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title: 2020年8月13日 上課
tags: [高中化學]

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# 2020年8月13日 上課
###### tags: `高中化學`
## 第一階段：隨機抽問
1. （簡答題）請寫出二鉻酸根離子作為氧化劑的半反應式。並說明顏色或狀態變化。
2. （簡答題）請寫出(a)濃硝酸（與活性較小金屬）、(b)稀硝酸（與活性較小金屬）、(c\)稀硝酸（與活性較大金屬）的半反應式。並說明顏色或狀態變化。
3. （簡答題）請寫出「酸性過錳酸鉀溶液與硫化氫進行氧化反應」的完整反應式。並說明顏色或狀態變化。
4. （簡答題）請寫出「硫代硫酸根離子與氯氣進行氧化反應」的完整反應式。並說明顏色或狀態變化。
5. （簡答題）請寫出「碘酸根離子與亞硫酸氫根離子進行氧化反應」的完整反應式。並說明顏色或狀態變化。
6. （簡答題）請說明標準還原電位的定義。
7. （簡答題）請利用下表，討論將四種半電池在標準狀態下串聯成雙電池的(a)排列數，以及(b)總電動勢的可能值。
    | 半電池 |   標準還原電位   |
    |:------:|:----------------:|
    |   $\text{Zn}_{\text{(s)}}∣\text{Zn}^{2+}_{\text{(aq)}}$   | $-0.76~\text{V}$ |
    |   $\text{Fe}_{\text{(s)}}∣\text{Fe}^{2+}_{\text{(aq)}}$   | $-0.44~\text{V}$ |
    |   $\text{Cu}_{\text{(s)}}∣\text{Cu}^{2+}_{\text{(aq)}}$   | $+0.34~\text{V}$ |
    |   $\text{Ag}_{\text{(s)}}∣\text{Ag}^{+}_{\text{(aq)}}$   | $+0.80~\text{V}$ |
8. （簡答題）碳鋅電池（勒克朗舍電池）的(a)氧化劑、(b)還原劑、(c\)去極劑是什麼，並寫出(d)陽極半反應式、(e)陰極半反應式、(f)全反應式。
9. （計算題）某鉛蓄電池的電解液總重為 $1000$ 克，其中硫酸的重量百分率濃度為 $32.8\%$，經放電 $1$ 法拉第後，請計算(a)陽極重量變化量、(b)陰極重量變化量、(c\)電解液重量、(d)硫酸的重量百分率濃度。
10. （簡答題）請寫出電解碘化鉀水溶液時(a)陽極半反應式、(b)陰極半反應式、(c\)全反應式、(d)U形管中間介面反應，並說明(e)U形管中溶液顏色、(f)如何檢驗產物？
    ![](https://i.imgur.com/pSxsnlB.png)


### 答題狀況
| 1  | 2  | 3  | 4  | 5  | 6  | 7  | 8  | 9  | 10 |
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| +2 | +1 | +2 | +2 | +2 | +1 | +2 | +1 | +2 | +1 |

## 第二階段：觀念統整
### 吉布斯自由能與電化學（補充）
在熱力學中，**吉布斯自由能**（Gibbs Free Energy） $G$ 是描述系統熱力性質的一種熱動力位能（thermodynamic potential），定義為 $$G=U+pV-TS=H-TS，$$ $U$ 是系統的內能，$T$ 是絕對溫度，$S$ 是熵（entropy），$p$ 是壓力，$V$ 是體積，$H$ 是焓（enthalpy）。吉布斯自由能與反應自發性（spontaneity）有關。

從熱力學第二定律可以推論，在等溫等壓狀況下，==吉布斯自由能的變化量必然小於或等於其所*獲得*的非體積功==（non-pressure-volume work）：$$\Delta G\leq W'，$$ 當反應可逆（reverisible）時，等號成立，此處非體積功 $W'$ 指的是系統非因體積變化而*獲得*的功。在電化學中，電化電池所*做*的非體積功 $-W'$ 就是電功，其最大值就是電池反應的吉布斯自由能減少量 $-\Delta G$。

假設，有 $n$ 莫耳電子從電池的負極移動經過外電路抵達電池的正極，而電池的電動勢為 $\mathcal{E}_\text{cell}$，則電子所*獲得*的非體積功為 $$W'=-q\mathcal{E}=-n\mathcal{F}\mathcal{E}_\text{cell}，$$ 其中，$q$ 為電荷量，而 $\mathcal{F}=96485~\text{C}$ 為法拉第常數（Faraday constant），即一莫耳電子所帶有的電荷量。電動勢則是由陰、陽極的電位差所給定：$$\mathcal{E}_\text{cell}=\Phi_\text{anode}-\Phi_\text{cathode}，$$ 其中 $\Phi_\text{anode}$ 和 $\Phi_\text{cathode}$ 分別為陰極和陽極的還原電位。

假設整個過程為可逆過程，則可得到電化學的基礎方程式：$$\Delta G=-n\mathcal{F}\mathcal{E}_\text{cell}，$$
此式表示出吉布斯能變化量與電動勢的關係。所以，電動勢為 $$\mathcal{E}_\text{cell}=-\Delta G/n\mathcal{F}；$$ 在標準狀態下，這要寫成 $$\mathcal{E}_\text{cell}^\circ=-\Delta G^\circ/n\mathcal{F}，$$ 這時電動勢 $\mathcal{E}_\text{cell}^\circ$ 是標準還原電位之差。



## 第三階段：解答課前提問
### p.288
### p.300
### p.312範例4
### p.313範例7

