高考申論題
113年
[環境檢驗] 分析化學
第 一 題
📖 題組：
電池由鹽橋分隔之兩半電池溶液組成，Pt∣溶液 A‖溶液 B | Pt , A 溶液由含 1 M HClO4 30.0 mL 0.0500 M Cu+及含 1 M HClO4 50.0 mL 0.0100 M Ce4+混合而成。 B 溶液由含 1 M HClO4 20.0 mL 0.0200 M Fe2+及含 1 M HClO4 50.0 mL 0.0100 M Ce4+混合而成。 Cu2+ + e- ⇌ Cu+, E°= 0.161 V Fe3+ + e- ⇌ Fe2+, E°= 0.767 V Ce4+ + e- ⇌ Ce3+, E°= 1.70 V
電池由鹽橋分隔之兩半電池溶液組成，Pt∣溶液 A‖溶液 B | Pt , A 溶液由含 1 M HClO4 30.0 mL 0.0500 M Cu+及含 1 M HClO4 50.0 mL 0.0100 M Ce4+混合而成。 B 溶液由含 1 M HClO4 20.0 mL 0.0200 M Fe2+及含 1 M HClO4 50.0 mL 0.0100 M Ce4+混合而成。 Cu2+ + e- ⇌ Cu+, E°= 0.161 V Fe3+ + e- ⇌ Fe2+, E°= 0.767 V Ce4+ + e- ⇌ Ce3+, E°= 1.70 V
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請寫出 A、B 兩溶液之平衡反應式。（5 分）
思路引導 VIP
看到混合不同氧化還原對的溶液，首先比較各半反應的標準還原電位（E°）。電位高者作為氧化劑發生還原反應（此題為 Ce4+），電位低者作為還原劑發生氧化反應（此題為 Cu+ 與 Fe2+），兩半反應相加消去電子即為該溶液自發進行的平衡反應式。
小題 (二)
計算 A、B 兩半電池之電位及電池電位，並寫出電流經外部導線由何溶液流向何溶液。（10 分）
思路引導 VIP
本題的關鍵在於先處理半電池內的氧化還原反應：依據化學計量找出限量試劑，分別計算反應後溶液 A 與溶液 B 中氧化態與還原態的莫耳數（或濃度比）。接著套用能斯特方程式（Nernst equation）求得各半電池電位，最後透過 E_cell = E_右 - E_左 算出電池電位，並依電位高低區分電子流向與傳統電流方向的差異。