- •Лекции по общей химии Введение.
- •Основные законы химии.
- •Стехиометрические законы.
- •Газовые законы.
- •3. Уравнение состояния идеального газа (Клапейрона-Менделеева).
- •Строение атома
- •Квантово-механическая модель строения атома
- •Лекция 3. Периодический закон и электронные конфигурации атомов.
- •Радиусы атомов. Потенциал ионизации. Сродство к электрону. Электроотрицательность.
- •Лекции 2, 3 Химическая связь. Метод молекулярных орбиталей (ммо).
- •Рассмотрим молекулы нf и ВеН2, в которых имеет место образование несвязывающих мо. Сравнение методов мвс и ммо.
- •О валентности.
- •Металлическая связь.
- •Ионная связь.
- •Водородная связь.
- •Межмолекулярные взаимодействия.
- •Взаимосвязь между типом хс и свойствами веществ.
- •Стеклообразное состояние вещества.
- •Применение процессов возбуждения электронов для практических целей.
- •Основы химической термоднамики. Функции состояния.
- •Внутренняя энергия
- •Энтальпия.
- •Энтропия.
- •2 Закон (Начало)т/д: в изолированной системе самопроизвольно протекают только такие процессы, которые ведут к росту энтропии.
- •Энергия Гиббса.
- •Энергия Гельмгольца.
- •Кинетика химических реакций.
- •Зависимость скорости реакции от температуры.
- •Катализ.
- •Цепные реакции.
- •Химическое равновесие.
- •Растворы.
- •Свойства разбавленных растворов неэлектролитов (коллигативные свойства – независящие от природы вещества).
- •Осмос и осмотическое давление.
- •Диссоциация кислот, оснований, солей.
- •Протонная теория кислот и оснований Бренстеда и Лоури.
- •Произведение растворимости.
- •Особенности растворов сильных электролитов.
- •Ионные реакции в растворах электролитов.
- •Комплексные соединения.
- •Количественные характеристики процесса гидролиза.
- •Буферные растворы.
- •Окислительно-восстановительные реакции.
- •Окислительно-восстановительная двойственность.
- •Составление уравнений овр.
- •Окислительно-восстановительный (электродный) потенциал.
- •Окислительно-восстановительная способность двух форм электрохимической системы.
- •Эдс как количественная характеристика возможности протекания окислительно-восстановительного процесса.
- •Окислительно-восстановительная способность двух форм электрохимической системы.
- •Уравнение Нернста.
- •1.Взаимодействие металлов с водой.
- •2.Взаимодействие металлов с растворами щелочей.
- •3.Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель – катион водорода.
- •4.Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой.
- •Взаимодействие концентрированной серной с неметаллами-восстановителями.
- •5.Взаимодействие металлов с азотной кислотой (разб. И конц.).
- •Взаимодействие азотной кислоты с неметаллами
- •Взаимодействие металлов с растворами солей.
- •Окислительно-восстановительные свойства воды.
- •Коррозия металлов
- •Газовая коррозия
- •Образование оксидной пленки на металлах
- •Атмосферная коррозия
- •Электрохимическая коррозия
- •Методы защиты от коррозии.
- •1. Модификация самого металла:
- •2.Отделение (предохранение) металла от окружающей среды с помощью защитных покрытий (неметаллических):
- •3.Металлические защитные покрытия.
- •4.Электорохимические методы защиты (суть – заставить разрушаться болванкам).
- •5.Специальная обработка электролита или среды, в которой находится металл (удаление или уменьшение концентрации веществ, вызывающих коррозию).
- •6.Химическая обработка для повышения коррозионной стойкости (пассивация поверхности металла) - то, что не использовалось в выше приведенных методах, часто в расплавах или при повышенных температурах.
- •Измерение э.Д.С. Химических источников тока.
- •Химические источники электрической энергии (хиээ)
- •Аккумуляторы.
- •Типы аккумуляторов
- •Свинцово-кислотные аккумуляторы.
- •Принцип действия
- •Устройство
- •Литий-ионные аккумуляторы.
- •Литиевые элементы различных электрохимических систем
- •Электролиз.
- •Законы электролиза м. Фарадея.
- •Практическое применение электролиза.
- •Электрофорез и электродиализ.
- •Металлы и сплавы.
- •Классификация металлов.
- •Основные методы получения металлов.
- •Получение металлов высокой чистоты.
- •Металлы и сплавы
Типы аккумуляторов
Никель-солевой аккумулятор
Железо-воздушный аккумулятор
Железо-никелевый аккумулятор
Лантан-фторидный аккумулятор
Литий-железно-сульфидный аккумулятор
Литий-железно-фосфатный аккумулятор
Литий-ионный аккумулятор (Li-Ion)
Литий-полимерный аккумулятор
Литий-фторный аккумулятор
Литий-хлорный аккумулятор
Литий-серный аккумулятор
Натрий-никель-хлоридный аккумулятор
Натрий-серный аккумулятор
Никель-кадмиевый аккумулятор (NiCd)
Никель-металл-гидридный аккумулятор (NiMH)
Никель-цинковый аккумулятор
Свинцово-водородный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор
Серебряно-кадмиевый аккумулятор
Серебряно-цинковый аккумулятор
Цинк-бромный аккумулятор
Цинк-воздушный аккумулятор
Цинк-хлорный аккумулятор
Никель-водородный аккумулятор
Свинцово-кислотные аккумуляторы.
Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в1859 годуфранцузским физикомГастоном Планте. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, покрыв пластины аккумуляторасвинцовым суриком. Основные области применения:аккумуляторные батареив автомобильном транспорте,аварийные источники электроэнергии.
Электрохимическая схема свинцового аккумулятора:
Pb |H2SO4 | PbO2
Электроды (отрицательный – свинец и положительный – диоксид свинца) погружены в раствор H2SO4 плотностью 1,25−1,30 г/см³.
Принцип действия
Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинцаидиоксида свинцав сернокислотной среде.
Электрохимические процессы:
Анодный процесс (разряд ):
Pb + HSO4- PbSO4 + H+ + 2e ЕО = -0,36В
Катодный процесс (разряд ):
PbO2 + HSO4- + 3Н+ + 2е PbSO4 + 2Н2О ЕО = 1,69В
Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2Н2О – суммарное уравнение токообразующей реакции в свинцовом аккумуляторе. В режиме «разряд» свинец и диоксид свинца переходят в нерастворимый в кислоте сульфат свинца. В режиме заряд () под действием внешнего источника тока обеспечивается обратное разряду направление перемещения электронов, что вызывает регенерацию активных масс: свинца и диоксида свинца. В соответствии с потенциалами Э.Д.С. аккумулятора составляет примерно 2В. Следует отметить, что в электрохимических процессах на электродах принимает участие серная кислота, поэтому Э.Д.С. существенно зависит от концентрации серной кислоты в растворе. При разряде имеет место расход серной кислоты, поэтому о степени разряда аккумулятора можно судить по концентрации раствора, измеряя его плотность с помощью специальных приборов – ареометров.
Устройство
Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных изоляторов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой свинцовые решётки. У положительных активным веществом являетсядиоксид свинца(PbO2), у отрицательных активным веществом является губчатый свинец.
На самом деле электроды выполнены не из чистого свинца, а из сплава с добавлением сурьмыв количестве 1-2 % для повышения прочности и примесей. Иногда в качестве легирующего компонента используются соли кальция, в обеих пластинах, или только в положительных. Применение солей кальция вносит не только положительные, но и много отрицательных моментов в эксплуатацию свинцового аккумулятора, например, у такого аккумулятора при глубоких разрядах существенно и необратимо снижается емкость.
Особенности эксплуатации. В конце заряда, при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинает преобладать процесс электролизаводы. При этом накатодевыделяетсяводород, нааноде—кислород. При заряде не стоит допускать электролиза воды, в противном случае необходимо долить воду для восполнения потерянного в ходе электролиза количества. На рисунке – аккумулятор электромобиля.
Физические характеристики:
-Теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
-Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30-60.
-Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250.
-ЭДС заряжённого аккумулятора = 2,11 — 2,17 В,
-Рабочее напряжение = 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В (12 В)).
-Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75 — 1,8 В (из расчета на 1 секцию). Ниже разряжать их нельзя.
-Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
-КПД: порядка 80-90 %.
Щелочные железо-никелевые и кадмий-никелевые аккумуляторы.
Электрохимические схемы железо-никелевых и кадмий-никелевых аккумуляторов можно представить в виде:
Fe|KOH|NiOOH Сd |KOH|NiOOH
Основной компонент электролита -20…30% раствор КОН. Суммарные токообразующие реакции в аккумуляторах выражаются следующими уравнениями ( разряд, заряд).
Fe + 2NiOOH + 2Н2О Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2
Cd + 2NiOOH + 2Н2О Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
На железном и кадмиевом анодах протекают электрохимические реакции окисления железа и кадмия при разряде.
Fe + 2OH- Fe(OH)2 + 2е
Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2е
На оксидно-никелевом положительном электроде (катоде) в обоих аккумуляторах в режимах разряд-заряд протекает следующая реакция восстановления метагидроксида никеля:
NiOOH + 2Н2О + е Ni(OH)2 + ОН-
Э.Д.С. щелочных аккумуляторов равна 1,4…1,3 В и мало зависит от концентрации щелочи. При разряде эта величина уменьшается в зависимости от .степени разряда
Сравнивая характеристики кислотного и щелочного аккумуляторов, можно отметить, что основное преимущество щелочных аккумуляторов состоит в из лучшей сохранности при перерывах в работе и большом сроке службы (более 1000 циклов заряд-разряд, у кислотных – 300-400 циклов). Кадмиево-никелевая система позволяет и изготавливать герметичные аккумуляторы наиболее удобные в эксплуатации. Свинцовые аккумуляторы имеют лучшие удельные характеристики (Э.Д.С. и напряжение при разряде выше, чем у щелочных), а также их можно использовать, когда требуются большие токи, например при запуске двигателя. Главное применение щелочных аккумуляторов – питание электрокаров, погрузчиков, электровозов, средств радиосвязи, светильников и пр.