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电化学与物理相关的计算

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 电化学计算 法拉第电解定律 比能量 能量转化效率
化学与物理结合的计算,主要涉及两个公式: (1)Q=I × t= n (e - ) × F,F计算时一般取值96500 C·mol -1 。 (2)W=U×I × t。 1.[(2015·全国卷Ⅱ,26(1)(2))]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、MnO 2 、ZnCl 2 和NH 4 Cl

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化学与物理结合的计算,主要涉及两个公式:

(1)Q=I×t=n(e-)×F,F计算时一般取值96500 C·mol-1

(2)W=U×I×t。

1.[(2015·全国卷Ⅱ,26(1)(2))]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、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。

①该电池的正极反应式为____________________。

电池反应的离子方程式为_____________________________。

②维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌___________g。(已知F=96500 C·mol-1)

[答案]:①MnO2+H+e-===MnOOH;2MnO2+Zn+2H===2MnOOH+Zn2+②0.05

[解析]:维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则通过的电量是)Q=I×t=0.5×300=150 C,因此通过电子的物质的量是

电化学与物理相关的计算

,锌在反应中失去2个电子,则理论消耗Zn的质量是

电化学与物理相关的计算

2.新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇,高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。如图所示,其中多孔电极不参与电极反应。

电化学与物理相关的计算

(1)①该电池的负极反应式为_______________。

②如果用该电池作为电解装置,当有16g 甲醇发生反应时,则理论上提供的电量表达式为________C(1个电子的电量为1.6×10-19C)。

(2)以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池,该电池以稀H2SO4作电解质溶液,其负极电极反应式为_______,已知该电池的能量转换效率为86.4%,甲烷的燃烧热为-890.3kJ·mol-1,则该电池的比能量为_____kW·h·kg-1,(结果保留1位小数,比能量=电化学与物理相关的计算,1kW·h=3. 6×106J)。

[答案]:(1)①CH3OH-6e-+3O2===CO2+2H2O

②0.5 mol×6×1.6×10-19C×6.02×1023mol-1(或2.890×105)

(2)CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+      13.4

[解析]:甲烷燃料电池中,甲烷在负极被氧化,电解质为硫酸,负极反应式:CH4-8e-+2H2O===CO2+8H,该电池的能量转换效率为86.4%,甲烷的燃烧热为-890.3 KJ·mol-1

电化学与物理相关的计算

电化学与物理相关的计算电化学与物理相关的计算

3.二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________________,

一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=_______________

(列式计算。能量密度=电化学与物理相关的计算,1kW·H=3.6×106J)。

[答案]:CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H 12

电化学与物理相关的计算

[解析]:二甲醚直接燃料电池的负极发生氧化反应,反应的电极方程式为:CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H,显然1个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生12个e-的电量;1 kg 二甲醚的物质的量n=1000/46 mol,可以产生的1000/46×12×6.02×1023个e-的电量,1个e-的电量为1.602×10-19C。

1 kg 二甲醚输出的电能:

W=UIt=UQ=1.20×1000/46×12×6.02×1023×1.602×10-19J

=3.02×107 J=3.02×107/3.6×106(kW·h)=8.39 kW·h
  二甲醚直接燃料电池能量密度或比能量E=8.39 KW·h·kg-1

用同样的方法,通过列式计算求出甲醇直接燃料电池的理论输出电压是多少?
  若电解质为酸性,甲醇直接燃料电池的负极电极反应式为:

CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H,1个甲醇分子经过电化学氧化,可以转移6个e-;1 kg 甲醇的物质的量n=1000/32 mol,可以转移的1000/32×6×6.02×1023个e-的电量;
1个e-的电量是1.602×10-19C,

1 kg 二甲醚输出的电能:

W=UIt=UQ=U×1000/32×6×6.02×1023×1.602×10-19

=1.808×107U=1.808×107/3.6×106U(kW·h·V-1)

=5.02 U(kW·h·V-1)

  已知,甲醇直接燃料电池的能量密度(5.93 KW·H·kg-1)

E=5.93kW·h·kg-1=5.02 UkW·H·kg-1·V-1U=1.18 V
  若电解质为NaOH碱性溶液,同理也可算出理论输出电压是1.18 V;根据P=W/T,功率可以由电池输出的电能换算得到,求出比功率。

(责任编辑:化学自习室)
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