氧化也称阳极氧化,可以改变铝制品的性能.方法为,把铝或其合金置于相应的电解液(硫酸,铬酸,草酸等)中作为阳极,在特定的工作条件和外加电流的作用下,在阳极表面形成一层厚度为5～20 m 的氧化膜,硬质阳极氧化膜厚度可达60～200 m.经阳极氧化处理后的铝及其合金有较高的硬度和耐磨性,有良好的耐热性,绝缘性,抗蚀性和绝热性,使得它在航天,航空,电气,电子工业上有广泛的用途.有关化学电源:
电能是现代生活的必需品,电能是最重要的二次能源,大部分的煤和石油制品作为一次能源用于发电.(注:一次能源——指在自然界现成存在,可以直接取得且不必改变其基本形态的能源,如煤炭,天然气,地热,水能等.由一次能源经过加工或转换成另一形态的能源产品,如电力,焦炭,汽油,柴油,煤气等属于二次能源.)煤或油在燃烧过程中释放能量,加热蒸汽推动电机发电,它的实质是化学能→机械能→电能的过程,这种过程通常是要靠火力发电厂的汽轮机和发电机来完成.另外一种把化学能直接转化为电能的装置,统称化学电池或化学电源.如收音机,手电筒,照相机上用的干电池,汽车发动机用的蓄电池,钟表上用的钮扣电池等都是小巧玲珑携带方便的日常用品.常见的电池类型:
锌一锰干电池:日常用的收音机,手电筒里使用的都是干电池,其电压一般为1.5 V(它为一次性电池,当电压降至0.8 V,就不能再用了)电音量随体积大小而异(分1号,2 号,3 号,4 号,5 号等).铅蓄电池:蓄电池放电到一定程度,可以利用外电源进行充电再用,这样充电放电可以反复n 百次.铅蓄电池每个单元电压为2.0 V 左右,汽车用的电瓶一般由3 个单元组成,即工作电压在6.0 V 左右.若电音量为几十至100 A,放电时,单元电压降到1.8V,
就不能继续使用,必须进行充电.只要按规定及时充电,使用得当,一个电池可以充放电300 多次,否则使用寿命会大大降低.这种蓄电池具有电动势高,电压稳定,使用温度范围宽原料丰富,价格便宜等优点.主要缺点是笨重,防震性差,易溢出酸雾,维护不便,携带不便等.碱性蓄电池:日常生活中的充电电池就属此类.它的体积,电压都和干电池差不多,携带方便,使用寿命比铅蓄电池长得多,使用恰当可反复充放电上千次,但价格较贵,商品电池中有镉-镍(Ni-Cd)和(Ni-Fe)两类,由于电池的充,放电反应是在碱性条件下进行的,所以叫碱性电池.银-锌电池:电子手表,液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的它们所用的电池体积很小,有"钮扣"电池之称.它们的电极材料是Ag2O2和Zn,所以叫银-锌电池.它具有质量轻,体积小等优点.这类电池已用于宇航,火箭,潜艇等方面.燃料电池:H2,CH4(甲烷气),C2HSOH 等物质在O2 中燃烧时,能将化学能直接转化为电能,这种装置叫燃料电池
此外,锂-锰_____________(Li-Mn)电池,锂-碘电池,钠-硫电池,太阳能电池等多种高效,安全,价廉的电池都在研究之中.化学电源的研究和开发是化学科学的重要研究领域之一,也是能源工作者研究领域之一.
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Ⅱ 原电池电动势测定实验中盐桥的作用是什么

原电池装置中盐桥作用：盐桥起到了使整个装置构成通路的作用

盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢？Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+过多，带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2+过少，SO42-过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移，K+向CuSO4 溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。

Ⅲ 汽车 电器部分的组成,各组成部分的作用

一、汽车电器主要组成部分

1．电源系统

包括蓄电池、发电机、调节器。其中发电机为主电源，发电机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。

蓄电池，蓄电池为可逆的直流电源。在汽车上使用最广泛的是起动用铅蓄电池，它与发动机并联，向用电设备供电。蓄电池的作用是：当发动机启动时，向启动机和点火系供电；在启动机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电；当用电设备同时接入较多，发电机超载时，协助发电机供电；当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来。因此它在汽车上占有重要位置。如何正确使用和维护保养蓄电池，对延长蓄电池的使用寿命极为重要。所以，汽车修理厂要担负维护、修理及启用新蓄电池等作业项目。

发电机是汽车电系的主要电源，它在正常工作时，对除起动机以外的所有的用电设备供电，并向蓄电池充电，以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。

汽车所用的发电机有直流发电机、交流发电机。直流发电机是利用机械换向器整流，交流发电机是利用硅二极管整流，故又称硅整流发电机。

汽车用电器都是按照一定的直流电压设计的，汽油机常用12V，柴油机常用24V 。在汽车上，发电机既是用电器的电源，又是蓄电池的充电装置。为了满足用电器和蓄电池的要求对发电机的供电电压和电流变化范围也有一定的限制。

