國營聯招 化學普通化學、無機化學109 年第 13 題單選題考點:ε與溫度反向關係考點:電動勢隨溫度變化
假設一伏打電池(voltaic cell)進行某一特定反應,在標準狀況下,其反應前後熵的變化量( ΔS0 )為負,請問下列敘述何者正確?
A該電池的電動勢( $\varepsilon$ )會隨溫度的上升而上升
B該電池的電動勢( $\varepsilon$ )會隨溫度的上升而下降正確答案
C該電池的電動勢( $\varepsilon$ )與溫度無關
D在任何溫度情況下,該反應的自由能變化量( $\Delta G^{0}$ )恆大於0
B正確答案
ΔS⁰<0時,由吉布斯方程式ΔG⁰=ΔH⁰-TΔS⁰知溫度升高使ΔG⁰變大(更正),電動勢ε⁰=-ΔG⁰/nF因此隨溫度升高而下降。
逐選項解析
A該電池的電動勢( $\varepsilon$ )會隨溫度的上升而上升ε與溫度反向關係✕ 易錯陷阱
ΔS⁰<0時,溫度升高使-TΔS⁰增大(正值更大),ΔG⁰增大,故ε⁰=-ΔG⁰/nF反而下降,非上升。此為方向性混淆陷阱。
B該電池的電動勢( $\varepsilon$ )會隨溫度的上升而下降電動勢隨溫度變化✓ 正確
ΔS⁰<0 → 溫度升高 → -TΔS⁰增大(更正) → ΔG⁰增大 → ε⁰=-ΔG⁰/nF減小,即電動勢隨溫度上升而下降,正確。
C該電池的電動勢( $\varepsilon$ )與溫度無關✕ 錯誤
D在任何溫度情況下,該反應的自由能變化量( $\Delta G^{0}$ )恆大於0✕ 易錯陷阱
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