干电池的制作与测试.doc

自制干电池(Dry Cell)

碳锌电池，又称碳锌干电池、碳性电池、碳性电芯，外壳由锌构成。既可以作为电池的容器，又可以作为电池的负极。碳锌电池是从液体Leclanché电池发展而来。传统或一般型以氯化铵为电解质；“超级”或“高能”（英文标示：Super Heavy Duty）电池则通常是使用氯化锌为电解质的碳锌电池，是一般使用的廉价电池的一种改良版。电池的正极主要是由粉末状的二氧化锰和碳构成。电解液是把氯化锌、氯化铵、碳粉和淀粉溶于水中所形成的糊状溶液。碳锌电池是最便宜的原电池，因此成为很多厂商的首选，因为这些厂商所销售的设备中常常需要配送电池。锌碳电池可以用于遥控器、闪光灯、玩具或晶体管收音机等功率不大的设备。
此电池正极的碳棒与二氧化锰中所混合的碳只负责引出电流，并不参与反应，正极实际参与还原反应并提供正电的是二氧化锰中的锰，因此，又称为锰锌电池、锌锰电池或锌－二氧化锰电池，也有简称锰干电池的。
我们在市面上很轻易的可以买到干电池（碳锌电池），不过由于电池被密封的关系，我们实际上无法观察到它的内部结构。既然如此，我们就自己做一个简单的干电池吧。

一、 实验目的
1. 了解市面上干电池的原理。
2. 进行简易电池的制作。

二、 实验原理
干电池(Dry cell)是在日常生活之中极为普遍使用轻便直流电源，可以使用于很多电器用品上如遥控器，计算机、照相机等，其中最常见的干电池为碳锌电池(Zinc-carbon dry cell or battery)。   
以下为碳锌电池的基本組成：
负极（阳极）：锌片。
正极（阴极）：碳棒。
电解液：以氯化铵或氯化锌等盐类水溶液作为电解液。并以二氧化锰与淀粉及电解质混合的混合剂作为正极的作用物质。
电池符号可表示为： （－） Zn｜ZnCl2、NH4Cl（糊状）‖MnO2｜C（石墨） （＋） 负极：Zn＝Zn2＋＋2e 正极：2MnO2＋2NH4＋＋2e＝Mn2O3＋2NH3＋H2O。
图一、干电池的組成（1：金属帽（+），2：石墨棒（正极），3：锌外壳（负极），4：二氧化錳，5：潮湿的氯化铵糊状液体（电解质），6：金属末端（-））

图一，干电池的组成

干电池放点水，锌被氧化而释放出电子，经由碳棒的传递，导致电解质NH4+ 离子还原，产生NH3与 H2。
半反应式如下：   阳极（负极）：Zn → Zn2+ + 2e–                  
                       阴极（正极）：2NH4+ + 2e– → 2NH3 + H2
    释放出氢再被二氧化锰所氧化：
                                      2MnO2 + H2 → Mn2O3 + H2O
    而氨被 Zn2+ 与 Cl– 吸收，形成稳定的锌氨络离子化合物：
                                       Zn2+ + 2NH3 + 2Cl– → Zn(NH3)2Cl2
故电池的全反应为：
             Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 → Zn(NH3)2Cl2 + Mn2O3 + H2O

三、 实验仪器及药品

四、 实验步骤
1. 将锌片裁成适当大小，在锌片的一端剪开一长为片宽的2/3的细条，将其向上折。将锌片弯成圆筒状，大小刚好能放入底片盒內。
2. 將将二氧化锰粉末及活性碳粉依1：1.5~2的比例充分混合后，加入20%氯化锌水溶液，呈现稍微湿润的粉末混合物即可。
3.滤纸裁成长条状，宽度比锌片的宽度多約三分之一，卷成筒状，其半径需比锌片小。将步骤一的锌片筒套在滤纸筒外，因为滤纸宽度比锌片大，多出的部份向外反折将锌片筒包住，再把包好滤纸的鋅筒放入底片盒中。
4. 將碳棒垂直放入盒的中央，在其周围填入混合物，一定要装满压实，可用铅笔头将混合物往下压。
5. 用滴管加20%的氯化铵水溶液全面湿润混合物（滴的量要控制在不令混合物成为黏稠状），将高出于锌筒的滤纸折入桶內压实。自制碳锌电池便完成。
实验记录：
1. 外围的锌壳

2. 配置电解质

2011-8-30 07:55:05 上传
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3.锌片用滤纸隔绝电解质
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4. 用小灯泡或万用表测试自制的电池

2011-8-30 07:55:05 上传
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五、注意事项
1.干电池放电一段时间后，或电流过大时，阴极所生的H2无法迅速被移去，就会使电池的电压下降。但在休息一段时间后，又会恢复其电压，这是因为H2逐渐被MnO2自电极表面清除的缘故。
2.长期未使用的干电池品质也会变差，因为 Zn与 NH4+ 离子间也会慢慢反应。
3.购买干电池是，应辨识电池的规格，编号愈小，电池愈大。
4.安装时须注意正、负极方向，不可弄错。
5.长时间不使用时，应将干电池取出，放在干燥的地方。
6.碳锌电池不可充电，因为充电过程中会产生气体，有爆裂的危险。
六、思考题
制作干电池使用的二氧化锰具有什么危害？ （    ）
A.刺激性    B.有毒    C.腐蚀性
七、参考资料：
1. 贾铮、戴长松、陈玲 主编《电化学测量方法》   
2. 左卷健男編著，萧衍繁、黄瑞金 译，《爱上化学实验课（下）》，第20页至第21页，世茂出版社
3.白福秦、何彩霞 主编《实验教师培训教程》