高考申論題
113年
[化學工程] 物理化學(包括化工熱力學)
第 三 題
鐵與硫酸銅於進行氧化還原反應，Fe + CuSO₄ ⇌ FeSO₄ + Cu，在 25℃、1atm 下，鐵與銅之標準還原電位（standard reduction potential）分別為 −0.44 V 和 0.34 V。法拉第常數（Faraday constant）為 96485 C mol⁻¹。計算此反應之平衡常數。（15 分）
📝 此題為申論題
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看到標準還原電位與平衡常數的計算，應立即聯想熱力學基本關係式：標準吉布斯自由能變化 $\Delta G^\circ$ 與電池電位 $E^\circ$ 及平衡常數 $K$ 的關聯。解題時先寫出正確的半反應以決定轉移電子數 $n$ 並求出標準電池電位 $E^\circ_{\text{cell}}$，再代入 $\ln K = nFE^\circ_{\text{cell}} / RT$ 求得平衡常數。
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【解題關鍵】結合電化學與熱力學基本公式：$\Delta G^\circ = -nFE^\circ_{\text{cell}} = -RT \ln K$，推導出 $\ln K = \frac{nFE^\circ_{\text{cell}}}{RT}$ 進行計算。 【解答】 Step 1：寫出氧化還原半反應並判定轉移電子數 ($n$)
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