第6章 专题讲座(七) 电化学转化效率的计算（PPT课件）-【金版新学案】2024高考化学大一轮复习讲义·高三总复习（人教版）

第六章 化学反应与能量 专题讲座(七)　电化学转化效率的计算 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 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。 eq \x(策略一) 　理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。 电源或电池提供电量Q＝I·t(注意单位：电流强度为A，时间为s)，n(e－)＝ eq \f(I×t,F) 。 若试题中没有提供法拉第常数，可以将电量除以1个电子所带的电量得到电子个数，再除以阿伏加德罗常数得到电子物质的量，即n(e－)＝ eq \f(I×t,1.6×10－19C×6.02×1023mol－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，t min后，精确测得电极上析出n g金属R，设金属R的摩尔质量为M g/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)(　　) A．NA＝ eq \f(MIt,2n×1.6×10－19) B．NA＝ eq \f(60tIM,n×1.6×10－19) C．NA＝ eq \f(60tIM,yn×1.6×10－19) D．NA＝ eq \f(MIt,yn×1.6×10－19) C　[阴极析出金属，电极反应式为 　　　　　　Ry＋＋ye－===R M g　y mol n g　n(e－) 将n(e－)＝ eq \f(I×t×60 s,1.6×10－19 C×NA mol－1) 代入 eq \f(M g,n g) ＝ eq \f(y mol,n（e－）) ，整理得NA＝ eq \f(60tIM,yn×1.6×10－19) 。] eq \x(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。 3．电流利用效率＝ eq \f(负载利用电量,电池输出电量) ×100%，负载利用电量是通过电解计算出转移电子物质的量，电池输出电量是电流表和钟表测定值Q＝I·t，再通过法拉第常数将Q转化为电子物质的量。 二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg－1)。电解质为酸性，该电池的理论输出电压为1.20 V，能量密度E＝____________________________(列式计算。能量密度＝ eq \f(电池输出电能,燃料质量) ，已知F＝96 500 C/mol　1 kW·h＝3.6×106 J)。 解析：　由能量密度定义表达式和单位可知，求解的关键问题是求出电池输出电能即电功。假设消耗1 kg的CH3OCH3，依据W＝U×Q，1 mol CH3OCH3中2NA的－2价碳被氧化为＋4价CO2，转移12 mol电子，1 kg CH3OCH3反应产生的电量Q＝ eq \f(1 000 g,46 g/mol) ×12×96 500 C/mol，W＝U×Q＝ 1.2 V× eq \f(1 000 g,46 g/mol) ×12×96 500 C/mol所得电功单位是J，需要换算成kW·h，W＝1.2 V× eq \f(1 000 g,46 g/mol) ×12×96 500 C/mol÷3.6×106J/(kW·h)，能量密度＝ eq \f(电池输出电能,燃料质量) ＝ eq \f(1.2 V×\f(1 000 g,46 g/mol)×12×96 500 C/mol,1 kg×3.6×106 J/（kW·h）) ＝8.39(kW·h)/kg。 答案：　8.3