選修化學(上) 第四章 電化學

選修化學(上) 第四章 電化學

4-1 電化學電池原理 1. 電化學：

(1) 電化電池(electric cell)：利用化學反應將化學能轉變成電能的裝置稱之為 電池。屬自發反應(

E

> 0

(a) 陽極：電子流出，發生氧化反應，為負極。

(b) 陰極：電子流入，發生還原反應，為正極。

(2) 電解電池(electrolytic cell)：利用電能產生化學反應，屬於非自發性反應 (

E

< 0

(a) 陽極：接於電源的正極，電子流出，發生氧化反應。

(b) 陰極：接於電源的負極，電子流入，發生還原反應。

2. 電化學電池

(1) 氧化劑與還原劑直接接觸

例如：鋅片投入硫酸銅溶液中，可觀察到鋅片逐漸溶解而銅析出於鋅片上，

氧化半反應：Zn s →Zn2⁺(aq) +2e⁻

) (

還原半反應：Cu2⁺(aq) +2e⁻ →Cu_(s)

全反應： 2 ( ) _{( )}

) 2 ( )

(s Cu aq Zn aq Cu s

Zn + ⁺ → ⁺ +

由上例得知反應過程中：

(a) 產生放熱反應，但得不到電能。

(b) 雖有電子的轉移，但因為銅離子與鋅原子直接接觸，電子直接由鋅原子 轉移至銅離子，未能對外產生電流。

(c) 如果使電子由鋅原子流入外電路，再由外電路流向銅離子，可以對外供 應電流，即是電池。

(2) 雙杯電池：將氧化劑與還原劑分開，兩者間以導線和鹽橋連接時，陽極流

(a ，然後插入 棒、 棒為電極，並以導

連接。

(b) 安培計立即偏轉，表示電流通過(電子由 極流出

(c) 後 漸小，最後指針為 0，表示反應已達平衡。

出電子經由外電路至陰極，通過外電路之電流可以安培計測得。

丹尼爾電池(鋅-銅電池)

) 左右各盛ZnSO_{4 aq( )}與CuSO_{4 aq( )} Zn Cu 線及安培計

再將鹽橋插入兩杯， Zn

經外電路至Cu 極)。

放電一段時間 ，電流

(d) 半反應：陽極：Zn s →Zn2⁺(aq) +2e⁻

) (

陰極：Cu2⁺(aq) +2e⁻ →Cu_(s) 全反應：Zn_(s) +Cu 2 ( ) _{( )}

) 2 (

aq s

aq →Zn ⁺ +Cu

+

(3 化電池中，連接兩個半反應電池 裝置：

用

(b) 功用：藉離子移動形成導電現象、維持溶液之電中性及避免兩溶液混

(c) 中性的原理：鹽橋內盛滿 的飽和溶液，則 可游向 極，

(4) 電

分：

化反應，電子流出至外電路，又稱為負極。

(b

反應發生時，電極參與反應，如鋅-銅電池的鋅電極及

惰性電極：在放電反應發生時，電極只傳導電子，但本身不參與反應、

(5) 電池符號，表 極

) 鹽橋：在電 之

(a) 組成：不與電池液反應的強電解質鹽類飽和溶液，常

KNO

, NaNO

,

3 4

NO

NH

合。

維持電

KNO

NO

) 2 ( ) 4 2 ( )

2 (aq

n

, SO

Cu

無法持續產生放電反應。

極：

量的

, Z

(a) 依反應

陽極：發生氧

陰極：發生還原反應，電子由外電路流入，又稱為正極。

) 依材料活性分：

活性電極：在放電 銅電極。

沒有變化，通常由鉑片或碳棒所組成。

示如右： 陽極∣陽極溶液 || 陰極溶液∣陰

(a) 單垂線表示相的界面，界面之間存在電位差。

(b) 雙垂線表示鹽橋，鹽橋中的電解質離子因不起任何化，故不表示。

的

(d) -銅電池： ∣ || Cu

|

H

-2 標準還原電位與電池電壓

一金屬浸於含有該金屬離子的溶液時，金屬於溶液的接觸

(a 去電子，生成陽離子，陽離子溶於水溶液之中。

(b) 還原傾向：溶液中的金屬陽離子獲得電子而析出金屬原子附著於金屬板

(2) 標準狀態：因氧化還原電位值與物質的種類、濃度(壓力)及溫度有關，故 (c) 左邊的電極是陽極(氧化極)，右邊的電極是陰極(還原極)，電子由左邊

電極流出經外電路流入右邊的電極，並不考慮反應的發生是自發或是非 自發。

實例：鋅 Zn

Zn

Cu

鎂-氫電池： g ∣M

Mg

4

1. 標準還原電位 (1) 電位的意義：

面，有兩種反應傾向。

) 氧化傾向：金屬原子失

此反應的電位稱為氧化半電位。例如：

−

+ +

→Cu e Cu s 2 (aq) 2

)

(

E

( Cu − Cu

)

上。此反應的電位稱為還原半電位。例如：

) ) (

2 (aq 2e Cu _s

Cu ⁺ + ⁻ →

E

( Cu

− Cu )

