電化學轉化效率問題的解答策略

盧國鋒

黑龍江

裝置、過程和效率是電化學研究的三駕馬車，作為電化學重要組成的效率問題，教材中出現了比能量和比功率的定義，但很少引起教師的關注，思則有備，有備無患，及時修復知識體系的漏洞，避免失分是非常重要的。

策略一：厘清法拉第常數與阿伏加德羅常數的關系

電化學中傳遞電子的數量是計算的核心，宏觀測量的電流強度和時間，通過法拉第常數或阿伏加德羅常數都能獲得電子的物質的量。

1 mol元電荷所具有的電量的絕對值稱為法拉第常數(F)，元電荷又稱“基本電量”， 是1個電子或1個質子所帶的電量，電子與質子電性相反，絕對值不考慮正負問題，只考慮數值。

1個電子電量是1.6×10-19C，1 mol電子數約為 6.02×1023,1 mol電子所帶電量的絕對值即F=6.02×1023mol-1×1.6×10-19C=96 320 C/mol，試題中經常提供的數值為F=96 500 C/mol。

例1以石墨為電極，用電流強度為I(安培)的直流電電解足量RCly的水溶液，tmin后，精確測得電極上析出ng金屬R，設金屬R的摩爾質量為Mg/mol，則阿伏加德羅常數的計算式可表示為(每個電子電量：1.6×10-19C)

( )

解析：陰極析出金屬，電極反應式為

Mgymol

ngn(e-)

答案：C

策略二：利用題中新定義信息逆向求解

1.比能量：電池單位質量或單位體積所輸出電能的多少[單位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。

單位質量或體積指表達式中質量或體積處在分母位置，從單位看是kg或L。電池理論產生的電能處在表達式的分子位置，計算公式W=U×I×t=U×Q=P×t，其中W是電功，單位為焦耳(J)；U是電壓，單位為伏特(V)；I是電流，單位為安培(A)；t是時間，單位為秒(s)；Q是電量，單位為庫侖(C)，P是功率，單位為瓦(W)，1 kW·h=3.6×106J。

2.比功率：電池單位質量或單位體積所輸出功率的大小[單位：(W)/kg或(W)/L]，P=UI。

答案：8.39(kW·h)/kg

策略三：物質與能量兩大角度題型歸納訓練

化學變化過程同時存在著物質和能量變化，同時遵守質量守恒和能量守恒。原電池和電解池電極反應式直接計算屬于理想狀態，不考慮效率問題，若用實際析出物質數據計算，因存在其他副反應，要考慮電流效率問題。

類型一：理論物質消耗和析出的相關計算

例3酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、二氧化錳、氯化鋅和氯化銨等組成的糊狀填充物。該電池在放電過程產生MnOOH，維持電流強度為0.5 A，電池工作5 min，理論消耗Zn g。(已知F=96 500 C/mol)

解析：鋅是活潑金屬，為負極，電極反應式：

65 g 2 mol

答案：0.05

(1)正、負極的電極材料中， 極先消耗完。

(2)理論上該電池放電最長時間是多少小時？(已知F=96 500 C/mol)

(2)Q=n(e-)·F=0.418 mol×2×96 500 C/mol

答案：(1)正 (2)22.41 h

類型二：能量轉化效率的相關計算

答案：80.4%