盧國(guó)鋒

黑龍江

裝置、過(guò)程和效率是電化學(xué)研究的三駕馬車，作為電化學(xué)重要組成的效率問(wèn)題，教材中出現(xiàn)了比能量和比功率的定義，但很少引起教師的關(guān)注，思則有備，有備無(wú)患，及時(shí)修復(fù)知識(shí)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(shù)與阿伏加德羅常數(shù)的關(guān)系

電化學(xué)中傳遞電子的數(shù)量是計(jì)算的核心，宏觀測(cè)量的電流強(qiáng)度和時(shí)間，通過(guò)法拉第常數(shù)或阿伏加德羅常數(shù)都能獲得電子的物質(zhì)的量。

1 mol元電荷所具有的電量的絕對(duì)值稱為法拉第常數(shù)(F)，元電荷又稱“基本電量”， 是1個(gè)電子或1個(gè)質(zhì)子所帶的電量，電子與質(zhì)子電性相反，絕對(duì)值不考慮正負(fù)問(wèn)題，只考慮數(shù)值。

1個(gè)電子電量是1.6×10-19C，1 mol電子數(shù)約為 6.02×1023,1 mol電子所帶電量的絕對(duì)值即F=6.02×1023mol-1×1.6×10-19C=96 320 C/mol，試題中經(jīng)常提供的數(shù)值為F=96 500 C/mol。

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

( )

解析：陰極析出金屬，電極反應(yīng)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(zhì)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(zhì)量或體積指表達(dá)式中質(zhì)量或體積處在分母位置，從單位看是kg或L。電池理論產(chǎn)生的電能處在表達(dá)式的分子位置，計(jì)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(shí)間，單位為秒(s)；Q是電量，單位為庫(kù)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(zhì)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(zhì)與能量?jī)纱蠼嵌阮}型歸納訓(xùn)練

化學(xué)變化過(guò)程同時(shí)存在著物質(zhì)和能量變化，同時(shí)遵守質(zhì)量守恒和能量守恒。原電池和電解池電極反應(yīng)式直接計(jì)算屬于理想狀態(tài)，不考慮效率問(wèn)題，若用實(shí)際析出物質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算，因存在其他副反應(yīng)，要考慮電流效率問(wèn)題。

類型一：理論物質(zhì)消耗和析出的相關(guān)計(jì)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(guò)程產(chǎn)生MnOOH，維持電流強(qiáng)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(fù)極，電極反應(yīng)式：

65 g 2 mol

答案：0.05

(1)正、負(fù)極的電極材料中， 極先消耗完。

(2)理論上該電池放電最長(zhǎng)時(shí)間是多少小時(shí)？(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(zhuǎn)化效率的相關(guān)計(jì)算

答案：80.4%