化學上規定在標準狀態條件下所測得的電位為標準電位，以E⁰表示。

各相之標準狀態

氣體 溶液 固體

25℃，1

a tm

(3) 標準氧化還原電位

2. 應傾向

) 失去電子傾向大者：本身易氧化，還原力大(強還原劑)，易使他物還原，

具有較大的氧化電位(還原電位小)。

) 得電子傾向大者：本身易還原，氧化力大(強氧化劑)，易使他物氧化，具 有較大的還原電位(氧化電位小)。

) 金屬氧化電位順序(金屬離子化傾向、金屬還原力大小、金屬還原劑強度、

金屬活性大小)：

) 常見金屬的氧化電位序與化性 反

(1

(2

(3

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

=

>

> Rb K Cs Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Li

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

> Ni Sn Pb H

Cu ( I

) ( Fe

) Hg Ag ( Br

) ( Cl

) Co

) (

>

> Au F

Pt

>

(4

活性

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb ( H ) Cu Hg Ag Pt Au

與氧 反應 難易

易氧化 常溫時能被氧化 加熱被氧化 不反應 與水

作用 冷水可反應 熱水可反應 水蒸氧可反應 不反應

不能置換酸中的氫 與酸

作用 能置換酸中的氫(氧化性酸除外) 可與硝酸、

濃硫酸作用 能與王水作用 與鹽

作用 排在前面的金屬可以把排在後面的金屬離子還原成金屬 存在

情形 僅以化合態存在於自然界中 以化合態或

單質存在 以游離態存在 冶煉

方法 電解法 還原劑法 加熱法

A

Ⅰ ⅡA

(a) 、 與鑭系元素均極易釋放電子，在一般條件下，大都為陽離子形 式存在的離子化合物存在，只有在隔絕空氣與水分的條件下才能以元素

態存在。

) K ~ Pb等金屬可溶於無氧化性的普通

(b 酸(如稀鹽酸、濃鹽酸、稀硫酸等)

(c 普通酸，可溶於具氧化性的濃硝酸、

2 2

(d) 金、銀、鉑等貴金屬活性小，不易失去電子，以穩定的元素存在。 、

只溶於王水，生成 、 等錯離子。

族： _{2 2 2 2} 族： ₂

同列非金屬元素：原子序愈大，獲得電子傾向愈大。(鈍氣除外)

3. 半電池電位 (1) 標準氫電極

(a) 半電池反應不能單獨發生，必須與另一半電池反應相伴發生，測量時一 般常以氫電極作為參考電極。

(b) 標準氫電極反應為 生成

H

) Cu,Hg,Ag等活性小的金屬不溶於

稀硝酸及濃硫酸等，分別生成

NO , NO , SO

Au

Pt

AuCl

PtCl

A

F > Cl > Br > I

Ⅶ

E

Ⅵ

O > S > Se > Te

−

+ +

→H M e atm

g

H ( ,1 ) (1 ) 2

1

2

(c) 裝置如圖，鉑絲浸於在 中，測定過程 中氫氣通入電極附近，使氫氣壓力維持在 1

atm

Volt 00 .

0

= 0

)

, (

0 .

1 M HCl _aq

準電極(standard electrode)。

(d)

的電極電位。

(2) 半

半反應逆寫時，其 值等值異號 例：

(b)半反應的係數 倍時，其 值不變。

(3) 影響電池電壓的因素：與電極物種、溶液離子濃度、氣體物種分壓、溫度

有 式的係數無關

(4) 半電池電位的應用

(a) 預測氧化還原反應是否自然發生：

若全反應之 ，則反應自然發生；若全反應之 ，則反應不

任何一半電池與氫電極組成一個完整電池所測得的電動勢即為該電極

電池電位的性質 E0

(a)

− +

+

→ Ag e E

= − 0 . 80 V Ag

Ag e

Ag

+

→ E

= + 0 . 80 V

n E

× ⁰

例：

2 Ag → Ag 2

+ 2 e

E

= − 0 . 80 V

關；與電極粗細、反應 。

E

> 0

∆ ∆E

< 0

能自然發生。

(b) 預測氧化劑、還原劑的相對強度：

氧化電位愈大者為愈強的的還原劑；還原電位愈大者為愈強的氧化劑。

(c) 預測電化電池的電動勢(電池電壓)：

4. 反應條件對電池電壓的影響

(1) 定性討論：以勒沙特列原理判斷。

(a) 反應往生成物方向進行的趨勢增大(平衡向右)，電池電壓變大。

(c) 衡時，電池電壓為零。

熱反應，溫度升高時平衡向左，故電池電壓降低；降 則 高。

(2) 定量討論：以涅斯特(Nernst)方程式計算。

設電池反應式為

(b) 反應往反應物方向進行的趨勢增大(平衡向左)，電池電壓變小。

放電反應達成平 (d) 電池產生電能為放

低溫度時平衡向右， 電池電壓升

， bB

aA+ cC +dD 則電池電壓為

E nF

E ⁰ − ln _{a b} =

∆ K

E n B

A D C

RT ^{c d}

059log . 0 ]

[ ] [

] [ ]

[ ₀

−

= (參考資料)

氣體反應常數(

準溫度定為 298 K ) 5. 電

例 池組成

R： 8.314J /mol⋅K) n：氧化還原反應中轉移電子數目 F：法拉第常數(96500 庫侖) T：絕對溫度(標

池組：由多個電池串聯可組成電池組

：由四個半電 雙電池的組成方式有：

(1) 順接：雙電池的總電壓為二電池電壓之和。

(2 差。

(3) 四

(4 雙電池，有三種電壓值。

(b) 中間電壓 ；如

) 逆接：雙電池的總電壓為二電池電壓之

個不同的半電池可組合成 6 種不同的單電池。(

C

= 6

(a) 最大電壓

= a + c

順接 與

順接 與

+ +

+ +

−

−

−

−

2 2

Cu Cr Ag

Fe

Cu Fe Ag

d b+

=

與Cr − ⁺順接

− Ag+ Fe³ Cu

逆接

與 ⁺

+ −

− Ag Fe Cu²

Cr b

(c) 最低電壓= b −d ；如

+逆接

− Ag+ ²

Fe 與Cr− Cu

逆接

與 ⁺

+ −

− Ag Cr Fe³ Cu

(4)

