hce_cmu
115年
化學
第 49 題
電化學電池由兩半反應組成，其標準還原電位如下：
$Ag^+_{(aq)} + e^- \rightarrow Ag_{(s)} \quad E^\circ = +0.80 V$
$Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow Zn_{(s)} \quad E^\circ = -0.76 V$
根據上述資訊，在標準狀態下，判斷標準自由能變化量、標準電池電位與反應自發性的關係，下列選項何者正確？
$Ag^+_{(aq)} + e^- \rightarrow Ag_{(s)} \quad E^\circ = +0.80 V$
$Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow Zn_{(s)} \quad E^\circ = -0.76 V$
根據上述資訊，在標準狀態下，判斷標準自由能變化量、標準電池電位與反應自發性的關係，下列選項何者正確？
- A 標準電池電位小於 0，標準自由能變化量小於 0，反應為自發反應
- B 標準電池電位等於 0，標準自由能變化量等於 0，系統處於平衡狀態
- C 標準電池電位大於 0，標準自由能變化量大於 0，反應為非自發反應
- D 該電池可自發運作，且電子由銀電極流向鋅電極
思路引導 VIP
想像一下，如果有兩個不同高度的水塔連通，水會自然地往哪個方向流動？在電學中，「還原電位」就像是電子的「水位高低」，你能試著推論看看，電子會傾向流向還原電位數值『較大』還是『較小』的那一端呢？而這種流動的『推動力』，與我們所說的『能量變化』又有什麼樣的正負號關係？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學好！你能準確選出答案，代表你對電化學的基礎觀念已有初步掌握。這題的核心在於理解標準電池電位 ($E^\circ_{cell}$)、標準自由能變化量 ($\Delta G^\circ$) 與反應自發性之間的連結。在化學熱力學中，這兩者的關係式為 $\Delta G^\circ = -nFE^\circ_{cell}$。這意味著當電池電位為正值時，自由能變化量必為負值，此時反應才具備自發性。
電化學與熱力學的關聯
從題目給定的還原電位來看，銀電極的電位較高（$+0.80 V$），擔任陰極；鋅電極電位較低（$-0.76 V$），擔任陽極。計算出的全電池電位 $E^\circ_{cell} = 0.80 - (-0.76) = +1.56 V$。理論上，正的電池電位應對應負的自由能變化，且電子應由鋅電極（負極）流向銀電極（正極）。
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