电化学转化效率问题的解答策略

卢国锋

黑龙江

装置、过程和效率是电化学研究的三驾马车，作为电化学重要组成的效率问题，教材中出现了比能量和比功率的定义，但很少引起教师的关注，思则有备，有备无患，及时修复知识体系的漏洞，避免失分是非常重要的。

策略一：厘清法拉第常数与阿伏加德罗常数的关系

电化学中传递电子的数量是计算的核心，宏观测量的电流强度和时间，通过法拉第常数或阿伏加德罗常数都能获得电子的物质的量。

1 mol元电荷所具有的电量的绝对值称为法拉第常数(F)，元电荷又称“基本电量”， 是1个电子或1个质子所带的电量，电子与质子电性相反，绝对值不考虑正负问题，只考虑数值。

1个电子电量是1.6×10-19C，1 mol电子数约为 6.02×1023,1 mol电子所带电量的绝对值即F=6.02×1023mol-1×1.6×10-19C=96 320 C/mol，试题中经常提供的数值为F=96 500 C/mol。

例1以石墨为电极，用电流强度为I(安培)的直流电电解足量RCly的水溶液，tmin后，精确测得电极上析出ng金属R，设金属R的摩尔质量为Mg/mol，则阿伏加德罗常数的计算式可表示为(每个电子电量：1.6×10-19C)

( )

解析：阴极析出金属，电极反应式为

Mgymol

ngn(e-)

答案：C

策略二：利用题中新定义信息逆向求解

1.比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少[单位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。

单位质量或体积指表达式中质量或体积处在分母位置，从单位看是kg或L。电池理论产生的电能处在表达式的分子位置，计算公式W=U×I×t=U×Q=P×t，其中W是电功，单位为焦耳(J)；U是电压，单位为伏特(V)；I是电流，单位为安培(A)；t是时间，单位为秒(s)；Q是电量，单位为库仑(C)，P是功率，单位为瓦(W)，1 kW·h=3.6×106J。

2.比功率：电池单位质量或单位体积所输出功率的大小[单位：(W)/kg或(W)/L]，P=UI。

答案：8.39(kW·h)/kg

策略三：物质与能量两大角度题型归纳训练

化学变化过程同时存在着物质和能量变化，同时遵守质量守恒和能量守恒。原电池和电解池电极反应式直接计算属于理想状态，不考虑效率问题，若用实际析出物质数据计算，因存在其他副反应，要考虑电流效率问题。

类型一：理论物质消耗和析出的相关计算

例3酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物。该电池在放电过程产生MnOOH，维持电流强度为0.5 A，电池工作5 min，理论消耗Zn g。(已知F=96 500 C/mol)

解析：锌是活泼金属，为负极，电极反应式：

65 g 2 mol

答案：0.05

(1)正、负极的电极材料中， 极先消耗完。

(2)理论上该电池放电最长时间是多少小时？(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

类型二：能量转化效率的相关计算

答案：80.4%