Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie"

Břetislav Hruda
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í CZ.1.07/2.2.00/ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Galvanické články I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Doc. RNDr. Zdeněk Šindelář, CSc. Doc. RNDr. Marta Klečková, CSc. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním

3 Galvanický článek - Danielův pro obecnou reakci: aa + bb... ss + tt.. platí: v našem případě: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu pro jednotkové aktivity vychází výsledné napětí pro nezatížený článek: při E 0 (Zn 2+ ) = -0,76 [V] E 0 (Cu 2+ ) = 0,34 [V] E = 0,34 - (-0,76) = 1,1 [V]

aktivity vychází výsledné napětí pro nezatížený článek: při E 0

4 Standardní redoxní potenciály vybraných kovů Redoxní pár [V] Redoxní pár [V] Li + /Li (s) -3,04 Co 2+ /Co (s) -0,28 K + /K (s) -2,92 Ni 2+ /Ni (s) -0,25 Na + /Na (s) -2,71 Sn 2+ /Sn (s) -0,14 Ca 2+ /Ca (s) -2,50 Pb 2+ /Pb (s) -0,13 Al 3+ /Al (s) -1,66 2 H + /H 2 (g) +0,00 Mn 2+ /Mn (s) -1,18 Sn 4+ /Sn 2+ +0,15 Zn 2+ /Zn (s) -0,76 Cu 2+ /Cu (s) +0,34 Cr 3+ /Cr (s) -0,74 Ag + /Ag (s) +0,80 Fe 2+ /Fe (s) -0,44 Pt + /Pt (s) +1,19 Cd 2+ /Cd (s) -0,40 Cl 2 /2 Cl - (g) +1,36 Tl + /Tl (s) -0,34 Au + /Au (s) +1,50

H + /H 2 (g) +0,00 Mn 2+ /Mn (s) -1,18 Sn 4+ /Sn 2+ +0,15 Zn 2+ /Zn (s) -0,76 Cu 2+ /Cu (s) +0,34 Cr 3+ /Cr (s) -0,74 Ag + /Ag

5 propojíme-li elektrody Danielova článku vodičem přes zátěž (např. žárovku) obvodem poteče elektrický proud, který bude konat práci kde z F E sv W el - počet vyměňovaných elektronů - Faradayova konstanta - svorkové napětí na článku - elektrická práce Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu chemická reakce jako zdroj elektrického proudu

el - počet vyměňovaných elektronů - Faradayova konstanta - svorkové napětí na

6 Danielův galvanický článek - připojený k vnějšímu elektrickému zdroji s opačnou polaritou - dojde k rychlému vybití článku a zatížení vnějšího zdroje - uvolnění značného množství tepla, které může články mechanicky poškodit - uzavřené konstrukce mohou explodovat - v praxi např. špatně připojená nabíječka, špatná polarita článků při řazení do baterií.

značného množství tepla, které může články mechanicky poškodit - uzavřené konstrukce

7 Danielův galvanický článek - připojený k vnějšímu elektrickému zdroji se stejnou polaritou, s napětím menším, než má galvanický článek - výsledný proud je určen rozdílem napětí obou zdrojů a směr je stejný jako v případě připojení zátěže - vpřípadě, že bude k článku přiložen vnější zdroj o stejném napětí, jaké je na galvanickém článku, celkový proud bude I = 0

napětí obou zdrojů a směr je stejný jako v případě připojení zátěže - vpřípadě, že bude k

8 Danielův galvanický článek připojen ke zdroji stejné polarity větší, než napětí galvanického článku - vnucené napětí obrátí směr proudu - procesy na elektrodách probíhají opačným směrem: Zn e - Zn Cu Cu e - Cu + Zn 2+ Zn + Cu 2+ z hlediska chemického se jedná o pochod, který vede k obnovení výchozího stavu článku, tj. technicky proces nabíjení zařízení v tomto případě funguje jako elektrolyzér (elektrochemický článek)

2+ + 2e - Cu + Zn 2+ Zn + Cu 2+ z hlediska chemického se jedná o pochod, který vede k obnovení výchozího

suchý článek (Leclancheův ) Primární články napětí článku E = 1,5 V kladná elektroda: 2 MnO 2 + 2 H 2 O + 2e - 2 MnO(OH) + 2 OH - záporná

9 suchý článek (Leclancheův ) Primární články napětí článku E = 1,5 V kladná elektroda: 2 MnO H 2 O + 2e - 2 MnO(OH) + 2 OH - záporná elektroda: Zn Zn e - a dále Zn NH 4 Cl + 2 OH - ZnCl H 2 O + 2NH 3 celkový děj: Zn+ 2 MnO NH 4 Cl ZnCl 2 + Mn 2 O NH 3 + H 2 O

elektroda: Zn Zn 2+ + 2e - a dále Zn 2+ + 2 NH 4 Cl + 2 OH - ZnCl 2 + 2 H

Primární články alkalický manganový článek elektrolytem je roztok KOH kladná elektroda: 2 MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O 3 +

