有關標準氫電極裝置之敘述，下列何者錯誤？
詳細解析
本題觀念
標準氫電極(standard hydrogen electrode, SHE)是比較電極電位的基準半電池，核心不是「有鉑和氫氣」而已，而是三個標準條件同時成立：鉑黑化的惰性鉑電極、氫離子活度約為 1 的酸性溶液，以及氫氣分壓約 1 atm（現代標準常寫 1 bar）。其半反應為 2H⁺ + 2e⁻ ⇌ H₂，在標準狀態下電極電位定義為 0 V。判斷各選項時，要逐一核對電極導電、氣體壓力、氫離子濃度和兩個半電池的離子連通。
選項分析
**A. 鉑黑極板有導線通至外部電路，正確。**鉑黑化表面提供氫氣與溶液之間的反應界面，鉑本身也要透過導線與外部電路相連，電子才能進出電極並與另一半電池形成可測量的電位差。
**B. 須持續通入一大氣壓的氫氣，正確。**標準氫電極需讓氫氣在鉑黑表面附近持續通過，以維持氫氣分壓與反應界面。傳統教材以 1 atm 表示；現代標準狀態常以 1 bar 表示，考試中的「一大氣壓」是可接受的近似敘述。
**C. 鉑黑極的半電池中盛有 0.1 M 的鹽酸，錯誤。**標準氫電極要求氫離子活度為 1，教科書常以約 1 M 強酸溶液近似，而不是 0.1 M HCl。0.1 M 會使氫離子活度偏離標準條件，因而不再是標準氫電極的規定組成；所以 C 是錯誤敘述。
**D. 兩個半電池須以鹽橋連接，正確。**當 SHE 與待測電極組成完整電池時，外部導線負責電子通路，鹽橋負責內部離子通路並協助維持兩側電中性。少了鹽橋，電荷很快累積，電流與電位讀值都無法穩定。
答案解析
標準氫電極的標準條件可整理成「Pt black／H₂／aH⁺ = 1」：鉑黑電極只提供惰性導電表面，氫氣在其上建立可逆的氫氧化還原反應；氫離子活度為 1，通常以 1 M HCl 等強酸溶液作近似；氫氣壓力則為 1 atm，現代熱力學資料多以 1 bar 表示。SHE 與另一半電池比較時，鹽橋補上內部離子通路，外部導線則補上電子通路。
因此，0.1 M 鹽酸不符合標準氫離子條件，不能把該裝置直接稱為標準氫電極。要注意的是，濃度與活度在嚴格熱力學定義下不完全相同，但考試判斷使用 1 M 強酸作為 aH⁺ = 1 的近似即可。依公告答案，錯誤選項為 C。
核心知識點
- SHE 半反應：2H⁺ + 2e⁻ ⇌ H₂。
- 標準條件：aH⁺ = 1、氫氣壓力約 1 atm 或 1 bar、鉑黑惰性電極。
- 標準氫電極的電位定義為 0 V，用來比較其他半電池的還原電位。
- 鉑與外部導線提供電子通路；鹽橋提供離子通路並維持電中性。
- 0.1 M HCl 不等於標準氫離子活度；看到 0.1 M 時要優先判斷是否偏離標準條件。
- 嚴格說明以活度為準，1 M 強酸是基礎題中常用的近似表示。