4-3 蓄電池 1. 乾電池：

舍電池。

c a

d

(1)

Ag

+ e

→ Ag E

= + 0 . 80 V

Cu

+ 2 e

→ Cu E

= + 0 . 34 V

Fe

+ 3 e

→ Fe E

= − 0 . 04 V

V E

Cr e

Cr

+ 3

→

= − 0 . 66

與燃料電池

常見的乾電池為鋅-碳電池，又稱為勒克蘭

(1) 電極：陰極(正極)：碳棒(石墨棒) 陽極(負極)：鋅殼

(2) 電解質：糊狀的氯化銨(

NH

Cl

Zn

為去極劑

全反應：

(4) 電壓： 。因攜帶方便，價格便宜，應用最廣。

2. 鹼性電池

(1) 電極：陰極(正極)：碳棒(石墨棒) 陽極(負極)：鋅粉

(2) 電解質：鹼性的氫氧化鉀( 糊狀物。

(3) 放電反應：

陽極：

陰極：

全反應：

Cl MnO

合物填充做為電解質。

(3) 放電反應：

陽極：Zn s →Zn2⁺(aq) +2e⁻

)

(

陰極：2NH4⁺(aq) +2e⁻ →2NH_3(g) + H_2(g)

) ( 2 ) ( 3 2 )

( 2 ) (

2MnO2 _s + H _g →Mn O _s + H O_l

⇒ MnO

) ( 2 2 ) 3

) ( ( ) 3

2 (aq 2NH g 2Cl aq Zn(NH ) Cl _s

Zn ⁺ + + ⁻ →

(

2MnO2_s) +2NH₄Cl_(aq) +Zn_(s) →Zn(NH₃)₂Cl_2(s) +Mn₂O_3(s) + H₂O_(l) Volt

5 . 1

KOH )

−

− → +

+ OH Zn OH e Zn(s) 2 (aq) ( )_2(aq) 2

) ) (

( 3 2 )

( 2 ) (

2 2 2

2MnO s +H Ol + e⁻ →Mn O s + OH⁻ aq

) ( 3 ) 2

2( )

( 2 ) ( ) (

2

( )

2 MnO

+ Zn

+ H O

→ Zn OH

+ Mn O

鋅粉提 積，

能正常放電，使用壽命較一般勒克蘭舍電池要長。

3. 二次電池

(1) 極(正極)：鹼式氧化鎳 陽極(負極)：鎘( )

(2) 20~25%的氫氧化鉀( )電解溶液。

(3) ： 全

製造費用昂貴。

池可重複充、放電，是為二次電池，但電池本身具有記憶性，最 記憶效應，延長使用壽命。

4.

化鎳 負極)：鑭系儲氫材料

(2) 氫氧化鉀( )或氫氧化鈉(

(3) 。負載容量比鎳-鎘電池大。可重複充、放電，電池本身 應小於鎳-鎘電池。

5. 鋰二次電池

(1) 電極：陰極(正極)：鋰金屬氧化物(如 ₂)

(4) 電壓：1.5 Volt。陽極改為 高了反應面 因此電池放電電流增加，

且電壓穩定，在低溫時仍 鎳-鎘電池：鹼性

電極：陰 [NiO(OH)]

Cd

電解質： KOH

放電反應 反應：

) 2( )

2( )

( 2 ) ( )

(_s

2 NiO ( OH )

H O

Cd ( OH )

2 Ni ( OH )

Cd + + → +

(4) 電壓：1.1~1.2 Volt。鎳-鎘電池壽命比鉛蓄電池長，但 鎳-鎘電

好能完全放電後才進行充電，減少 鎳-氫電池：二次電池

(1) 電極：陰極(正極)：鹼式氧 [NiO(OH)]

陽極(

電解質： KOH NaOH )電解溶液。

電壓：2.0 Volt 的記憶性效

LiCoO

極)：碳

電解質：氫氧化鉀( KOH )或氫氧化鈉( NaOH )溶液。

陽極(負 (2)

可提供高電壓、高電量，無記憶效應。

6.

2)

的稀硫酸( _{2 4} 溶液。

(3) 反應：

陽極：

陰極：

(4) 電壓： 。通常電瓶以 3~6 個單位電池串聯而成，可提供 6~12 伏 特的電壓。

(5) 鉛蓄電池放電後，正負極的產物都是硫酸鉛，因此兩極的重量都是增加，

而硫酸的濃度變稀，電池輸出功率逐漸下降，最後不再放電。

(6) 鉛蓄電池在放電及充電的過程中，在兩極都會產生氫氣和氧氣，消耗水 分，故常要補充水分以維持電池的正常運作。

(3) 電壓：3.6 Volt。質輕，

鉛蓄電池

(1) 電極：陰極(正極)：二氧化鉛(

PbO

(2) 電解質：比重1.2 ~1.3

H SO

− + −



 

←



 →

+ SO  PbSO e

Pb ₄² ₄ 2

充電 放電

O H PbSO

e SO

H

PbO 4 ² 2  → +2

+ +

+ ^{+ − −}

放電

2 4

4

2 ← _充電

全反應：Pb PbO 2H SO 2e  → 2PbSO +2H O +

+

+ ⁻

放電

2 4

4 2

2 ← _充電

Volt 03 . 2

如石墨)為電極，電極上覆蓋白金、鎳觸媒。

，以氫、甲烷等燃料及氧反應，

生之電子移動即可產生電流。

+

→

+4OH 4H O 4e 7. 燃料電池

(1) 以多孔性材質(

(2) 以高濃度氫氧化鉀為水溶液 反應過程中產

(3) 放電反應 陽極：

陰極：

全反應：

(4) 優點

−

−

−

−

H g aq _l

2 2( ) ( ) _{2 ( )} ) ) (

( 2 )

