เซลล์กัลวานิก

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิกบทเรยีนไฟฟา้เคม ีระดับชัน้มธัยมศึกษา

ปีท่ี 5

ประโลม สขุเกษม ครู คศ. 2 โรงเรยีนอุดมดรุณี อำาเภอเมอืง จงัหวดัสโุขทัย

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิก

คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน

1. จากภาพท่ีกำาหนดให้ต่อไปน้ี นักเรยีนคิดวา่เป็นเซลล์ชนิดใด ?

ก ) เซลล์ปฐมภมูิข ) เซลล์ทติุยภมูิค ) เซลล์ตติยภมูิ



2. เซลล์เลอคังเช เป็นเซลล์ไฟฟา้เคมใีนขอ้ใด ?

ก ) เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่

ข ) เซลล์ถ่านไฟฉาย



3. เซลล์ไฟฟา้เคม ีชนิดใด มลีักษณะคล้ายกับเซลล์แอลคาไลน์ เปลี่ยนเฉพาะสารอิเล็กโทรไลต์จาก MnO2 เป็น HgO เมอคิวร ี(II) ออกไซด์ ?

ก ) เซลล์ปรอท

ข ) เซลล์เงิน

ค ) เซลล์แอลคาไลน์



4. เซลล์กัลวานิกชนิดหน่ึงท่ีสารตั้งต้นท่ีถกูใชไ้ปแล้วสามารถทำาให้กลับคืนมาใหม่ได้ โดยการผ่านไฟฟา้กระแสตรงลงไปในเซลล์ด้วยปรมิาณท่ีพอเหมาะ ?

ก ) เซลล์แอลคาไลน์

ข ) เซลล์นิเกิล-แคดเมยีมค ) เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่


คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน5. ขอ้ความต่อไปน้ีถกูต้องหรอืไม ่ เซล“ล์ถ่านไฟฉาย ภาชนะทำาด้วยสงักะส ี(Zn) เป็นขัว้แคโทด และใชแ้กรไฟต์ (คารบ์อน) เป็นขัว้แอโนด ” ? ก ) ถกูต้องแล้ว

ข ) ไมถ่กูต้อง

ค ) ไมแ่น่ใจ อาจเป็นได้ทั้ง 2 ขอ้


คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน6. ปฏิกิรยิารวมสทุธต่ิอไปนี้ เป็นของเซลล์ในขอ้ใด ?

ก ) เซลล์เงิน

ข ) เซลล์ปรอท

Zn (s) + HgO (s) -----> ZnO (s) + Hg (l) Eo

cell = 1.35 V

ค ) เซลล์แอลคาไลน์


คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน7. ขอ้ความใดกล่าว ไมถ่กูต้อง เก่ียวกับเซลล์ถ่านไฟฉาย ?

ก ) แอโนด(ขัว้ลบ) หรอื ขัว้แกรไฟต์ ;ข ) แคโทด (ขัว้บวก) หรอื ขัว้ Zn ;ค ) ศักยไ์ฟฟา้ของเซลล์ในถ่านไฟฉายมค่ีา 1.5 V


คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน8. เซลล์ในขอ้ใด ปัจจุบนัพบวา่ใช้ประโยชน์เป็นแหล่งให้พลังงานไฟฟา้มอีายุการใชง้านยาวนาน ในนาฬิกาขอ้มอื เครื่องคิดเลขไฟฟา้ และกล้องถ่ายรูปอัตโนมติั ?ก ) เซลล์สะสมไฟฟา้แบบ

ตะกัว่ข ) เซลล์ปรอท

ค ) เซลล์เงิน


คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน9. เซลล์ในขอ้ใดท่ีมค่ีา E0

cell = +2.041 V เมื่อนำามาต่อกัน 6 เซลล์แบบอนุกรมจะมศัีกยไ์ฟฟา้ของเซลล์ประมาณ 12 V ?

ก ) เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่ข ) เซลล์นิเกิล - แคดเมยีมค ) เซลล์แอลคาไลน์


คำาถามเตรยีมความพรอ้มก่อนลยุเขา้สูบ่ทเรยีน10. เซลล์ท่ีม ีแอโนดเป็นโลหะแคตเมยีม และแคโทดเป็นนิกเกิล (IV) ออกไซด์ ใช้เบสเป็นสารละลายอิเล็กโตรไลต์ คือเซลล์ในขอ้ใด ?

