专题6 核心素养提升(5) 电化学转化效率问题的解答策略-【优化探究】2024高考化学一轮复习高考总复习配套教参（苏教版 新教材 新高考）

核心素养　专项提能 核心素养提升(五)　电化学转化效率问题的解答策略 授课提示：对应学生用书第215页 　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。 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1.6×10－19 C,1 mol电子数约为6.02×1023,1 mol电子所带电量的绝对值即F＝6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C＝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－)＝。 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－)＝。 [典例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，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：1.6×10－19 C)(　　) A．NA＝ B．NA＝ C．NA＝ D．NA＝ [解析]　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－)＝ 代入＝，整理得NA＝。 [答案]　C 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－1或W·h·L－1]。 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，计算公式为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＝3.6×106 J。 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＝×100%，负载利用电量是通过电解计算出转移电子的物质的量，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。 [典例2]　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＝______________(能量密度＝，已知F＝96 500 C·mol－1　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个－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＝×12×96 500 C·mol－1，W＝U×Q＝1.20 V××12×96 500 C·mol－1所得电功单位是J，需要换算成kW·h，W＝1.20 V××12×96 500 C·mol－1÷(3.6×106 J·kW－1·h－1)，能量密度＝＝≈8.39 kW·h·kg－1。 [答案]　8.39 kW·h·kg－1 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。 1．理论物质消耗和析出的相关计算 [典例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0.5A，电池工作5 min，理论消耗Zn____________________g(已知F＝96 500 C·mol－1，结果保留小数点后两位)。 [解析]　锌是活泼金属，为负极，电极反应式： Zn　－　2e－===Zn2＋ 65 g　 　2 mol m　　　　n(e－) ＝ 将n(e－)＝＝＝ 代入解得m≈0.05 g。 [答案]　0.05 2．能量转化效率的相关计算 [典例4]　若用放电电流强度I＝2.0 A的电池工作10 min，电解精炼铜得到铜0.32 g，则电流利用效率为______________________(结果保留小数点后一位，