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探索电池的内部世界 高一（3）班 “电池内部揭秘”课题组 摘 要 随着社会文明的进步，电池有了越来越多的运用，但在广泛运用的同时，也带来了环境污染的问题。为了了解电池内部有哪些物质、电池放电的原理，以及如何处理废电池等问题，我们从网上和相关书籍中搜集了大量资料，并将之综合整理，设计出实验方案，自己动手实验，以验证电池内部的氧化剂和还原剂，深入了解电池的组成，原理等各方面的知识，我们还了解了电池回收的重要意义。在实践中，我们不仅学会了如何在现今的信息时代获取自己所需要的信息，而且培养了自己的动手能力。 关键词 电池 氧化剂和还原剂 回收利用 引言 电已经渗透到现代生活的方方面面，它生自发电厂，通过输电线，走进工厂，来到家里……有了它，机器得以轰鸣，城市变得绚丽，生活也多姿多彩。如果没有输电线，那么电就无法源源不断的传送了，于是，电池应运而生。 电几乎是无法储存携带的。储存盛放电的容器叫容电器，它能存放的电量极有限，一只大型容电器所储存的电能只有几千分之库仑，不足以把一只手电，灯泡点亮几秒钟。那么电池是什么呢？其实电池里存放的不是电，而是可以产生电流的材料，随用随生，是随身的“发电厂”。随着电子计算机，航空航天技术，信息工程等新技术的迅速发展，电池的应用也越来越广泛，而随之也产生了一系列的环境问题。那么电池的内部到底是一个什么样的世界呢？它是如何产生电的，又会对环境产生怎样的影响呢？带着这些问题，我们展开了对电池内部世界的研究性学习。 电池的种类及其原理 电池的种类繁多，目前还没有统一的分类方法。按电解液的酸碱姓可分为酸性电池、碱性电池、中性电池。按电池的某些特征分有高容量电池、高功率电池、免维护电池……常见的电池通常可分为原电池和蓄电池。而无论原电池还是蓄电池，它们放电的原理都是相同的，即利用氧化还原反应将化学能转化成电能。在通常的氧化还原反应中，电子由还原剂转移到了氧化剂，如果将转移的电子聚集起来，使之按照一定的方向流动，形成电流，就成为了可以利用的能源。 1、原电池： 原电池是指电池放电时，活性物质不断地被消耗，到一定程度便停止放电的电池。这类电池属于一次性电池，一次放电结束后就成为废电池，如我们生活中常见的干电池及钮扣电池等。 以常见的碳锌干电池为例，碳锌电池是用锌做成圆筒作为电池的负极，内有糊状电解质。主要成分是氯化铵和淀粉。把碳棒周围包以二氧化锰的糊状电解质做正极，然后用沥青密封加盖，外壳封闭，使糊状物质不致干涸。在反应中，锌失去电子生成Zn2+，而电池中的NH4+得到电子生成氨气和氢气，生成的氢与MnO2 发生反应生成Mn和水。转移的电子在外部的通路中形成了可以利用的电流。 我们选用了一节五号废电池（如右图），用钳 子、镊子、剪刀等工具将其拆开。撕开电池的外包 装以后，露出了银白色的锌皮，把它进一步撬开， 看顶部圆环形塑料片中间有一根黑色的碳棒，底部 有铁片和锌片。在碳棒的周围是一些黑色的粘稠物 质。根据正负极判断，正极物质可能是碳棒或其周 围的糊状物，而负极物质可以能是铁片或锌片。 分析：由于该节电池已经没有电力了，但碳显然仍有大量剩余，因此我们推断，在电池中，正极的材料应是碳棒周围的糊状物，而碳棒，只是起一个电极的作用。将糊状物溶于水后，滴加浓NaOH溶液后加热，有刺鼻的氨的气味产生，证明在糊状物中含有NH4＋存在。而铁片与糊状物直接接触，若以铁为负极材料，则不可能在电池外部形成有一定方向的电流，据此判断负极材料应为锌。 电极反应的总反应方程式应为： MnO2 +2H2O+2Zn Mn+2Zn(OH)2 氧化剂 还原剂 根据反应方程式可以看出，在反应中Zn失电子，充当还原剂；而MnO2得电子，是氧化剂。 2、蓄电池： 蓄电池是指在使用中可以多次充电放电的电池，与原电池不同的是，它可以循环使用。蓄电池中的电极材料在放电时，电流由正极经外电路流向负极，放电原理与原电池相同；但如果正负极连接到外界一定的电压上，会与放电反应完全相反的化学反应，出现电能转化为化学能的现象，人们把这种现象形象地称为“充电”。经过充电后的电池能够再次放电，重新将化学能转化为电能。蓄电池一经发明即大受欢迎，广泛使用于手机，笔记本电脑，机动车等现代化的商品中。 如汽车中广泛使用的铅蓄电池（图右），其正极 材料为PbO2，负极材料为Pb，电解液通常为稀 H2SO4 。放电时，电极反应方程式为 PbO2+Pb+2H2SO42 PbSO4+2H2O 氧化剂 还原剂 在反应中，PbO2得电子，充当氧化剂；Pb失电子，充当还原剂。而当正负极与一定的外加电压相连时，发生了与放电完全相反的充电反应，反应如下： 2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 反应后，电池中重新生成了放电中被消耗的