(

2 g 2H Ol 4e 4OH aq

O + + →

) ( 2 )

( 2 ) (

2 2

2H _g +O _g → H O_l

(a) 由化學能直接轉換成電能(理論上效率可達 100%)，若再加上所產生的熱 能作汽電共生，則效率遠高於火力發電。

(b) 產物是純水，無環境污染。

(5) 使用限制

(a) 三相接觸技術困難(氣態燃料、液態電解質與固態電極) (b) 以白金或貴金屬為觸媒，價格昂貴。

於太空船，世界上也有部分地區已經使用於商業發電。日本的日 實用測試。

4-4 電解與電鍍 1. 電解

(1) 非自然發生的氧化還原反應，藉由外加電壓迫使氧化還原反應發生，此過 程稱為電解。

(2) 電解池(或稱電解電池)

(a) 電解電壓：電解反應的電位 ，不可自發，須由外界供給足夠電壓，

(c) 常應用

產汽車最近也試產了一批利用燃料電池動力的汽車，正在作

0

< 0

E

使得總電壓為正值，電解才會發生。

電極：

(b)

連接於電池的(+)極(陰極)，陰離子游向 陽極則失去電子而生成原子或分子。

陰極：發生還原作作用的電極，連接於電池的(-)極(陽極)，陽離子游 向陰極則獲得電子而生成原子或分子。

(c) 電解液：離子晶體之熔融液或電解質的水溶液。

(3) 電解產物：使用惰性電極電解熔融液時：

(a) 陽極發生陰離子氧化反應。

陽離子還原反應。

2. 使 (1

陽極：發生氧化作用的電極，

(b) 陰極發生

用惰性電極電解水溶液 ) 陰、陽極的反應

電極 反應產物 半反應式

2 2

2 H

O + e

→ OH

+ H

2

2 H

+ e

→ H

M ne

M

+

→

−

+ + +

→ H O e O

H 1 2

2 ₂

2

−

+ + O +2e

2 1

2

−

− →H O+ O + e

OH 2

2

2 ₂ 1 ₂

2

2

→ H O

H₂ 2

陽反應極

−

−

→ X + e

X 2

2

KOH

HNO

Na

SO

KNO

H

O

2

1O

2+ H2O → H

(2) 電解 NaOH、 、 、 、 等水溶液時，如同電解 ， 全反應為

(3) 、 、 等離子比 難還原，故 先還原； 、 、

、 不氧化或比 難氧化，

3. 法拉第電解定律

(1) 第一定律：電流通過電解質溶液時，物質的析出量(或莫耳數)與通入總電 量成正比。

(2) 第二定律：以相同電量進行電解反應，各種不同的物質所析出之量(與或 莫耳數)各物質的化學當量(離子電荷)成正比。

(3) 計算通則：

ΙA+

ClO

+

A

Ⅱ

−、

MnO

+

Al

−

4 、

O H

O H

O H

− 2

SO

故

H

O

−

NO

4 F−

Cl

(a) 通入

e

mol

×價數 It = n

96500

t：秒，

I

= E W

：電流強度， W：析出質量，E：當量，n：莫耳數 (b) 利用半反應式的係數關係來計算，如

(c) 電解稀 、 、 、…等水溶液如同電解水，電解 1 水需通電 。

4. 電解的應用

(1) 濃食鹽水的電解：電解食鹽水溶液是一項重要的化學工業，俗稱鹼氯工 業，電解所得到的產物包括氫氣、氯氣及氫氧化鈉，其全反應為

隔膜電 法

隔膜，把陰、陽極隔開，使陽極所產生的 不至於和陰極所 產生的 再度發生反應, 離

通過。

Cu e

Cu

+ 2

→ 1

2：

數

數： =

−

mol Cu mol

e

4 2

SO H

2 F

NaOH

2 H

O 

4 2

SO Na

2H

→

mol

2

4

+ O

) ( )

( 2 ) ( 2 )

( 2 )

( 2 2

2NaCl _aq + H O_l ^電解 → H _g +Cl _g + NaOH _aq (a) 石棉 解

利用石棉 Cl_{2 g( )}

NaOH 子

Na

(b) 汞極法：由於汞極法容易造成嚴重污染，產生汞污泥，現在已被隔膜法 取代。

(2) 電解精煉鋁

(a) 流程：

(b) 使用郝耳電解槽，其陰極為石墨內襯，以鋁礬土( )作為原料，並加 入冰晶石( _{3 6} 助熔劑以降低熔點。

(c) 反應 陽極：

陰極：

全反應：

) ( 4 2

3

2O xH O ^{NaOH( )} NaAl(OH) _aq

Al ⋅ ^aq^∆→^{過滬除去不溶性雜質}→

Al O

Al OH

Al _s ^{Na AlF}

H

or → →→

^CO → ( )_{3( )} ^∆ _{2 3} ^{+ 3 6 熔融電解}

^{+ 2 +}

3 2

O Al AlF

Na

−

+ + +

→

+ C Al CO e

O

Al l 3 s 4 l 3 _g 12 2 3 ( ) _{2( )}

) ( )

( 3 2

) ) (

3 ( 12 4

4Al ⁺ l + e⁻ → Al_l

) ( 2 )

( )

( )