10 Primární články alkalický manganový článek elektrolytem je roztok KOH kladná elektroda: 2 MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O OH - záporná elektroda: Zn + 2 OH - ZnO + H 2 O + 2e - celkový děj: Zn + 2 MnO 2 ZnO + Mn 2 O 3 napětí článku E = 1,5 V

11 rtuťový článek Hg-Zn Primární články napětí článku E = 1,5 V kladná elektroda: HgO + H 2 O + 2e - Hg + 2 OH - záporná elektroda: Zn + 2 OH - ZnO + H 2 O + 2e - celkový děj: Zn + HgO Hg + ZnO

olověný akumulátor napětí na článku je asi 2 V Sekundární články (akumulátory) elektrolytem je H 2 SO 4 o hustotě cca 1,285 kg/dm 3 kladná elektroda: Pb 4+ + 2e - Pb 2+ přesněji:

12 olověný akumulátor napětí na článku je asi 2 V Sekundární články (akumulátory) elektrolytem je H 2 SO 4 o hustotě cca 1,285 kg/dm 3 kladná elektroda: Pb e - Pb 2+ přesněji: PbO H + + 2e - Pb H 2 O záporná elektroda: Pb Pb e - celkový děj: vybíjení olověného akumulátoru nejlépe vystihuje rovnice: PbO 2 + Pb + 2 H 2 SO 4 2 PbSO H 2 O

přesněji: PbO 2 + 4 H + + 2e - Pb 2+ + 2 H 2 O záporná elektroda: Pb Pb 2+ + 2e - celkový

13 NiMH akumulátor napětí článku je pouze 1,2 V Sekundární články (akumulátory) elektrolytem je roztok KOH kladná elektroda: NiO(OH) + H 2 O + e - Ni(OH) 2 + OH - záporná elektroda: MH + OH - M + H 2 O + e - při vybíjení probíhá proces: NiO(OH) + MH M + Ni(OH) 2

NiO(OH) + H 2 O + e - Ni(OH) 2 + OH - záporná elektroda: MH + OH

14 Sekundární články (akumulátory) Ni-Cd akumulátor konstrukčně se tyto akumulátory podobají akumulátorům NiMH elektrolytem je hydroxid draselný napětí článku je asi 1,2 V kladná elektroda: 2 NiO(OH) + 2 H 2 O + 2e - 2 Ni(OH) OH - záporná elektroda: Cd + 2 OH - Cd(OH) 2 + 2e - vybíjení popisuje celková rovnice: 2 NiO(OH) + Cd + 2H 2 O 2 Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2

elektroda: 2 NiO(OH) + 2 H 2 O + 2e - 2 Ni(OH) 2 + 2 OH - záporná elektroda: Cd + 2 OH -

15 Li - ion akumulátory Sekundární články (akumulátory) napětí na jednom článku: cca 3,7 V kladná elektroda: Li 1-x CoO 2 + x Li + + x e - LiCoO 2 záporná elektroda: Li x C C + x Li + + x e - procesy nabíjení a vybíjení: Li 0,5 CoO 2 + Li 0,5 C 6 C 6 + LiCoO 2

+ x e - LiCoO 2 záporná elektroda: Li x C C + x Li + + x e -

16 Články na bázi Zn - vzduch (kyslík) napětí jednoho článku: cca 1,4 V teoreticky 1,65 V kladná elektroda: 1/2 O 2 + H 2 O + 2e 2OH záporná elektroda: Zn + 4OH Zn(OH) e celková reakce: 2 Zn + O 2 2 ZnO A - separátor (diafragma) B - zinkový prach anody a elektrolyt (KOH) C - kovový kontakt anody D - plastové izolační těsnění E - kovový kontakt katody F - kanálky pro přívod vzduchu G - katalyzátor katody a sběrač proudu H - vrstva rozvádějící vzduch I - polopropustná membrána

zinkový prach anody a elektrolyt (KOH) C - kovový kontakt anody D - plastové izolační těsnění E - kovový kontakt katody

17 Palivový článek vodík - kyslík napětí na jednom článku se pohybuje obvykle (podle konstrukce a zátěže) kolem 1 V

18 voltaiccell10.swf program vhodný ke spuštění animace: SWF Opener

19 Konec Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í

Podobné dokumenty

Elektrochemické zdroje elektrické energie

Dělení: 1) Primární články 2) Sekundární 3) Palivové články Elektrochemické zdroje elektrické energie Primární články - Články suché. C Zn článek Anoda: oxidace Zn Zn 2+ + 2 e - (Zn 2+ se rozpouští v elektrolytu;