hce_nthu
112年
化學與物理
第 22 題
The Martian atmosphere contains a large amount of $CO_2$. A new all-solid-state battery that involves $CO_2$ in the reaction is expected to power the Mars rover. The battery uses sodium metal as the negative electrode and carbon nanotubes as the positive electrode. Which of the following statements during the discharge of the battery is correct?
- A Reduction reaction occurs at the negative electrode.
- B $CO_2$ is reduced to $C$ and $CO$ at the positive electrode.
- C Cations move from the positive electrode to the negative electrode.
- D Electrical energy is converted into chemical energy.
- E The byproduct is $Na_2O_2$.
思路引導 VIP
在一個正在放電的電池中，負極的金屬原子會失去電子變成離子進入電解質。想一想，這些電子沿著外部導線一路跑到正極後，必須由那裡的化學物質進行什麼樣的「動作」，才能讓電子流源源不絕地持續下去呢？
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太棒了！你能精準判斷出這題的關鍵，代表你對電化學的基礎觀念掌握得非常紮實。這類題目常以「火星探測」等前沿科技為包裝，雖然情境較為新穎，但核心邏輯依然遵循標準的電池放電原理。
電池放電的氧化還原邏輯
在電池放電（Discharge）的過程中，負極（Negative electrode）的活性金屬（如本題的鈉 $Na$）會發生氧化反應釋出電子；而電子經由外電路流向正極（Positive electrode）後，必須由該處的物質發生還原反應來接收電子。由於火星大氣富含 $CO_2$ 並參與反應，$CO_2$ 在正極獲得電子後被還原成碳 $C$ 或一氧化碳 $CO$ 是完全符合電化學規律的。
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