Лабораторная работа "Сборка и изучение принципа действия аккумулятора"
Теоретический материал. Свинцово-кислотный аккумулятор является принадлежностью любого автомобиля. Модель этого аккумулятора состоит из двух электродов из оксида свинца II, погруженных в 30%-ный раствор серной кислоты. В результате химической реакции Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2 на поверхности электродов образуется слой сульфата свинца. Подключают модель аккумулятора к источнику тока (рис. 42). В результате прохождения тока на катоде PbSO4 + 2e− = Рb2+ + SO 4 2- cульфат свинца восстанавливается до металлического свинца, а на аноде PbSO4 − 2e− + 2H2O = PbO2 + 2H+ + SO 4 2- сульфат окисляется до оксида свинца IV.
Рис. 42
Этот процесс называется зарядкой аккумулятора, в результате которой первоначально одинаковые электроды становятся химически различными и главное — между ними возникает напряжение, т. е. аккумулятор становится источником тока. При разрядке аккумулятора ток во внешней цепи, т. е. цепи потребителя, идет от РbО2 к Рb, а внутри аккумулятора ионы SO 4 2- и H+ движутся в направлениях, обратных их движению при зарядке. При зарядке аккумулятора электрическая энергия превращается благодаря окислительно-восстановительным процессам в химическую, а при разрядке — химическая энергия превращается в энергию электрического тока. При полной разрядке оба электрода состоят из оксида свинца. Только что заряженный свинцово-кислотный аккумулятор имеет напряжение на электродах примерно 2,7 В, но при разрядке это напряжение быстро падает до 2 В и длительное время остается практически неизменным. Автомобильный аккумулятор — это батарея из шести последовательно соединенных аккумуляторов, поэтому на аккумуляторе написано «12 В». Цель работы: собрать модель аккумулятора, произвести его зарядку и разрядку, понять происходящие при этом процессы. Приборы и материалы: комплект по электролизу (см. рис. 17), адаптер, мультиметр, лампочка на подставке, провода соединительные, электролит: раствор поваренной соли (в 100 г воды растворяют 2—3 г соли) или 30%-ный раствор серной кислоты. Указания к работе: 1. При наличии раствора кислоты модель аккумулятора собирают из двух свинцовых электродов, установленных в кювете. При отсутствии кислоты модель собирают из двух угольных электродов, установленных в кювете, в которую наливают примерно до половины раствор поваренной соли. 2. Соберите электрическую цепь по схеме на рисунке 42 и наблюдайте в течение 2—3 мин интенсивное выделение пузырьков газа на электродах: на катоде выделяется водород, а на аноде — хлор. Газы частично поглощаются угольными электродами. В результате между ними возникает напряжение, обратное приложенному. 3. Понаблюдайте за изменением силы зарядного тока, а при отключенном источнике тока измерьте напряжение на электродах модели аккумулятора. 4. Далее к зажимам аккумулятора подключите лампочку и наблюдайте за увеличением и уменьшением яркости горения лампы, т. е. за разрядкой аккумулятора. 5. Соберите модель свинцового аккумулятора, зарядите его в течение 3—4 мин и следите при этом за изменением цвета электродов. 6. Соберите электрическую цепь по схеме на рисунке 43 и через интервалы времени, равные 30 с, фиксируйте напряжение на зажимах. Результаты измерений занесите в таблицу 21 и постройте график разрядки аккумулятора.
