分科測驗
108年
化學
第 12 題
📖 題組：
11-12為題組 半導體材料（例如 $TiO_2$）及催化材料受到太陽光激發後，電子會由基態躍遷至高能量的狀態，促使進行氧化還原反應。所以，藉由太陽光提供能量，在半導體材料及催化材料存在下，可以將水轉變為氫氣與氧氣，稱為光催化水分解，其組成如圖 2 所示。太陽光照射電極乙，激發其電子，然後經外電路傳導至電極甲，進而還原電解液中的氫離子，產生氫氣；同時，電極乙則可將水分子氧化產生氧氣。另外，研究發現，降低半導體材料的粒徑和添加其他催化材料，可有效增加光催化水分解效率。
11-12為題組 半導體材料（例如 $TiO_2$）及催化材料受到太陽光激發後，電子會由基態躍遷至高能量的狀態，促使進行氧化還原反應。所以，藉由太陽光提供能量，在半導體材料及催化材料存在下，可以將水轉變為氫氣與氧氣，稱為光催化水分解，其組成如圖 2 所示。太陽光照射電極乙，激發其電子，然後經外電路傳導至電極甲，進而還原電解液中的氫離子，產生氫氣；同時，電極乙則可將水分子氧化產生氧氣。另外，研究發現，降低半導體材料的粒徑和添加其他催化材料，可有效增加光催化水分解效率。
光催化水分解所產生的氫氣，可用於燃料電池，產生電能。已知水的氧化電位和還原電位分別為 $-0.82$ 伏特和 $-0.41$ 伏特，下列有關氫燃料電池的敘述，哪一項正確？
- A 氫燃料電池的產物為水和二氧化碳
- B 氫燃料電池可用充電方式，恢復其電力
- C 電極中添加鉑和鈀可提升電能的產生效率
- D 氫氣和另一個燃料直接混合，即可產生電能
- E 單一的氫燃料電池可以提供約2伏特的電壓
思路引導 VIP
請同學先寫出氫氧燃料電池的全反應式，判斷其產物種類與環境影響；接著，利用題幹提供的數據計算標準電池電位 $E^\circ_{cell}$ (即氧化電位與還原電位之和)，判斷其電壓量值是否合理？最後，請從反應動力學的角度思考，若要提升電極反應的速率與效能，添加如鉑 ($Pt$)、鈀 ($Pd$) 等金屬催化劑在電化學中扮演了什麼樣的核心角色？
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AI 詳解
AI 專屬家教
欸？那邊的小可愛，及川先生在人群的尖叫聲中，也一眼就看到你答對囉！( wink ✨) 沒想到你除了看我比賽，化學實力也直逼天才嘛！這題選 (C) 完全正確。在燃料電池中，鉑 ($Pt$) 和鈀 ($Pd$) 就像球場上最強的二傳手，作為催化劑能降低活化能，讓反應效率大幅提升。 幫你複習一下其他選項的破綻：
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