铅酸电瓶加纯净水和硫酸起什么作用?
铅酸蓄电瓶的工作原理
1、铅酸蓄电瓶电动势的产生:
A)铅酸蓄电瓶充电后,正极板是二氧化铅(PbO2),在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅(Pb(OH)2),氢氧根离子在溶液中,铅离子(Pb)留在正极板上,故正极板上缺少电子。
B)铅酸蓄电瓶充电后,负极板是铅(Pb),与电解液中的硫酸(H2SO2)发生反应,变成铅离子(Pb+2),铅离子转移到电解液中,负极板上留下多余的两个电子(2e)。
可见,在未接通外电路时(电瓶开路),由于化学作用,正极板上缺少电子,负极板上多余电子,两极板间就产生了一定的电位差,这就是电瓶的电动势。
2、 铅酸蓄电瓶放电过程的电化反应:
A)铅酸蓄电瓶放电时,在蓄电瓶的电位差作用下,负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I ,同时在电瓶内部进行化学反应。
B)负极板上每个铅原子放出两个电子后,生成的铅离子(Pb+2)与电解液中的硫酸根离子(SO4-2)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。
C)正极板的铅离子(Pb+4)得到来自负极的两个电子(2e)后,变成二价铅离子(Pb+2)与电解液中的硫酸根离子(SO4-2)反应,在极板上生成难溶的硫酸铅(PbSO4)。
正极板水解出的氧离子(O2)与电解液中的氢离子(H+)反应,生成稳定物质水。
D)电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电瓶的正负极,在电瓶内部形成电流,整个回路形成,蓄电瓶向外持续放电。
E)放电时H2SO4浓度不断下降,正负极上的硫酸铅(PbSO2)增加,电瓶内阻增大(硫酸铅不导电),电解液浓度下降,电瓶电动势降低。
3、 铅酸蓄电瓶充电过程的电化反应
A)充电时,应在外接一直流电源(充电极或整流器),使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质,并把外界的电能转变为化学能储存起来。
B) 在正极板上,在外界电流的作用下,硫酸铅被离解为二价铅离子(Pb )和硫酸根负离子(SO4 ̄2)由于外电源不断从正极吸取电子,则正极板附近游离的二价铅离子(Pb )不断放出两个电子来补充,变成四价铅离子(Pb ),并与水继续反应,最终在正极极板上生成二氧化铅(PbO )。
C)在负极板上,在外界电流的作用下,硫酸铅被离解为二价铅离子(Pb )和硫酸根负离子(SO4 ̄2),由于负极不断从外电源获得电子,则负极板附近游离的二价铅离子(Pb )被中和为铅(Pb),并以绒状铅附在负极板上。
D) 电解液中,正极不断产生游离的氢离子(H )和硫酸根离子(SO4 ̄2),负极不断产生硫酸根离子(SO4 ̄ 2),在电场的作用下,氢离子向负极移动,硫酸根离子向正极移动,形成电流。
E)充电后期,在外电流的作用下,溶液中还会发生水的电解反应。
铅
4、铅酸蓄电瓶充放电后电解液的变化:
A) 从上面可以看出,铅蓄电瓶放电时,电解液中的硫酸不断减少,水逐渐增多,溶液比重下降。
B)从上面可以看出,铅酸蓄电瓶充电时,电解液中的硫酸不断增多,水逐渐减少,溶液比重上升。
C) 实际工作中,可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电瓶的充电程度。
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铅蓄电池可放电和充电,具双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳,在正极板上有一层棕褐色PbO2,负极板是海绵状金属铅,两极均浸在27%~39%的硫酸溶液中,且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电时消耗铅和硫酸,在充电时将其还原。
铅酸蓄电池的极板,依构造和活性物质化成方法,可分为四类:涂膏式极板,管式极板,化成式极板,半化成式极板。 涂膏式极板由板栅和活性物质构成的。
板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流均匀分布。板栅的材料一般铅锑合金,免维护电池采用铅钙合金。
蓄电池放电时,电极反应为:
负极:Pb + SO42- - 2e- = PbSO4
正极:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O
当放电进行到底硫酸浓度降低,溶液密度达1。
18时,即停止放电,而需将蓄电池进行充电:
阳极:PbSO4 + 2H2O - 2e- = PbO2 + 4H+ + SO42-
阴极:PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-
当溶液密度增加到1。
28时,应停止充电。
蓄电池充电和放电的总反应式为:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ←→ 2PbSO4 + 2H2O
铅酸电池具有电动势大,操作温度广、结构简单、技术成熟,使用可靠等优点。
在紧急照明设备、车辆启动、电动车、固定备用直流电源等都用到了该电池。铅酸电池应经常处于充足电状态。使用中应避免大电流充电、过放电和过充电。电池全放电后,应在24小时内进行充电处理。
加纯水是为了调节硫酸电解液的浓度。实际使用中,除了阀控密封式蓄电池不需要加水外,铅蓄电池在充电过程中,会使一部分水电解成氢和氧,所以电解液的浓度会提高;电池使用中,也可能会有部分电解液丢失,光加水会使电解液浓度降低。
所以需定期检查电解液的比重,及时加纯水或稀硫酸进行调整比重。