酸性锌锰干电池

酸性锌锰干电池锌-锰电池又称勒兰社(Leclanche)电池，是法国科学家勒兰社(Leclanche)于1868年发 明的由锌(Zn)作负极，二氧化锰(MnO2)为正极，电解质溶液采用中性氯化铵(NH4C1)、 氧化锌(ZnC12 )的水溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层制成的电池称锌锰电池，由于其电解 质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其它载体上而呈现不流动状态，故又称锌锰干电池。按使 用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分铵型和锌型电池纸板电池两 种。酸性锌锰干电池是以锌筒作为负极，并经汞齐化处理，使表面性质更为均匀，以减少锌的腐 蚀，提高电池的储藏性能，正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。 正极材料中间插入一根碳棒，作为引出电流的导体。在正极和负极之间有一层增强的隔离纸， 该纸浸透了含有氯化铵和氯化锌的电解质溶液，金属锌的上部被密封。这种电池是19 世纪 60年代法国的勒克兰谢(Leclanche)发明的，故又称为勒克兰谢电池或炭锌干电池，可表 示为：(一)Zn 丨 NH4CI (20%) ZnCl 2| MnO 2，C ( + )尽管这种电池的历史悠久，但对它的电化学过程尚未完全了解，通常认为放电时，电池 中的反应如下：正极为阴极，锰由四价还原为三价2MnO 2+2H 2 0 + 2 e2MnO(OH) + 2OH 负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：Zn + 2NH4CI-一 Zn(NH3)2CI2+2H+2e-总的电池反应为：2MnO 2+Zn + 2NH4CI-f 2MnO(OH) + Zn(NH3) 2 Cl 2实践经验表明，该电池的电流-电压特性和二氧化锰的来源有关，也直接地依赖于锰的 氧化价态、晶粒的大小及水化程度等。目前已全部以ZnCl2电解液代替NH4CI,充分说明Zn2+ 与CI-配合ZnCI2 2,而不必有NH4+存在，放电前pH=5，放电后pH上升到pH = 7为中 性。该电池的特点：(1)开路电压为1. 55V1. 70V； (2)原材料丰富，价格低廉；(3) 型号多样1号5号；(4)携带方便，适用于间歇式放电场合。缺点是：在使用过程中电压 不断下降，不能提供稳定电压，且放电功率低，比能量小，低温性能差，在0C即不能工 作。在高寒地区只可使用碱性锌锰干电池。实验和研究：干电池的解剖及其原理研究1观察干电池的内部构造：取1 节废于电池（1 号），剥去外层包装和封口上的火漆，用 刀如右图或沿垂直方向剖开，观察内部构造。干电池的外壳是金属锌，作负极，中心碳棒（石 墨）是正极，碳律周围由一层纸质包裹的黑色物质，这是石墨粉和二氧化锰的混合物，纸质 和锌壳之间填满了糊状白色电解液，其成分是氯化铵、氯化锌和淀粉糊。2. 糊状物的分离：收集糊状物（可能混有黑色物质）加一定量水（如糊状物50g，则加 约 40mL 水），充分搅拌，煮沸 2分钟，滤去黑色物质，收集滤液备用。3. 黑色物质的检验：取出碳棒周围的黑色物质，用水洗净（如果大部分黑色物质和糊状 物混杂，则取操作2中滤纸上的黑色物质），晾干，用万用表测量其导电性，证明含有石墨 粉。把黑色物质放在铁制器皿中灼烧，石墨粉燃烧发出点点火星，将石墨粉烧尽后的余物再 用万用表测量，已无导电性，这种剩余物质是二氧化锰。请设计一个实验，证明二氧化锰的氧化性，有条件可进行操作。4. 干电池的模拟：利用废电池的锌壳、碳棒和操作2收集的滤液（再加少量氯化铵或稀 盐酸），装配一个电池装置，并接上电流表或小电珠、发光二极管，观察电流的产生。5. 干电池原理的研究干电池模拟装置产生电流的原理为：Zn （一）失去电子：Zn 2e-fZn2+ （氧化反应）C （ + ）得到电子：2NH4+2e-2NH3 + H2 （还原反应）实际干电池正极周围还有二氧化锰，它起什么作用呢？在模拟干电池实验中可以看到， 电流会迅速减小，这是由于碳棒上吸附一层氢气，内电阻增加而使反应停止的缘故。二氧化 锰把正极上产生的H2氧化成水，而本身则被还原为MnO（OH）。显然没有二氧化锰的干电池 是没有实用价值的。另外，产生的NH3被糊状电解质中的Zn2+吸收为Zn（NH3）2Cl2o因此， 干电池工作时，负极的反应材料是锌，正极是二氧化锰，故而它的学名叫锌锰电池，输出电 压为1.5伏。干电池中总反应可大体表示为：Zn + 2MnO2+2NH4Cl2 MnO（OH） + Zn（NHCl o22