( 3

2 3 4 3

2Al O _l + C _s → Al_l + CO _g

(3) 電解精煉銅

(a) 銅主要是從黃銅礦 )、輝銅礦 )而來，先將礦石壓碎研細，

置入含有泡沫的油水中 ，岩石碎粒則沉於底

部，除去岩石後，將泡沫乾燥烘烤，選出含銅量豐富的礦粉進行鍛燒，

將硫化銅轉變成銅。

(b) 將上述鍛燒所得之粗銅再以電解法純化，即可得到純銅。電解時以粗銅 為陽極，薄純銅為陰極，以硫酸銅和少量硫酸為電解液。

(c) 反應 陽極：(粗 銅)

陰極： (純

銅)

5. 電鍍

(1) 電鍍是利用電解原理及裝 (

CuFeS

，泡

( 2S l

Cu

(

Cu

S

沫吸附礦粉而浮於液面

→^∆ 2 _{( ) 2( )}

) ( 2

) +O g  Cu l + SO g

− +

+

→ Cu e

Cu

2

Cu e

Cu

+ 2

→

置，以外加直流電源讓溶液中的金屬離子還原為金屬，沉積在陰極的表面。

(2) 欲鍍的金屬置於陽極，與直流電源的(+)極相接；被鍍的物體接於電源的 (-)極；以擬鍍金屬離子的電解質溶液作為電鍍液。

(3) 實例：鐵板表面鍍銅

(a) 以銅片為陽極，被鍍金屬鐵為陰極，將兩者置於電鍍液中，通電進行電 鍍。

(b) 各極反應

陽極：

陰極： (附著於鐵板上)

(4) 非導體之電鍍前，可於被鍍體之表面塗上一層導電的石墨，便可將欲鍍的 金屬電鍍在被鍍體上。如下圖所示，在鞋子上塗抹石墨後置於陰極，以銅 為陽極，浸入硫酸銅電鍍溶液內進行電鍍。

−

+ +

→Cu e Cu s 2 (aq) 2

) (

) ) (

2 (aq 2e Cu _s

Cu ⁺ + ⁻ →

課後練習

4-1 電化學電池原理 一. 單一選擇題

1、( B ) 乾電池中以鋅罐和碳棒分別當陰陽極，另糊狀的氯化銨、氯化鋅和二

氧化錳當電解質，其中二氧化錳的另一功能是 (Ａ)催化劑 (Ｂ)去極化 劑 (Ｃ)還原劑 (Ｄ)氧化劑 【86 推廣教育】

2、( C ) 下列有關乾電池的敘述，何者不正確？ (Ａ)碳棒為陰極 (Ｂ)鋅罐為陽 極 (Ｃ)陰極反應為：^Zn_(s) ^{→Zn2 +}_(aq)^+2e− (Ｄ)電解質為氯化銨、二氧化 錳與氯化鋅的混合物 【87 推廣教育】

3、( D ) 電化電池的電動勢(電壓)與下列何因素無關？ (Ａ)電極種類 (Ｂ)離

4、( A ) 如圖各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時，由快到慢的順序是 4>2>1>3 (Ｂ)2>1>3>4 (Ｃ)4>2>3>１ (Ｄ)3>2>4>1

子濃度 (Ｃ)溫度 (Ｄ)電極表面積

(Ａ)

5、( C ) 實驗室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水製取氯氣，已知鉛蓄電池放

今若製得 Cl2 0.050 mol，這時電池內消耗的硫酸的莫耳數至少是 (Ａ)0.025 mol (Ｂ)0.050 mol (Ｃ)0.10 mol (Ｄ)0.20 mol

6、( B ) 把

a

b

c

d

a

b

a

c

d

d

c

a

c

c

b

d

b

則四種金屬的活動性順序由強到弱為 (Ａ)

a

b

c

d

a

c

d

b

c

a

b

d

b

d

c

a

7、( E ) 關於電池 Zn| Zn²⁺(0.1

M

M

電時發生如下反應：負極： ^{2− −}

正極：^{PbO 4H SO}2 ^{2e PbSO}4 ^2H2^O 4

2 + ⁺ + ⁻ + ⁻ → +

→ +SO₄

Pb PbSO₄ + 2e

？ (Ａ) (Ｂ)銅極為陰極 (Ｃ)鋅極為負極 (Ｄ)|| 符號代表鹽橋 (Ｅ)陽極半反應為 Zn²⁺+2e^–→Zn

8、( D ) 有關電化電池之敘述，何者為非

°

∆

=

∆E E

？ (Ａ)其電位隨溫度及離子濃度而改 極進行氧化反應 (Ｃ)在陰極進行還原反應 (Ｄ)標準氧化 者，較易得到電子

變 (Ｂ)在陽 電位為高

9、( D ) 鹽橋在電化電池中的主要功用為何？ (Ａ)增加電化電池的電位 (Ｂ)

