105年:藥學二(第1次)

將銅半電池與鋅半電池電極以電位計及電流計串連,兩池液以鹽橋連接,構成一完整電路,下列敘述何者錯誤?

A當調整電位計使電流讀數為零時,電位計上顯示值即為此電池之電位
B已知銅電極電位 ECu =+ 0.34 ;鋅電極電位 EZn = - 0.76 ,則此電池之電位等於 - 0.42 V
C此實驗中,銅、鋅電解液濃度皆為 1 M
D電池電位用 Ecell = E l – Er 即可算出( l = 左,r = 右)

詳細解析

本題觀念:

本題為反向題(問何者「錯誤」),考察電化學(electrochemistry)中銅-鋅電池(Daniel cell)的電位計算和相關原理。

選項分析

(A) 當調整電位計使電流讀數為零時,電位計上顯示值即為此電池之電位 ✅ 此敘述正確。電位計(potentiometer)的操作原理即為零電流法(zero-current condition):調整對抗電壓使電路電流為零,此時電位計讀數等於電池的開路電壓(open circuit potential),亦即真實的電池電位(E cell)。有電流流動時,因內阻造成的電壓降(IR drop)會使讀數偏低。

(B) 已知銅電極電位 ECuE_{Cu} = +0.34 V;鋅電極電位 EZnE_{Zn} = −0.76 V,則此電池之電位等於 −0.42 V ❌ 此敘述錯誤,為本題答案。正確計算:

Ecell=EcathodeEanode=ECuEZn=+0.34(0.76)=+1.10 VE_{cell} = E_{cathode} - E_{anode} = E_{Cu} - E_{Zn} = +0.34 - (-0.76) = +1.10 \text{ V}

在銅-鋅電池中,鋅為陽極(氧化,ZnZn2++2eZn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-),銅為陰極(還原,Cu2++2eCuCu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu)。電池電位為 **+1

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