統測 108年 [化工群] 專業科目(1)

第 19 題

以 10 安培之電流電解稀薄的硫酸水溶液，共歷時 32 分 10 秒，則在陰極會產生多少重量的何種氣體？(原子量：H=1，O＝16；1 法拉第=96500 庫侖)

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請你試著思考：在電解過程中，『陰極』端會吸引水溶液中帶什麼電性的離子？當這些離子在電極表面獲得電子後，根據原子守恆與還原反應的特性，最有可能轉化成哪種狀態的物質？最後，通過電路中的電子總量，與產生物質的質量之間，存在著什麼樣的比例關係呢？

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觀念驗證：電解稀硫酸本質上是電解水。首先將時間換算為秒：$t = 32 \times 60 + 10 = 1930$ s。利用公式 $Q = I \times t$ 算出總電量為 $19300$ 庫侖，換算為電子莫耳數：$$\frac{19300}{96500} = 0.2 \text{ mol } e^-$$在陰極發生還原反應：$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$，因此產生 $0.1$ 莫耳的 $H_2$，其重量為 $0.1 \times 2 = 0.2$ 公克，答案完全正確！
難度點評：此題難度為 medium。鑑別點在於學生是否清楚「陰極」與「陽極」的產物區別，並能精確執行單位換算與法拉第電解定律的數值運算。