ก ) เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่ข ) เซลล์นิเกิล - แคดเมยีมค ) เซลล์แอลคาไลน์

ปฏิกิรยิารวม; Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)

นักเรยีนพรอ้มหรอืยงัครบั !!!บทเรยีนไฟฟา้เคม ีระดับชัน้มธัยมศึกษา

ปีท่ี 5

ลยุเลยพวกเรา go…


ประเภทของเซลล์กัลวานิกท่ีผลิตขึน้มาจำาแนกออกเป็น 2 ประเภทดังน้ี1. เซลล์ปฐมภมู ิ (Primary cell)


ประเภทของเซลล์กัลวานิกท่ีผลิตขึน้มาจำาแนกออกเป็น 2 ประเภทดังน้ี2. เซลล์ทติุยภมู ิ (Secondary cell)


ประเภทของเซลล์กัลวานิก

เซลล์แหง้ (Dry cell)

คือ เซลล์กัลวานิกซึง่ประกอบด้วยสารท่ีไมไ่หลหกออกนอกเซลล์ได้ สารเหล่าน้ีจะอยูใ่นรูปของของแขง็ หรอืก่ึง-ของเหลวท่ีไมส่ามารถไหลได้อยา่งรวดเรว็ เซลล์แห้งสามารถอยูใ่นรูปกรด หรอืเบส ทั้งน้ีขึน้อยูกั่บชนิดของสารอิเล็กโทรไลต์


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)ก. ถ่านไฟฉาย

ถ่ายไฟฉาย เป็นเซลล์ปฐมภมูชินิดเซลล์แห้ง ชนิดกรด นิยมใชเ้ป็นแหล่งกำาเนิดไฟฟา้ในวทิยุ ของเล่นเด็ก และหลอดไฟ flash สำาหรบัถ่ายรูป ถ่านไฟฉาย อาจจะเรยีกชื่อหน่ึงวา่ เซล“ล์เลอคังเช ”(Leclanche cell)

Georges Leclanché

(1839-1882)


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)สว่นประกอบของถ่านไฟฉาย

ถ่านไฟฉาย 1 เซลล์ ประกอบด้วย 2 ขัว้

คือ ภาชนะท่ีทำาด้วยสงักะสเีป็นขัว้แอโนด และใช้แกรไฟต์ (คารบ์อน) เป็นขัว้แคโทด

เป็นแท่งอยูต่รงกลาง และของผสมท่ีชื้นของแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) แมงกานีส (IV) ออกไซด์ ซงิค์คลอไรด์ และสารเฉ่ือยท่ีเป็นฉนวน

สว่นประกอบถ่านไฟฉาย


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)สว่นประกอบภายในของถ่านไฟฉาย

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิกเซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)

ปฏิกิรยิาท่ีเกิดขึ้นในถ่านไฟฉาย

แอโนด(ขัว้ลบ) หรอืขัว้ Zn ;

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e-

แคโทด (ขัว้บวก) หรอืขัว้แกรไ์ฟต์ ;

MnO2 (s) + 2NH4+ (aq) + 2e- Mn2O3 (s) + 2NH3 (g) +

H2O (l)


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)ข. เซลล์อัคคาไลน์ (Alkaline dry cells)

เซลล์อัลคาไลน์ เป็นเซลล์ปฐมภมูิแต่สารละลายอิเล็กโตรไลต์จะใชส้ารละลายโพแทสเซยีมไฮดรอกไซด์ (KOH) หรอื NaOH แทนแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) จงึเรยีกวา่ เซลล์แอลคาไลน์“ ”


ปฏิกิรยิาท่ีเกิดขึ้นในเซลล์อัคคาไลน์แอโนด(ขัว้ลบ) หรอืขัว้ Zn ; Zn(s) + 2OH- (aq) ZnO (s) + H2O (l) +

2e-


2MnO2 (s) + H2O (l) + 2e- Mn2O3 (s) + 2OH- (aq)

ปฏิกิรยิาสทุธขิองเซลล์ คือ :Zn(s) + 2MnO2 (s) Zn(OH)2 (s) + Mn2O3

(s)


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)ค. เซลล์ปรอท (Mercury cell)

เซลล์ปรอท ( Mercury cell) และมีลักษณะคล้ายกับเซลล์แอลคาไลน์ เปลี่ยนเฉพาะสารอิเล็กโทรไลต์จาก MnO2 เป็น HgO เมอคิวร ี(II) ออกไซด์ มศัีกยไ์ฟฟา้ของเซลล์ 1.35 โวลต์


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)สว่นประกอบภายในของเซลล์ปรอท


ปฏิกิรยิาท่ีเกิดขึ้นในเซลล์ปรอทแอโนด(ขัว้ลบ) หรอืขัว้ Zn ; Zn(s) + 2OH- (aq) ZnO (s) + H2O (l) +

