铅酸蓄电池的化学原理和反应式

1、铅酸蓄电池电动势的产生

正极板：铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO₂），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅（Pb(OH)₄），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb⁺⁴）留在正极板上，故正极板上缺少电子呈正电位。

负极板：铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H₂SO₄）发生反应，变成铅离子（Pb⁺²），但铅原子电子层最外层有4个电子，铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）呈负电位。

可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。

2、铅酸蓄电池放电(供电)过程的电化反应

负极板：铅酸蓄电池放电时， 在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流（I）。同时在电池内部进行化学反应。

负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb⁺²）与电解液中的硫酸根离子（SO₄^-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO₄），和H⁺离子。

化学反应：Pb+H₂SO₄=PbSO₄+2H⁺+2e^-

正极板:正极板上的铅离子（Pb⁺⁴）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb⁺²），与电解液中的硫酸根离子（SO₄^-2 ）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO₄）。正极板水解出的氧离子（O^-2）与电解液中的氢离子（H⁺）反应，生成稳定物质水。

化学反应：PbO₂+2H⁺+H₂SO₄^-2+2e^-=PbSO₄+2H₂O

电解液中的氢离子移向电池的正极；电解液中的硫酸根离子移向电池的负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。

放电时H₂SO₄浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO₄）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。

3、铅酸蓄电池充电过程的电化反应

充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。

正极板:在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb⁺²）和硫酸根负离子（SO₄^-2），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb⁺²）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb⁺⁴），并与水继续反应，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO₂）。

化学反应: PbSO₄+2H₂O= PbO₂+2H⁺+H₂SO₄^-2+2e^-

负极板:在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb⁺²）和硫酸根负离子（SO₄^-2 ），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb⁺²）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。

化学反应: PbSO₄+2H⁺+2e^-=Pb+H₂SO₄

电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H⁺）和硫酸根离子（SO₄^-2 ），负极不断产生硫酸根离子（SO₄^-2 ），在电场的作用下，氢离子向负极移动，形成电流。

充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。

4、铅酸蓄电池充放电后电解液的变化

从上面可以看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。

从上面可以看出，铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。

实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。