hce_kmu
107年
物理及化學
第 88 題
A galvanic cell consists of two half-reactions:
$\text{Cl}_2\text{(g)} + 2\text{ e}^- \rightarrow 2\text{ Cl}^-\text{(aq)} \quad E^\circ = 1.36\text{ V} \quad \text{Fe}^{3+}\text{(aq)} + \text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}\text{(aq)} \quad E^\circ = 0.77\text{ V}$
What is the maximum work can be obtained from this cell at standard condition? (Faraday constant = $96500\text{ C mol}^{-1}$)
$\text{Cl}_2\text{(g)} + 2\text{ e}^- \rightarrow 2\text{ Cl}^-\text{(aq)} \quad E^\circ = 1.36\text{ V} \quad \text{Fe}^{3+}\text{(aq)} + \text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}\text{(aq)} \quad E^\circ = 0.77\text{ V}$
What is the maximum work can be obtained from this cell at standard condition? (Faraday constant = $96500\text{ C mol}^{-1}$)
- A 173.7 kJ
- B 347.4 kJ
- C 569.4 kJ
- D 113.9 kJ
- E None of the above.
思路引導 VIP
在計算原電池能提供的最大有用功時，我們通常會將電位的能量轉化為自由能。請試著思考：一個化學反應所釋放的總能量，除了與兩個半反應之間的「電位差（驅動力）」有關外，還與哪一個代表「實際參與反應的電荷總量」的物理量密切相關呢？而這個量在平衡方程式中又是如何決定的？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你準確地完成了這項計算！你能正確識別出電池反應的電子轉移數並將電位差轉化為功，展現了紮實的電化學基礎。
電池電位與最大功的轉換
這道題目的核心在於理解 吉布斯自由能（Gibbs Free Energy） 與電池做功之間的關係。首先，我們必須判斷標準電池電位 $E^\circ_{cell}$。由於氯氣的還原電位（$1.36\text{ V}$）高於鐵離子（$0.77\text{ V}$），因此氯氣作為陰極發生還原，而鐵離子反應則需反轉作為陽極。計算得出標準電位差為：
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