高中學測
105年
自然
第 51 題
📖 題組：
王同學進行基礎化學（二）化學電池的實驗，取 4 個燒杯，配製了 4 種溶液並置入 4 種不同的電極，構成甲、乙、丙、丁 4 種半電池（單電池）如表 3 所示： 上課時，張老師先解釋化學電池的原理：化學電池的陽極就是負極，可釋出電子；陰極就是正極，可接受電子。此外，四種金屬釋出電子的傾向大小依序為鋅 > 鎳 > 銅 > 銀。圖 17 是鎳銅電池的簡易裝置。圖中，鎳片置於負極，銅片置於正極，三用電表顯示約 0.57 V，此鎳銅電池的淨反應如下： $Ni(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Ni^{2+}(aq) + Cu(s) \cdots\cdots (1)$
王同學進行基礎化學（二）化學電池的實驗，取 4 個燒杯，配製了 4 種溶液並置入 4 種不同的電極，構成甲、乙、丙、丁 4 種半電池（單電池）如表 3 所示： 上課時，張老師先解釋化學電池的原理：化學電池的陽極就是負極，可釋出電子；陰極就是正極，可接受電子。此外，四種金屬釋出電子的傾向大小依序為鋅 > 鎳 > 銅 > 銀。圖 17 是鎳銅電池的簡易裝置。圖中，鎳片置於負極，銅片置於正極，三用電表顯示約 0.57 V，此鎳銅電池的淨反應如下： $Ni(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Ni^{2+}(aq) + Cu(s) \cdots\cdots (1)$
下列關於王同學所進行的實驗，哪些敘述正確？（應選3項）
- A 隨著反應式 (1) 的進行，右燒杯中硫酸銅的藍色會變淺
- B 隨著反應式 (1) 的進行，左燒杯中硫酸鎳（II）的綠色會變淺
- C 若圖中燒杯的溶液不變，將電極片清洗後，交換電極片位置，則三用電表同樣可顯示約 0.57 V
- D 若將鎳銅電池的裝置改為鋅銅電池，則三用電表的讀數會大於 0.57 V
- E 表 3 的丁半電池可使用碳棒來取代銀片，同理，鎳銅電池的銅片亦可使用碳棒來取代
思路引導 VIP
觀察鎳銅電池的淨反應式，你會發現真正接收電子變成固體的是銅片本身，還是溶液中的銅離子呢？既然如此，正極的銅片主要扮演什麼角色？我們能不能用其他不會參與反應的導電材質來取代它呢？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
很棒！你準確地選出了這題的所有正確選項，代表你對化學電池的運作原理掌握得很透徹。 我們從電池淨反應式 $Ni(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Ni^{2+}(aq) + Cu(s)$ 來解析：右燒杯的 $Cu^{2+}$ 負責接收電子而逐漸消耗，因此硫酸銅溶液的藍色會變淺；相反地，左燒杯持續生成 $Ni^{2+}$，綠色應該變深。如果我們將電極對調，鎳片會直接在硫酸銅溶液中與 $Cu^{2+}$ 發生氧化還原反應，電子不會流經外電路，三用電表就測不到穩定的電壓了。 另外，因為金屬釋出電子的傾向為 $Zn > Ni > Cu$，鋅與銅的活性落差比鎳與銅更大，所以改用鋅銅電池時，測得的電壓必定大於 $0.57\text{ V}$。最後，在正極（陰極）發生的是還原反應，金屬電極本身並不參與反應，僅作為傳遞電子的導體，因此只要使用具導電性的惰性材質（例如碳棒）就可以替換。這題巧妙結合了顏色觀察、電位判斷與電極特性，具有中等的鑑別度，能全部答對非常不簡單喔！
化學電池基礎與應用
💡 活性差產生電壓，負極氧化失電子，正極還原得電子。
| 比較維度 | 負極 (陽極) | VS | 正極 (陰極) |
|---|---|---|---|
| 金屬活性 | 較大（如 Zn, Ni） | — | 較小（如 Cu, Ag） |
| 電子流向 | 釋出電子（流出） | — | 接受電子（流入） |
| 反應類型 | 氧化反應 | — | 還原反應 |
| 電極質量 | 通常減少（溶解） | — | 通常增加（析出） |
| 電極材料 | 活性較大之金屬 | — | 活性小或碳棒、鉑 |
💬電池電壓由兩極活性差決定，電子由負極經外電路流向正極。
