Clark 電極中，氧氣在鉑（白金）電極發生的反應為何？
詳細解析
本題觀念
Clark 電極是以極譜法測量氧分壓的氧電極，常用於血液氣體與生理氧測量。樣本中的氧氣先穿過透氧膜，抵達含電解液的電極表面；在施加偏壓後，鉑（白金）工作電極是陰極，氧氣在這個位置接受電子，因而發生還原反應。
判斷本題的關鍵不是看到「電極」就選電解，而是追蹤氧氣的電子得失。還原代表得到電子，氧元素的氧化數下降；氧化則代表失去電子。在 Clark 電極中，氧氣的還原是白金陰極上的局部半反應，另一個電極則承擔相對的氧化反應，兩者共同形成可量測的電化學電流。
選項分析
-
**A 氧化：不正確。**氧化是失去電子，但 Clark 電極的白金端是陰極，氧氣在此接受電子。若把白金端的反應判成氧化，便把電子方向與電極角色顛倒；氧化反應發生在另一側的陽極，不是氧氣在白金端的主要反應。
-
**B 還原：正確。**氧氣在白金陰極接受電子，酸性條件下可用 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O 表示；在中性或鹼性條件下，產物也可寫成氫氧根，例如 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻。無論方程式因電解液而有何種寫法，氧氣得到電子的分類都是還原。
-
**C 電解：不正確。**電解可描述外加電能驅動整個電化學系統的總體過程，但不是氧氣在白金端這一個半反應的電子得失分類。題目問的是氧氣在特定電極上的反應，應以氧化或還原判定；此處是還原。
-
**D 水解：不正確。**水解通常指物質與水反應而造成化學鍵裂解，不能取代電化學半反應的分類。即使還原產物在某些電解液中是水或氫氧根，氧氣仍然是因接受電子而被還原，不是因水解而形成答案。
答案解析
本題採公告答案 B。Clark 電極的操作可拆成三個層次：氧氣穿過膜抵達電極、白金陰極提供電子、氧氣在表面被還原。以酸性半反應表示時，氧氣接受 4 個電子與 4 個氫離子形成水；若介質偏中性或鹼性，則可寫成形成氫氧根。方程式的產物會依電解液與 pH 改變，但「接受電子」這個核心不變，所以反應類型是還原。
白金在此是工作電極與陰極，並不代表白金本身被氧化；判斷氧化還原時要看反應物氧氣的電子變化。電流大小會隨抵達白金表面的氧量而變化，經過儀器校正後可用來估算氧分壓。這也說明為何膜的透氧性、電解液、偏壓與電極狀態都會影響量測，但不會改變本題對氧氣在白金端「還原」的分類。
核心知識點
- Clark 電極屬極譜式氧電極，透氧膜讓樣本中的 O₂ 擴散到電極表面。
- 白金（鉑）工作電極是陰極；氧氣在此接受電子，發生氧還原。
- 酸性介質可寫 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O；鹼性介質可寫 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻。
- 還原的判斷依據是得到電子，不是看產物是否為水；氧化則是失去電子。
- 電解是整個電化學系統的操作或總體過程，不是白金端這個局部半反應的名稱。
- 量測電流與氧擴散量有關，經校正後可反映樣本氧分壓；膜、電解液與偏壓是裝置的重要條件。