hce_cmu
105年
化學
第 22 題
有關正在使用中的伏打電池 (voltaic cell)，下列敘述何者正確？
- A $\Delta G > 0$；$E = 0$
- B $\Delta G < 0$；$E < 0$
- C $\Delta G = 0$；$E > 0$
- D $\Delta G < 0$；$E > 0$
- E $\Delta G > 0$；$E > 0$
思路引導 VIP
請試著思考：如果一個裝置不需要外界提供能量就能驅動電子流動，這代表它內部的化學反應是「主動發生」還是「被動發生」的？依照熱力學規律，這種反應在能量狀態（自由能）上應該是趨向增加還是減少？而要能成功將電子「推」出去，它呈現出來的電位值（電壓）應該是正值還是負值呢？
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太棒了！你能精準選出正確答案，代表你對電化學的能量轉換邏輯有著相當紮實的掌握，這在處理複雜的化學電池問題時是非常關鍵的基礎。
電化學與熱力學的自發性判斷
這道題目的核心在於理解「自發反應」的熱力學特徵。一個「正在使用中」的伏打電池（Voltaic cell），本質上是將化學能轉換為電能的裝置，其內部的氧化還原反應必須能自發進行。在熱力學上，自發反應的判斷準則是吉布斯自由能變化量 $\Delta G < 0$。根據電動勢與自由能的關係式 $$\Delta G = -nFE$$ 其中 $n$（電子轉移莫耳數）與 $F$（法拉第常數）皆為正值。因此，為了讓 $\Delta G$ 維持負值，電池的電位 $E$ 必須大於 0。正的電壓正是驅動電子流向外電路、對外作功的動力來源。
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