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图25 丹尼尔锌铜电池示意图
在丹尼尔电池中,锌被氧化失去两个电子,变成锌离子(Zn2+)进入溶液。
Zn→Zn2++2e-
另一侧,硫酸铜溶液中的铜离子(Cu2+)被还原,获得了锌失去的两个电子,变成了金属铜:
Cu2++2e-→Cu
但是只有当铜(阴极)和锌(阳极)两个电极连接外部电路时,才会发生这两个“半反应”
,其中锌失去的电子流向铜,从而产生电流。
随后的几年里,人们使用不同的材料作为电极和电解质,制造出了许多其他类型的电池。
但所有的这些电池都运用了能发生电子交换的氧化还原反应。
1886年,卡尔·加斯纳(er,1855—1942)申请了锌碳电池的专利。
这种电池进一步发展了乔治·勒克兰奇(GeesLech,1839—1882)的一种电池型号(于1866年发明并申请专利),多年来一直占据市场龙头地位。
锌碳电池的锌外壳(阳极)构成了一个圆柱形的容器,里面装有作为电解质的二氧化锰和氯化铵与碳粉的混合糊状**。
阴极是一根浸在电解液中的石墨棒。
但是随着电池行业的发展,锌碳电池不得不面对20世纪50年代发明的碱性电池的竞争,之所以叫碱性电池,是因为电解液中含有碱性的氢氧化钾(KOH)。
纽扣电池(常用于手表、计算器等)的电解质通常是氧化银。
在此之前,同样也非常流行使用以氧化汞作为电解质的水银电池[由鲁本(SamuelRuben)和马洛里(PhilipRogersMallory)的公司共同开发出来]。
但由于水银有毒,后来逐渐被禁止使用。
自20世纪70年代以来,锂电池的使用开始普及。
很多电池在放完电后就不能再用了,而锂电池就弥补了这一缺点,如果有与负载电流方向相反的外部电流通过时,它就可以进行充电。
在充电过程中锂电池内部的反应向反方向进行,产生电流,一旦反应物得到恢复,电池就可以重新使用。
拓展:化学平衡
对化学家来说,解释化学平衡中的各组成,并了解它们如何受到如温度和压力等外部条件的影响,这是非常有趣的[54]。
在化学反应中,初始物质(反应物)会转化为其他物质(生成物)。
在一些特殊反应中,生成物形成之后还会继续发生反方向的反应,生成反应物。
换句话说,这些反应既能正向进行又能逆向进行,因此被称为可逆反应(reversiblerea)。
可逆反应的发现有一段相当奇特的历史。
1798年,拿破仑在埃及进行军事和科学考察时,让当时杰出的法国化学家克劳德·路易·贝托莱随行。
到了埃及,贝托莱注意到环绕盐湖的湖岸有碳酸钠(Na2CO3)的沉积。
贝托莱知道碳酸钠能与氯化钙(CaCl2)反应生成碳酸钙(CaaCl),也就是下面的这个反应:
Na2CO3+CaCl2→aCl
在他看来,湖岸边碳酸钠的沉积应该是水体中高浓度的氯化钠造成的结果,所以他认为逆向的化学反应也是有可能发生的。
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