直流发电机所匹配的调节器一般都是由电压调节器，电流限制器，截断继电器三部分组成。而交流发电机调节器都可大大简化。由于硅二极管具有单向导电的特性，当发电机电压高于蓄电池动势时，二极管有阻止反向电流的作用，所以交流发电机不再需要截流继电器。

由于交流发电机具有限制输出电流的能力因此也不再需要限流器。但它的电压仍是随转速变化而变化的，所以为了得到恒定的直流电压，还必需装有电压解调器。

2．启动系统

包括串励式直流电动机、传动机构、控制装置。其作用是用于启动发动机。

起动机是用来起动发动机的，它主要由电机部分、传动机构（或称啮合机构）和起动开关三部分组成。

3．点火系统

包括点火开关、点火线圈、分电器总成、火花塞等，其作用是产生高压电火花，点燃汽油机发动机汽缸内的混合气。

在现代汽油发动机中，气缸内燃料和空气的混合气大多采用高压电火花点火。电火花点火具有火花形成迅速，点火时间准确，调节容易以及混合气点燃可*等优点。

为了在气缸中产生高压电火花，必须采用专门的点火装置。

点火装置按电能的来源不同，可分为蓄电池点火和磁电机点火两大类。

4．照明系统

包括汽车内、外各种照明灯及其控制装置。用来保证夜间行车安全。主要有前照灯、雾灯、尾灯、制动灯、棚灯、电喇叭、转向灯闪光器等。

5．信号系统

包括喇叭、蜂鸣器、闪光器及各种行车信号标识灯。用来保证车辆运行时的人车安全。

6．仪表系统

包括各种电器仪表（电流表、充电指示灯或电压表、机油压力表、温度表、燃油表、车速及里程表、发动机转速表等）。用来显示发动机和汽车行驶中有关装置的工作状况。

汽车仪表的作用是帮助驾驶员随时掌握汽车主要部分的工作情况，及时发现和排除可能出现的故障和不安全因素，以保证良好的行使状态。汽车常用仪表有电流表、水温表、发动机机油压力表、燃油油量表及车速里程表，有的汽车还有发动机转速表和制动系贮气筒气压表等。

① 电流表

电流表串联在充电电路中，是用来指示蓄电池充、发电状态的仪表，按结构形式可分为电磁式、动磁式和光电指示灯式。最常用的是电磁式电流表，它具有结构简单耐振等特点。

② 机油压力表

机油压力表（油压表）可用来指示，发动机机油压力的大小和发动机润滑系工作是否正常。它由装在仪表板上的油压指示表和装在发动机主油道中或粗滤器上的传感器两部分组成。

③ 水温表

水温表可用来指示发动机水泵中冷却水的工作温度是否正常。它由装在仪表板上的水温指示表和装在发动机汽缸盖水泵上的水温传感器（俗称感温室）两部分组成，两者用导线相通。常用水温指示表为双金属式电磁式，传感器有双金属式和热敏电阻式两种。

④ 燃油表

燃油表可用来指示燃油箱内储存燃油量的多少。它由装在仪表板上的燃油指示表和装在燃料箱内的传感器两部分组成。燃油指示表有电磁式和双金属式两种，传感器均为可变电阻式。

⑤ 车速里程表

车速里程表是用来指示汽车行驶速度和累计汽车行驶里程数的仪表。它由车速表和里程表两部分组成。

7．辅助电器系统

包括电动刮水器、空调器、低温启动预热装置、收录机、点烟器、玻璃升降器等。

随着汽车辅助工业的发展和现代化技术在汽车方面的应用，现代汽车装用的辅助电气设备很多，除了汽车用音响设备，通讯器材和汽车电视等服务性装置外，都是一些与汽车本身使用性能有关的电气设备。如电动刮水器，电动洗窗器，电动玻璃升降器，暖风通风装置、电动座位移动机构，发动机冷却系电动风扇、电动燃料泵，冷气压缩机用电磁离合等等。这些辅助电气设备大体可分三类：电机类、电磁离和器类和电动泵类。

① 双速电动式刮水器

双速电动式刮水器一般是由一个直流并激（或复激）电动机和一套减速传动机构组成。

② 风窗玻璃防冰霜设备

冬季风窗玻璃上易结冰霜，用刮水器是无法清除的,有效的办法是将玻璃加热。在空调设备的汽车上，将热风吹向风窗玻璃，就可以避免结冰。

在无空调设备的汽车上，风窗玻璃可利用电阻丝来加热，在风窗玻璃的内面贴有三根镍铬丝，通过加热，就可防止冰霜，这种装置耗电量为30-50W,效果很好。国外有些高级轿车上采用电子加热器,通过三级管的控制,使电阻丝通电加热。

③ 电热塞

冬季由于进入柴油机内的空气温度较低，压缩混合空气达不到着火的温度，因此，起动比较困难。为了使柴油机冬季易起动，在柴油机燃烧室内装用了电热塞，用来提高汽缸内的空气温度。