與 (Ａ)直流電極負極相連 增加電池內的離子濃度 (Ｃ)增加電池的電阻 (Ｄ)保持電池內離子的 電中性

選擇題

) 為保護地下銅管不受腐蝕，可將它 二. 多重

10、( AD

11、( AC 廣泛應用。有一銀鋅電池其電極

，總

(Ｂ)銅板相連 (Ｃ)直流電源正極相連 (Ｄ)鋅板相連 ) 微型鈕扣電池在現代生活中有

分別是 Ag2O 和 Zn，電解質溶液為 KOH，電極反應為：

O H ZnO 2e

2OH

Zn+ ⁻ → ⁻ → + ₂ ，

−

− → +

+

+H O 2e 2Ag 2OH O

Ag_{2 2}

反應為：^Ag₂^{O+Zn 2Ag+ZnO}， 根據上述反應式，判斷下列敘 述，何者正確？ (Ａ)在使用過程

Ag2O 極經外電路流向 Zn 極 (Ｃ)Zn 是 Ag2O 是正極 (Ｄ)Zn 電極發生還原反應，Ag2O 電極發生氧

三. 問答

(1)導線上 流 (2)各電極

(3)請標示 方向

四. 題組

中，電池負極區溶液 pH 值減小 (Ｂ)在使用過程中，電子由 負極，

化反應 題

12、兩個裝置如圖所示，試回答下面各問題 會有電 產生嗎？

的半反應式為何？

陰極、陽極，以及導線上電子流動的

。

(4)如果拆掉導線，各電極的反應為何？

題

◎、甲、乙兩串聯電解槽同時電解飽和食鹽水及硫酸銅水溶液(如圖)。以固定

電流

(原子 )試求：

13 電解之電流為若干安培？

生何種物質幾莫耳？

16 在鐵電

◎、鋼鐵使用 ，第二天便出現紅棕色銹斑，

為

18 負極_

電解 10 分鐘，銅電極的質量增加 0.64 克。

量^{Na=23 ，Cl=35.5 ，Cu=64 ，S=32}

14 在鉑電極可產

15 在碳電極可產生何種物質幾莫耳？

極之半反應為何？

17 若電解後，甲杯溶液有 200 mL，此時甲杯溶液之 pH 值為若干？

後未及時洗淨，殘留物中含有^N

)2失水的產物，試用有關的電極反應式、離子方程式、化學方程式 OH)3的生成過程：

_

aCl Fe(OH

表示^Fe(

_。

__

19 正極__ ___。

20 離子方程式___ ____。

_

21 化學方程式__ _ ___。

4-2 電位與電池電壓

下列半反應標準電位 Au Au³⁺＋3e^– = –1.42 伏特 2Cl^– Cl2 ＋2e^– = – 伏特 則下列全反應的電動勢在標 準狀態下為多少伏特？ 2 2 2Au³⁺+6Cl (Ａ)1.24 (Ｂ)–1.54 (Ｃ)–0.21 (Ｄ)–0.06 【80 日大】

標準還原 一. 單一選擇題

1、( D ) 已知 ^→

1.36 Au+3Cl

° E

–

→ E°

→

3K⁺(aq) Au3⁺(aq) +3K，^E°=−4.43V，下列敘述何者為正確？ (Ａ)^Au 2、( C ) ^Au+

是比^K更強的還原劑 (Ｂ)^K+(aq)的氧化力大於^Au3+(aq) (Ｃ)^Au3+(aq)是比

K⁺(aq)更強的氧化劑 (Ｄ)在標準狀況下，反應從左向右進行 下列還原電位：

3、( C ) 參考

^{Zn2++ e2 − Zn E°}=–0.76 伏特 ^{Ni2+ + 2e− Ni E°}=–0.23 伏特

^{Cu2+ + 2e− Cu E°}=+0.34 伏特

^{Ag+ + e− Ag E°}=+0.80 伏特

(Ｃ)0.99 伏特 (Ｄ)2.13 伏特

在如圖裝置中，伏特計的讀數理論上應為 (Ａ)0.07 伏特 (Ｂ)0.15 伏 特

特，

伏特

(Ｃ)^A

)固 )

(Ｄ 1 atm 時之最穩定狀態

硫酸 可安定存放於下列何 金屬容器中？ n (Ｂ) )Ni

，

( )–0.8 伏特 (Ｄ)–0.46 伏特

5 1 的硫酸鋅、硫酸鎳、硫酸

、碳棒為電極，構成四個半電 電位差最大？

； (Ａ 與 (Ｂ 與 與

動勢的影響，可根據下列何者判斷反應的方向 )勒沙特列原理 (Ｂ)亞佛加厥定律 (Ｃ)凡荷夫平衡理論 (Ｄ)

7、( A )

是指其離子溫度為 0℃，離子有效濃 態是指其溫度在 0℃，壓力在

8、( D 銅 種 (Ａ)Z Al (Ｃ

4、( B ) 已知^{Zn− Cu} 電池電壓為 1.10 伏特 ^{n− Ag} 電池電壓^∆Ε°=1.56 伏 若定^{Cu→Cu +2e} ，^Ε°=0.00 伏特，則^{Ag +e →Ag Ε°=?} (Ａ)0.8

Ｂ)0.46 伏特 (Ｃ

2+ Z +

− +

2 + −

、( D ) 在^A、^B、^C、^D四燒杯中各放 30 毫升 ^M 銅及硝酸銀，依序以碳棒、鎳片、銅片 池，問哪兩個半電池所組成的化學電池，其 已知：^E°_(Ag−Ag⁺₎ ^=−0.80V；^E°_(Ni−Ni²⁺₎ ^=0.25V

