電池與能源材料
由氫與氧生成液態水的反應 H₂ + 1/2 O₂ → H₂O(l)，其標準吉布斯自由能變化在25℃時為 −237 kJ/mol。使用此反應的燃料電池，理論電動勢最接近下列何者？設法拉第常數為96485 C/mol。
- A約2.46 V
- B約1.23 V
- C約0.61 V
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正確答案：B. 約1.23 V
理論電動勢為 E = −ΔG/(nF)，H₂ 1 mol 反應時移動2 mol 電子，因此 n = 2。E = 237×10³ / (2 × 96485) ≈ 1.23 V。約2.46 V 是當成 n = 1 的錯誤，約0.61 V 是把每 O₂ 1 mol 的電子數 n = 4 與每 H₂ 1 mol 的 ΔG 組合的錯誤。此外，吉布斯自由能變化相對於反應焓變化（−286 kJ/mol）的比 237/286 ≈ 83%，是25℃時理論效率的標準。在實際電池中，因電極的過電壓與電解質的電阻，工作電壓會降到0.6〜0.8 V 左右。