Приготування та аналіз акумуляторної кислоти.

 

Мета роботи – ознайомлення студентів з основними типами акумуляторів, хімічними процесами, що йдуть на електродах при їх зарядженні та розрядженні.

 

ВИМОГИ ДО ЗНАНЬ ТА УМІНЬ

 

Студент повинен знати: - реакції, що мають місце при зарядженні і розрядженні свинцевого та залізно-нікелевого акумуляторів,

- що таке ємність акумуляторів і від чого вона залежить,

- які домішки у електроліті шкодять роботі акумуляторів.

Студент повинен вміти: - зробити аналіз акумуляторної сірчаної кислоти на присутність шкідливих домішок;

- приготувати електроліт певної густини і концентрації,

- зарядити акумулятор,

- визначити ступінь зарядження і розрядження акумулятора.

 

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

 

Акумулятори – це прилади, що здатні накопичувати хімічну енергію, яка за необхідністю перетворюється у електричну. Вони є вторинними джерелами електричного струму.

Акумулятори характеризуються оборотністю, тобто після розряду їх можна повернути до вихідного стану, якщо крізь них пропускати електричний струм від зовнішнього джерела струму (зарядження акумулятора).

Найбільш поширеними у техніці є кислотні і лужні акумулятори. Вони є джерелами струму для стартерів двигунів внутрішнього згоряння, надають рух електрокарам, використовуються для аварійного освітлення тощо.

 

Свинцевий акумулятор (кислотний).

Акумулятор складається з свинцевих гратчастих пластин, заповнених активною масою з оксиду свинцю (РbO). Електролітом є 24-30 % розчин сірчаної кислоти (густина 1,22-1,32 г/см³).

Оксид свинцю взаємодіє з сірчаною кислотою і перетворюється у нерозчинну сіль сульфату свинцю:

 

PbO + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂O

 

Процес зарядки. При включенні акумулятора у коло постійного струму на катоді і аноді йдуть такі процеси:

 

(-) анод: Pb⁺²SO₄ + 2H₂O - 2ē = Pb⁺⁴О₂ + 4Н⁺ + SO₄^-2 окислення

(+) катод: Pb⁺²SO₄ + 2ē = Pb⁰ + SO₄^-2 відновлення

Сумарна реакція, що має місце на катоді і аноді при зарядженні:

 

2PbSO₄ + 2H₂O → Pb + PbО₂ + 2Н₂SO₄

Якщо акумулятор зарядився, а електричний струм продовжувати пропускати, то починається процес електролізу електроліту, тобто розчину сірчаної кислоти: на катоді виділяється водень, а на аноді - кисень. Спостерігається “кипіння” акумулятора.

Слід пам’ятати, що суміш водню з киснем зветься “гримучим газом” і є вибуховонебезпечна; тому у приміщеннях з акумуляторами треба дотримуватися особливої обережності з вогнем.

Процес розрядження. На електродах мають місце такі окисно-відновні процеси:

(-) анод: Pb + SO₄^2- - 2ē = PbSO₄ окислення

(+) катод: PbO₂ + 2ē + 4 Н⁺ + SO₄^-2 = 2PbSO₄ + 2Н₂О відновлення

Сумарна реакція, що має місце на катоді і аноді під час розрядження:

 

Pb + PbO₂ + 4 Н⁺ +2SO₄^2- → 2PbSO₄ + 2Н₂О

З вищезазначених процесів ми бачимо, що зарядження та розрядження акумулятора є взаємозворотними процесами, тому їх можна записати одним рівнянням:

2PbSO₄ + 2H₂O зарядження Pb + PbО₂ + 2Н₂SO₄

Розрядження

Схема акумулятора.

(-) Pb / Н₂SO₄ // PbO₂ (+)