V

) 0.76

Zn Zn

( ² =

° − +

E

D (Ｄ)^B與^D

V

) 0.34

Cu Cu

( ² =−

° − +

E )^{A B} )^{A C}

6、( A ) 非標準狀態對於電池電 性？ (Ａ

查理定律

標準電位定義之標準狀態之敘述，為下列何者？ (Ａ)氣態是指其溫度 為 25℃，分壓為 1 atm 時 (Ｂ)液態是指其離子溫度為 0℃，離子有效 濃度為 0.1

M

M

(Ｄ)A

止地下鐵管腐蝕之敘述，何者為正確？ (Ａ)使 (Ｂ)鐵管之還原電位較犧牲電極高 )鐵管放出電子而氧化

擇題

) 一種新型電池， 為電極插入 溶液中，然後分別向

g

9、( A ) 有關以犧牲電極方式防

用之犧牲電極還原電位較鐵管低 (Ｃ)犧牲電極吸收電子而還原 (Ｄ 二. 多重選

10、( AB 它以多孔鎳極 ^KOH

兩極上通過乙烷和氧氣，其電極反應式如下：

^C2^H6 +^18OH− −^14e− →^2CO3²⁻ +12H₂O

−

− →

+

+ O 14e 14OH 2

O 7

7H_{2 2}

有關此電池的推斷正確的是 (Ａ)通乙烷的電極為負極 (Ｂ)參加反應 的 的莫耳數之比為 7：2 (Ｃ)放電一段時間後， 的莫

(Ｄ)電解質溶液中， 向正極移動

列敘述 ？

愈大 常數

K

6 2

2 C H

O 與 耳濃度不變

KOH

− 2

CO3

11、( AE ) 一氧化還原反應的^∆E°值愈大，則下 何者正確 (Ａ)平衡常

數

K

率愈小 (Ｅ)^∆E°值與反應速率的大小無關 (Ｂ)反應速率愈大

12、( ACD )下列何種方法可以使鋅銅電池的電動勢變大？ (Ａ)加 Na2S(aq) 電池 (

13、( BDE (Ｅ)鉑

電池 一. 單一選擇題

1、( A ) 車 用 酸 池 重複放電和充電，此種電池中陽極所進行的

】 2、( B ) 池以 0.40 安培的電流放電 5 小時，總共消耗了多少克鉛？

3、( A )

4、( C )

入鋅半 )哪些材料製成容器可以裝硫酸銅溶液？ (Ａ)鉛 (Ｂ)銀 (Ｃ)錫 (Ｄ)銅

4-3 蓄電池與燃料

在汽 使 之鉛 電 可

反應是 (Ａ)鉛與硫酸反應 (Ｂ)氧化鉛與硫酸鉛互換 (Ｃ)氧化鉛被硫 酸取代 (Ｄ)氧化鉛還原成鉛 【86 推廣教育 有一鉛蓄電

(^Pb原子量 207) (Ａ)0.128 (Ｂ)7.72 (Ｃ)14.0 (Ｄ)15.4

下列哪一種氣體常被通入於燃料電池之陰極中？ (Ａ)^O (Ｂ)^H (Ｃ)CH4 (Ｄ)^CH3^OH

鋅錳乾電池在放電時，電池總反應的方程式可表示為：

2 2

+ +

+2MnO 2NH

Zn 2 4 Zn²⁺ +Mn2O3 +2NH3 +H2O，乾電池的示意圖如圖，

在此電池放電時正極上發生反應的物質是 (Ａ)^Zn (Ｂ)碳

下列何種電池具商業化潛力 (Ｂ)蓄電池

電時發生如下反應：

極Pb⁺SO²4⁻

， (Ｃ)光電池

實驗室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水製取氯氣

+2e− 4

4 2

2

？ (Ａ)0.025 mol (Ｂ)0.050 mol (Ｃ)0.10 mol (Ｄ)0.20 mol

液

+7H

(Ｂ)

° E =

梭上三位宇航員的生活用水均由燃料電池提供，已知燃料電 2H O ；2 (l)

(Ｃ)NH 和4⁺ MnO2 (Ｄ)Zn 和2⁺ NH3

5、( D ) 為提供能源的另一有效途徑？ (Ａ)乾電

池 (Ｄ)燃料電池

6、( C ) ，已知鉛蓄電池放

負 ^PbSO

正極^{PbO +4H+ +SO2− +2e− PbSO +2H O}

.050 莫耳，這時電池內消失的^{H SO} 的莫耳數至少是

2 4

今若製得 0

生 ←

Cl2 ₄

7、( B ) 用鉑電極放置在^KOH溶 中，然後分別向兩極通入^CH 和^O ，即可產 電流，稱之為燃料電池。下列敘述中何者正確

通^CH 的電極為正極

4 2

4

↑正極電極反應式是^O2 ^+2H2^O+4e−

4OH−

→通CH4的電極反應式是CH4+^2O2 ^{+ 4e−} CO₃²⁻ +2H₂O ↓負極的電極反應式是CH4+10OH⁻ − 8e⁻ CO²₃⁻ ₂O °放電時溶液中的陽離子向負極移動

±放電時的陰離子向負極移動

程中 溶液的濃度不變 (Ａ)←→° ↑↓± (Ｃ)↑°±″

二. 計算

8、已知 2(g) O2(g)

″放電過 ^KOH (Ｄ)↓°±″

題

燃料電池全反應式為：2H + 2H2O(l) 1.23V

9、美國阿波羅太空梭上使用的氫氧燃料電池是一種新型化學能源。其兩個電

(1)氫 料 優點是 量轉換率高，無污染，最終產物只有水。太空 池發 1 度電 時生成 350 g 水。試計算能量轉化率。(2H2(g)+O2(g)

試根據上式計算，每產生 1 克的水時，可提供多少仟焦耳(kJ)的電能？

極均由多孔性碳製成，通入的氣體由孔隙中溢出並在電極表面放電。

氧燃 電池的 能

2 =−275kJ/mol)

料電 壓為

∆H

2)燃 池 1 小時，則消耗

極

單一選擇題 A ) 將含有

A )

)防止

(Ａ)^{H SO} B )

鹽水溶液 D )

確？

D )

確？ (Ａ) (Ｃ)^4OH D )

2

−

−

2 2

−

− 2 2

+ 2+ + −

3

− 2 4

−

( 的輸出電 1.2 V，要使標有 1.2 V 1.5 W 的小燈泡連續發光 H2 在標準狀況下的體積為多少 L？

10、寫出下列反應之方程式並平衡之。

(1)勒克朗舍乾電池全反應 (2)鉛蓄電池充電時之全反應 (3)氫氧燃料電池，陽極之半反應

電解 _4(aq)時，陽極之半反應

一.

