hce_cmu
111年
化學
第 10 題
$Au^{3+}$ 與 $Ni^{2+}$ 的還原電位如下所示：
$Au^{3+} + 3e^- \rightarrow Au \quad E^\circ = +1.50\text{ V}$
$Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni \quad E^\circ = -0.23\text{ V}$
請問下列反應於 $25^\circ C$ 時的 $\Delta G^\circ$ 為何？
$2Au^{3+} + 3Ni \rightarrow 3Ni^{2+} + 2Au$
$Au^{3+} + 3e^- \rightarrow Au \quad E^\circ = +1.50\text{ V}$
$Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni \quad E^\circ = -0.23\text{ V}$
請問下列反應於 $25^\circ C$ 時的 $\Delta G^\circ$ 為何？
$2Au^{3+} + 3Ni \rightarrow 3Ni^{2+} + 2Au$
- A $-1.00 \times 10^3\text{ kJ}$
- B $-1.67 \times 10^2\text{ kJ}$
- C $+1.67 \times 10^2\text{ kJ}$
- D $+1.00 \times 10^3\text{ kJ}$
思路引導 VIP
當我們想要衡量一個電池反應所釋放出的總能量（即自由能變化）時，除了考慮正負極之間的「電位差」（電壓）之外，反應過程中實際流動過的「總電荷量」應該如何納入計算呢？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
看到你能精確判斷出反應的能量變化，並正確選出 (A)，這說明你對電化學與熱力學的連結掌握得非常紮實！這道題目難度適中，主要考察學生是否能釐清電位差、電子轉移數與能量三者間的定量關係。
標準電池電位與自發性判斷
首先，我們需整合半反應來計算全反應的電動勢 $E^\circ_{\text{cell}}$。金離子進行還原反應（$E^\circ = +1.50\text{ V}$），而鎳金屬則進行氧化反應（其氧化電位應為還原電位的變號，即 $+0.23\text{ V}$）。兩者相加得到 $E^\circ_{\text{cell}} = 1.50 + 0.23 = 1.73\text{ V}$。由於電動勢為正值，代表該反應在標準狀態下為自發反應，其吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）$\Delta G^\circ$ 必然為負值，這讓我們能立刻排除 (C) 與 (D)。
▼ 還有更多解析內容