DSE 化學｜電化學電池與燃料電池備課指引（導師用）｜半反應、電池電壓與四個常見錯誤

2026-11-05

學生背得到「氧化在負極」，但一問邊個極放出電子、電子由邊走去邊，就即刻打結。呢一堂要把電池當成一條電子公路：負極是起點、外電路是公路、正極是終點，鹽橋只負責運離子。

本堂目標　學生能夠：① 把一個電池反應拆成氧化與還原兩個半反應，並指出電子由負極經外電路流向正極；② 用 E°(正極) − E°(負極) 算出鋅銅電池的 1.10 V 電壓，並解釋為何要取正差值的一方做正極；③ 用 Q = It 與法拉第常數算出電解的物質量（例：2.0 A 通 30 分鐘可在陰極鍍出 1.18 g 銅），並講出燃料電池與普通電池的分別在於反應物持續輸入。

01　先備知識（開課前 3 分鐘快檢）

以下任何一項未過關，本堂就會卡住，先補該項：

技能	快檢題	過關標準
氧化還原	氧化在定義上是失去還是得到電子	失去電子（OIL RIG）
標準電極電勢	Zn²⁺/Zn 的 E° 是 −0.76 V，代表鋅容易氧化嗎	是，負值越大越易失去電子
摩爾與電流	1 mol 電子帶幾多庫侖	約 96500 C（法拉第常數）

02　課堂流程（60 分鐘）

時間	環節	導師做什麼	學生做什麼
0–8 分	先備快檢	三題快問，特別問 E° 負值的意義	口頭作答，錯的寫在黑板角落
8–20 分	拆兩個半反應	把 Zn + Cu²⁺ 拆成兩行，標明電子數	學生自己拆另一條電池反應
20–32 分	算電壓與電子流向	示範 1.10 V 的由來與外電路方向	學生畫箭嘴標電子與電流
32–44 分	鹽橋與內電路	講離子 migration，解釋為何斷鹽橋就冇電	學生用一句話講鹽橋作用
44–56 分	燃料電池與法拉第計算	示範 1.18 g 銅的算法與 H₂/O₂ 電池	學生兩人一組核對單位
56–60 分	離場檢查	三題收回即批，標明跌在邊一幕	獨立完成

03　講解腳本（照著說就可以）

第一幕：第一幕：電池係兩條半反應並排發生

學生最常見的錯，是把整個電池反應當成一條式去背，於是永遠講不清邊個極做什麼。開場寫 Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu，然後強迫拆成兩行：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（氧化，負極），Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu（還原，正極）。每一行都要寫電子，電子數要相等，否則電池不會運作。
接著講一個比喻：兩條半反應係兩個分開的房間，電子只可以經外電路（電線）由負極行去正極，唔可以在溶液裡面直接跳過去。所以鋅片一溶，電子被迫走銅線，燈膽就著。問學生：「如果兩塊金屬直接接觸會怎樣？」答案是短路，電子走近路，冇用电器。
最常見誤解提示框：「電子由正極流出」——錯，電子一定由負極（氧化極）流出，電流方向相反。

要學生複述：「兩條半反應，電子由負極經外電路去正極。」

第二幕：第二幕：電壓係兩個電極電勢相減

第二幕只做一個動作：E°(cell) = E°(正極) − E°(負極)。鋅銅電池就是 +0.34 − (-0.76) = 1.10 V。要學生養成習慣：先寫兩個 E°，再決定邊個做正極——E° 較大的一方做正極（還原），較小的一方做負極（氧化），所以相減一定得正數；如果計出負數，就是極性搞反了。
同時講清楚：E° 是「每種電極相對於標準氫電極」的值，本身不是能量，不能相加成「總能量」，只可以相減得電壓。這也是為何電池電壓與電極大小、溶液多少無關（在標準條件下），只與化學本質有關；並聯兩粒 1.5 V 電池電壓仍是 1.5 V，串聯才變 3 V。
練習時要學生把「哪個極、氧化還是還原、電子流向、電流方向」四格一次填滿。