2e-


HgO (s) + H2O (l) + 2e- Hg (l) + 2OH- (aq)

ปฏิกิรยิาสทุธขิองเซลล์ คือ :Zn (s) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (l)


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)ง. เซลล์เงิน (Zinc-silver oxide cell หรอื Button Battery)

เซลล์เงิน คือ เซลล์ปฐมภมูเิชน่เดียวกับเซลล์อัลคาไลน์ และใช้หลักการเดียวกัน เพยีงแต่ใช ้ AgO แทน MnO2 เท่านัน้ เซลล์ชนิดน้ีมศัีกยไ์ฟฟา้ของเซลล์ เท่ากับ 1.58 V


เซลล์ปฐมภมู ิ(Primary cell)สว่นประกอบภายในของเซลล์เงิน


ปฏิกิรยิาท่ีเกิดขึ้นในเซลล์เงินแอโนด(ขัว้ลบ) หรอืขัว้ Zn ; Zn(s) + 2OH- (aq) ZnO (s) + H2O (l) +

2e-


2AgO (s) + H2O (l) + 2e- Ag2O (s) + 2OH- (aq)

ปฏิกิรยิาสทุธขิองเซลล์ คือ :Zn (s) + 2AgO (s) ZnO (s) + Ag2O (s)



2. เซลล์ทติุยภมู ิ(Secondary cell หรอื Reversible cell)



2. เซลล์ทติุยภมู ิ(Secondary cell หรอื Reversible cell) เป็นเซลล์กัลวานิกชนิดหน่ึงท่ีสารต้ังต้นท่ีถกูใชไ้ปแล้วสามารถทำาให้กลับคืนมาใหมไ่ด้ โดยการผ่านไฟฟา้กระแสตรงลงไปในเซลล์ด้วยปรมิาณท่ีพอเหมาะ ซึง่เรยีกกระบวนการนี้วา่ อัดไฟ (Charging หรอื Recharging) เซลล์ชนิดน้ีก่อนจะนำาไปใชต้้องนำาไปอัดไฟเสยีก่อน แล้วจงึนำาไปใชเ้พื่อจา่ยกระแสไฟฟา้ออกได้


เซลล์ทติุยภมู ิ(Secondary cell หรอื Reversible cell)

ก. เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่ (Lead storage battery) เซลล์ทติุยภมูเิมื่อนำา

เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่ต่อกันเป็นอนุกรม 6 เซลล์ มศัีกยไ์ฟฟา้ของเซลล์ประมาณ 12 โวลต์ แต่ละเซลล์ประกอบด้วยแอโนด เป็นตะกัว่อัด พื้นผิวขรุขระเป็นรูพรุนและแคโทดเป็นแผ่นตะกัว่เคลือบหุ้มด้วยเลด(IV)ออกไซด์ (PbO2) ขัว้ท้ังสองจุม่ในสารละลายกรดกำามะถัน

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิกเซลล์ทติุยภมู ิ(Secondary cell หรอื Reversible cell)ปฏิกิรยิาท่ีเกิดขึ้นในจากการจา่ยไฟของเซลล์

สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่แอโนด ; Pb (s) + SO4

2- (aq) PbSO4 (s) + 2e-

แคโทด ;PbO2 (s) + 4H+ (aq) + SO4

2- (aq) + 2e- PbSO4 (s) + 2H2O (l)

ปฏิกิรยิาสทุธขิองเซลล์ คือ :

Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2SO42- (aq) 2PbSO4 (s) +

2H2O (l)



ก. เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่ (Lead storage battery)

1. การอัดไฟครัง้แรก เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่อยูใ่นรูป เซลล์อิเล็กโทรไลต์ ท่ีขัว้ A (Anode) พบวา่มสีารสนีำ้าตาลดำาของเลด (IV)ออกไซด์ (PbO2) มาเกาะเคลือบท่ีแผ่น Pb อธบิายได้วา่ Pb ถกูออกซิไดซเ์กิด PbO2 (สารสีนำ้าตาลดำา)

เมื่ออัดไฟครัง้แรก




การประจุไฟครัง้แรก

O2 H2

H2SO4 H2SO4




Pb (s) Pb2+ (aq) + 2e-

สมการรวม

Pb2+(aq) + 2H2O(l) PbO2(s) + 4H+(aq) + 2e-

Pb(s) + 2H2O (l) PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 4e-

ท่ีขัว้แอโนด (ขัว้บวก)




2H+ (aq) + 2e- H2 (g)

ท่ีขัว้แคโทด (ขัว้ลบ)