④ 晶体管电动汽油泵

汽车上一般装用的膜片式汽油泵，虽然结构简单、效能可*，但由于它安装在发动机的机体上，夏季常因为发动机温度高使供油系产生"气阻"现象，使汽油流通不畅，近年来由于半导体的发展和应用，汽车上已装用电动汽油泵，以代替膜片式汽油泵。

⑤ 电磁离合器

电磁离合器是一种常见的自动控制元件，它具有工作可*，容易实现远距离控制等特点。在汽车上，它常被用做冷气压缩机驱动离合器和发动机冷却系风扇离合器。当汽车空调系统中制冷量过剩时，通过它将传动皮带轮与压缩机主轴脱开；当汽车发动机散热器冷却能力过剩时，可通过它使风扇滑转以减少发动机的动力消耗，在气温较低的季节里，仅风扇离合器一项就可降低汽车的油耗率2%左右。

8．电子控制系统

包括电控燃油喷射装置、电子点火装置、制动防抱死装置、自动变速器等。

二、汽车电器系统的特点

1、低压——汽油车多采用12V，柴油车多采用24V。

2、直流——主要从蓄电池的充电来考虑。

3、单线制——单线制即从电源到用电设备使用一根导线连接，而另一根导线则用汽车车体或发动机机体的金属部分代替。单线制可节省导线，使线路简化、清晰，便于安装与检修。

4、负极搭铁——将蓄电池的负极与车体相连接，称为负极搭铁。

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Ⅳ 电流保护是由哪几部分组成 各部分的作用是什么

继电保护装置一般由测量.逻辑和执行三大基本部分组成。其中测量部分的作用是测内量容被保护设备的物理量，如电流.电压.阻抗.电压电流之间的相位差等，再与给定的整定值比较，以确定电子机械系统是否发生故障或出现不正常工作状态，然后输出相应的信号至逻辑元件

Ⅳ 什么是继电保护装置继电保护装置由哪几部分组成各部分的作用是什么

（1）当电力系抄统中的电力元件（袭如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时,能够向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备.实现这种自动化措施的成套设备,一般通称为继电保护装置.
（2）继电保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分组成.
（3）作用：测量部分是判断保护是否应该启动；
逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态,出现的顺序或他们的组合,使保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定是否应跳闸或发信号,并将有关命令传给执行元件.
执行部分是根据逻辑元件传递的信号,最后完成保护装置所担负的任务.

Ⅵ 高压配电柜各组成部分及相应的构造及各部位在高压配电中所起到的作用

一般高压配电柜的组成分为：高压进线柜/PT计量柜/避雷柜/母联柜/变压器柜/出线柜/电容补偿柜等等。。。
主要部件有：高压断路器（真空/SF6等）/电压互感器/电流互感器/避雷器/隔离刀开关/电容/电度表/各类保护继电器等等。。。

Ⅶ 直流稳压电源有哪几部分组成各部分的作用是什么

你好！直流稳压电源由电源变换器、桥式整流滤波电路以及稳压电路构成。通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电压。

本人大学期间正好做过基于proteus仿真的直流稳压电源设计，我的设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电压，并实现电压可在1.25V-37V可调，整个设计由proteus 仿真实现。你可以参考以下图文获得proteus仿真文件和Word论文文档。

Ⅷ 原电池中电解质的作用是什么 举例子详细点说

原电池中电解质的作用是：

1. 形成回路.

2. 提供反应环境（酸性、碱性）;

3. 有的提供反应物.

例如：电解质溶液一般参与正极反应的,如铜锌原电池是电解质溶液中的氢离子得到电子在正极铜片上生成氢气.
因为电极电势问题,电子能顺着导线经外电路到达正极,若没有形成闭合回路,是电解质溶液直接在负极上得到电子。

Ⅸ 电力系统由哪几部分主成;各部分的作用是什么

电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心组成。

1、电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能。

2、电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。

3、电力系统中负荷相对集中的地区。

电力系统功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户连接。

电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。

为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。

(9)原电池装置中各部分的作用扩展阅读：

电力系统需要依靠统一的调度指挥系统以实现正常调整与经济运行，以及进行安全控制、预防和处理事故等。根据电力系统的规模，调度指挥系统多是分层次建立，既分工负责，又统一指挥、协调，并采用各种自动化装置，建立自动化调度系统。

电能生产、供应、使用是在瞬间完成的，并需保持平衡。因此，它需要有一个统一的调度指挥系统。这一系统实行分级调度、分层控制。

主要工作：

1、预测用电负荷；

2、分派发电任务，确定运行方式，安排运行计划；

3、对全系统进行安全监测和安全分析；

4、指挥操作，处理事故。完成上述工作的主要工具是计算机。

Ⅹ 继电保护装置主要由哪几个部分组成各部分的作用在什么

继电保护装置一般由测量.逻辑和执行三大基本部分组成。其中测量部分的作用是测量内被保护设备的物容理量，如电流.电压.阻抗.电压电流之间的相位差等，再与给定的整定值比较，以确定电子机械系统是否发生故障或出现不正常工作状态，然后输出相应的信号至逻辑元件