要學生複述：「大減細，正極減負極，負數即係調轉。」

第三幕：第三幕：燃料電池與電解都用同一套電子賬

第三幕把電池概念拉去兩個應用。燃料電池：氫在負極氧化（H₂ → 2H⁺ + 2e⁻），氧在正極還原（O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O），總反應 2H₂ + O₂ → 2H₂O，理論電壓 1.23 V。關鍵分別：燃料電池的反應物由外面持續輸入，產物持續排出，所以可以不停供電；普通電池的反應物用完就死。再講能量：ΔG = −nFE = −2 × 96500 × 1.23 ≈ -237 kJ/mol，與課本的 −237 kJ/mol 一致，說明電壓與能量可以互相換算。
然後做電解計算：以 2.0 A 通電 30 分鐘，電量 Q = It = 3600 C；電子摩爾 = 3600 ÷ 96500 = 0.0373 mol；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 表示 2 mol 電子鍍 1 mol 銅，所以鍍出 0.0187 mol，即 0.0187 × 63.5 = 1.18 g。每一步只做一件事，並且寫明單位，這是學生最容易跳步失分的地方。

要學生複述：「先算電量，再除法拉第，最後看法拉第定律的電子比。」

04　必教題型與步驟

題型	例子	步驟	答案
拆半反應	寫出 Zn/Cu 電池的兩個半反應	① 寫反應物與產物 ② 配平原子 ③ 補電子使兩邊電荷相等	Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
算電池電壓	Zn²⁺/Zn 與 Cu²⁺/Cu 組成的電池電壓	① 寫兩個 E° ② 大減細 ③ 單位 V、標明正極	1.10 V
電解鍍銅	2.0 A 通 30 分鐘鍍出多少銅	① Q = It ② n(e⁻) = Q/F ③ 除以 2 再乘 63.5	1.18 g
燃料電池比較	氫氧燃料電池與鋅銅電池的分別	① 反應物是否持續輸入 ② 產物是否排出 ③ 是否可逆	燃料電池可持續供電，理論 1.23 V

合理性檢查（一定要教）：計完電壓先問「合理嗎」：常見電池在 1–2 V 之間，1.10 V 合理；算出 3 V 以上通常是把兩個 E° 相加。鍍銅 1.18 g 對應 3600 C，即 2.0 A 半個鐘，劑量與時間相符；若算出幾十克，一定是忘了除以 2 或把法拉第常數當成 1000。燃料電池效率永遠小於 100%，算出的能量不可以大於氫的燃燒熱。

05　獨立練習三題

題目	答案	想觀察什麼
寫出 Zn/Cu 電池兩個半反應並標明正負極。	Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（負極）；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu（正極）	有無為兩條式補電子、有無標極性
2.0 A 電流通過硫酸銅溶液 30 分鐘，陰極增重多少？	1.18 g	有無用 Q = It、有無除以 2
氫氧燃料電池的正極反應是什麼？為何它不算「用完就死」？	O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O；反應物持續輸入	有無寫電子、有無講到持續供氣

06　學生常見錯誤與糾正句

錯誤	學生通常這樣寫	導師這樣說
電子由正極流出	答「電子由銅片經電線去鋅片」	「負極係氧化極，電子由負極出發，電流反方向行。」
兩個 E° 相加	-0.76 + +0.34 = −0.42 V	「電壓係相減，唔係相加；E° 係相對值，加起來冇意義。」
忘記除以電子數	直接把 0.0373 mol 當成 0.0373 mol 銅	「Cu²⁺ 要兩個電子，所以電子摩爾要除以二。」
以為斷鹽橋只是少少影響	答「斷鹽橋電流會細一點」	「冇鹽橋就冇離子中和電荷，電池即刻停，係零電流。」

07　家課建議（直接指到練習卷題號）

本章重做　重做練習三題（第 1–3 題），每題旁寫出半反應與單位
化學科章節索引　揀「氧化還原」一章，做卷內第 2 題並標電子流向
電解計算表　自製一張 Q–n(e⁻)–n(金屬) 三步換算表，貼在筆記內頁

08　離場檢查（最後 5 分鐘）

題目	答案	判定
電子由哪個極流出	負極（氧化極），經外電路去正極	答正極＝重講第一幕
電池電壓怎樣算	E°(正極) − E°(負極)，大減細	答相加＝重講第二幕
燃料電池為何可持續供電	反應物持續輸入、產物排出	答「電池大啲」＝重講第三幕

09　導師常問

要背標準電極電勢嗎？

DSE 卷會提供數據表，重點是會用「大減細」判斷極性，不是死背數值。

鹽橋可以用什麼代替？

實驗上可用濾紙浸電解質，原理一樣：提供離子遷移、保持電中性。

燃料電池的電壓為何低於 1.23 V？

實際有內電阻與活化過電位，能量部分變成熱，所以輸出電壓較理論值低。

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本頁為 TutorZone 導師備課指引，內容由 TutorZone 團隊編寫；題目與流程為原創，並非任何學校或出版社的教材。