1、( 0.4 mol Cu(NO3) 2和 0.4 mol KCl 的水溶液 1 L，用惰性電極電 解一段時間後，在一個電極上析出 0.3 mol Cu，此時在另一電極上放 出氣體的體積(標況)約為 (Ａ)5.6 L (Ｂ)6.72 L (Ｃ)2.8 L (Ｄ)13.44 L 2、( 工業上電解濃食鹽水，為何常在陽極及陰極間，放置陽離子交換膜？

陰極的 NaOH 與陽極的 Cl2起作用 (Ｂ)保持溶液之 pH 值不變 (Ｄ)只允許鈉離子進入陰極，增加鈉金屬之產率

)，何者在陽極產生的氣體和其他三者不同 三. 問答題

(4)以銅電 ^CuSO 4-4 電解與電鍍

(Ａ

(Ｃ)作為鹽橋

3、( C ) 電解下列各溶液(0.1^M

)^NaOH ( )^NaCl )^{Na SO}

？ (Ｂ Ｃ (Ｄ

4、( 利用鉑電極電解下列水溶液，何者反應後之 濃度增加？ (Ａ)稀食 (Ｂ) (Ｃ (Ｄ)濃食鹽水溶液

5、( 三個分別盛有熔化的 (加水晶石)、 和 之電解槽串聯，進 行電解，在相同時間內析出的鋁、鎂、鉀三種金屬的質量比，何者正

(Ａ)9：8：13 (Ｂ)3：2：1 (Ｃ)2：3：6 (Ｄ)3：4：13

6、( 鋼鐵在潮濕環境中發生電化銹蝕時正極所發生的主要反應，何者正 (Ｂ

7、( 在純水中加入莫耳數相等的 、 、 、 、 、 ，再

4

2 2 4

+] [H

4(aq)

CuSO )KI(aq) 3

2O 2

Al MgCl KCl

+

− → 2 + −

−2e Fe Fe

+

→

−4e 2H O

)^{2H +2e →H ↑} (Ｄ)^{2H O+ O +}

↑

O 4e → 4OH

Ag Pb Na NO SO Cl

用惰性電極電解此溶液，並收集兩極電解產物，則所得氧化物與還原

. 計算題

電解裝置，兩槽之電極均用白金電極，

A

B

二

8、如下圖之

槽為硫酸銅（Ⅱ）之水溶液。

若在電流計測得 965 毫安培之電流通入電解 10⁵秒，則：（S=32，Cu=64）

極共收集 0℃，1 atm 下之氣體 672 mL，則流過

A

(3)若 連

三. 問答 9、以相

(1)

A

(2)

B

鉛蓄電池內含 30%之稀硫酸電解液 2000 g，則以 965 毫安培之電流 續行電解 10⁵秒後，鉛蓄電池內之電解液之硫酸濃度為若干%？

(4)鉛蓄電池之正極半反應為何？

題

同電量電解硫酸銅溶液(CuSO4 、銀

(1)寫

(2)若 完全反

(3)在 欲恢復成原來的色澤，可將此黑褐色銀 戒指放在含小蘇打水的鋁鍋內加熱，產生下列反應，則何者為氧化劑？

)、硝酸銀溶液(AgNO3)，所析出銅 的莫耳數比為多少？

10、銀戒指在含硫化氫的空氣中，會產生反應而生成黑褐色的硫化銀與水。

出此反應的方程式。

1.080 克銀戒指在含 0.0170 克硫化氫和 0.320 克氧的空氣中 應後，可得硫化銀若干克？

不損失任何銀成份的情況下，

該反應 Ag2S 的克當量數為何？

3Ag2S(s)+2Al(s)+6OH⁻(aq)→6Ag(s)+3S²(aq)⁻ +2Al(OH)3(s) △

E

E

則半反應：Ag2S(s)+2e→2Ag(s)+ 的

E

量 H = 1.0；O = 16.00；S = 32.0；Ag = 108) 【90 日大】

四. 題組題

耳 22 歲就發明了電解法製鋁，一百年來郝耳法仍然是最主要的工業製

11 鋁礬土主要成份的化學式是___ __

–2.31 V

− 2

S(aq)

(原子

◎、郝

鋁法，將鋁礬土除去鐵雜質後，在電解槽中與冰晶石(Na3AlF6，熔點 1000

℃)混合進行電解

_。

土及冰晶石混合的電解質呈物質三態中

13 寫出 化

量 27.0；1 法拉第=96500 庫侖) 鋁礬土多少克？ ↑需要多少庫侖電量？

： 5 所通過的電量(法拉第)若干？

6 在陰極應沉積若干重量之銅？(原子量： =63.5) 7 在 時，陽極應放出若干體積之氧氣？

答案：

一. 單一

12 電解時槽內反應溫度是 950℃，鋁礬 的_______態。

此電解反應的 學方程式。

14 若電解後收得 27 克的純鋁，(鋁原子 ←至少需要

←↑以鉑為電極，電解^CuSO 之水溶液。在此電解中，使 0.850 安培的電流通 過 15.0 分鐘。試計算

4

1

1 ^Cu

1 ^STP

4-1電化學電池原理 選擇題