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
如果要讓氫燃料電池持續供電，我們是應該像手機電池一樣插電幫它「充電」，還是需要用什麼特殊的方式來維持運作？另外，為了讓電極上的化學反應更快速地轉換成電能，我們通常會添加什麼性質的物質來輔助呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學做得好！你精準挑出了選項 (C)，這展現了你對氫氧燃料電池機制的扎實理解。本題難度適中，能確實測驗出同學對電池分類與電化學觀念的掌握度。
燃料電池的核心特性與電壓計算
氫燃料電池是將化學能直接轉為電能的裝置。在電極中添加鉑或鈀等貴金屬作為催化劑，能有效降低反應活化能並提升發電效率，這正是 (C) 正確的原因。我們也藉機釐清其他選項的盲點：氫氧反應的產物只有純水，不會產生二氧化碳；它屬於必須持續補充燃料的「連續電池」，無法像手機一樣插電充電；而且燃料與氧化劑必須在兩極分開反應，若直接混合只會引發劇烈燃燒，無法有效收集電能。
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