高考申論題
110年
[化學工程] 物理化學(包括化工熱力學)
第 一 題
📖 題組：
如果以 Co|Co2+、Ni|Ni2+組成 Co|Co2+ ‖ Ni2+|Ni 之電化電池。Co|Co2+、Ni|Ni2+的標準電極電位分別為： （i） Ni2+ + 2 e- Ni Eo = -0.257 V （ii）Co2+ + 2 e- Co Eo = -0.280 V
如果以 Co|Co2+、Ni|Ni2+組成 Co|Co2+ ‖ Ni2+|Ni 之電化電池。Co|Co2+、Ni|Ni2+的標準電極電位分別為： （i） Ni2+ + 2 e- Ni Eo = -0.257 V （ii）Co2+ + 2 e- Co Eo = -0.280 V
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請計算此電池之標準電動勢（emf）。（5 分）
思路引導 VIP
看到此題，首先要辨認電化電池的表示法。根據標記法『左負右正』，左側為陽極（氧化），右側為陰極（還原）。接著利用標準還原電位公式計算電池電動勢。關鍵在於：電池電動勢 = 陰極電位 - 陽極電位（E_cell = E_cathode - E_anode）。
小題 (二)
在 25°C 時，且 Co|Co2+電極的[Co2+] = 1 m，請計算 Ni2+|Ni 半電池中的 Ni2+濃度，恰好可以使此電池的電動勢為 0。法拉第常數（F）= 96485 C/mol。（15 分）
思路引導 VIP
當電池電動勢不處於標準狀態（非 1M）或需計算平衡點時，必須使用能斯特方程式（Nernst Equation）。首先寫出全電池反應式，確定電子轉移數 n，再將已知條件（E=0, [Co2+]=1, E°）代入公式求解 [Ni2+]。注意 25°C 時，RT/nF 常用常數值為 0.0592/n。