ซึง่ต่อกับขัว้ลบของแหล่งกำาเนิดไฟฟา้เป็นขัว้ลบ มฟีองก๊าซ H2 เกิดรอบ ๆ แผ่น Pb อธบิายได้วา่ H+ ในสารละลายกรดกำามะถัน ถกูรดิีวซ์เป็นก๊าซ H2 ดังน้ี




2. การจา่ยไฟ เซลล์สะสมไฟฟา้แบบตะกัว่อยูใ่นรูป เซลล์กัลวานิก นำาขัว้แอโนด A เป็น PbO2 และขัว้ B เป็น Pb มาต่อกับหลอดไฟ จะเกิดปฏิกิรยิาดังนี้

เมื่อจา่ยไฟ




การจา่ยไฟครัง้แรก

H2SO4 H2SO4




Pb(s) Pb2+ (aq) + 2e-

สมการรวม

Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4(s) +

2e-

ท่ีขัว้แอโนด (ขัว้ลบ) B เกิดปฏิกิรยิา Oxidation

Pb2+(aq) + SO42+(aq)

PbSO4(s)




PbO2(s) + 4H+(aq) + 2e- Pb2+

(aq) + 2H2O(l) สมการรวม

PbO2(s)+ 4H+(aq) + SO4

2-(aq) + 2e-

PbSO4(s)+ 2H2O(l)

ท่ีขัว้แคโทด (ขัว้บวก) A เกิดปฏิกิรยิา Reduction

Pb2+(aq) + SO42-(aq)

PbSO4(s)




3. การอัดไฟครัง้ท่ี 2 เป็น เซลล์อิเล็กโทรไลต์ นำาขัว้แอโนด A เป็น PbO2 และขัว้ B เป็น Pb มาต่อกับหลอดไฟ จะเกิดปฏิกิรยิาดังนี้

เมื่ออัดไฟครัง้ท่ี 2




การประจุไฟครัง้ท่ี 2

H2SO4 H2SO4O2 H2




PbSO4(s) + 2H2O(l) PbO2(s) + 4H+(aq) + 2e-

ท่ีขัว้ A เป็นขัว้บวก เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนัจงึเป็น Anode




PbSO4 (s) + 2e- Pb (s) + SO4

2- (aq)

ท่ีขัว้ B เป็นขัว้ลบ เกิดปฏิกิรยิารดัีกชนั จงึเป็น Cathode

ปฏิกิรยิาสทุธขิองการอัดไฟครัง้ท่ี 2 และครัง้ต่อ ๆ ไปคือ2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) +PbO2(s)+ 4H+(aq)+ 2SO4

2-(aq)



ข. เซลล์นิเกิล-แคดเมยีม (Nickel – Cadmium Cell)

เซลล์นิกเกิล - แคดเมยีม หรอื เรยีกอีกชื่อหน่ึงวา่ เซลล์นิ“แคด ” (Nicad cell) เป็นเซลล์ทติุยภมูิชนิดหนึ่งท่ีใชไ้ฟหมดแล้ว สามารถนำาไปอัดไฟใชใ้หมไ่ด้



ข. เซลล์นิเกิล-แคดเมยีม (Nickel – Cadmium Cell) เซลล์นิกเกิล -

แคดเมยีม ใชกั้บนาฬิกาขอ้มอื เครื่องคิดเลข เครื่องโกนหนวดไฟฟา้ และเครื่องมอืถ่ายภาพ เซลล์ชนิดน้ีมแีอโนดเป็นโลหะแคดเมยีม และ แคโทดเป็นนิกเกิล (IV) ออกไซด์ใชเ้บสเป็นสารละลายอิเล็กโตรไลต์ มค่ีาศักย์ไฟฟา้ ของเซลล์คงท่ี เท่ากับ 1.30 โวลต์

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิกเซลล์ทติุยภมู ิ(Secondary cell หรอื Reversible cell)ปฏิกิรยิาท่ีเกิดขึ้นในเซลล์นิเกิล - แคดเมยีม

แอโนด ; Cd (s) + 2OH- (aq) Cd (OH)2 (s) + 2e-

แคโทด ;NiO2 (s) + 2H2O (l) + 2e- Ni(OH)2 (s) + 2OH-

(aq)ปฏิกิรยิาสทุธขิองเซลล์ คือ :

Cd (s) + NiO2 (s) + 2H2O (l) Cd (OH)2 (s) + Ni(OH)2 (s)

จบแล้วล่ะ !!!บทเรยีนไฟฟา้เคม ีระดับชัน้มธัยมศึกษา

ปีท่ี 5

แล้วพบกันใหมโ่อกาสหน้านะ..จะ๊คงเก่ง

Documents

เซลล์กัลวานิก