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高中化學｜電化學（化學電池與電解） 備課指引（導師用）｜電勢差、電子流向與法拉第三步
學生背得出「負極氧化、正極還原」，但一問「電子行哪條路、鹽橋有咩用」就停頓；計電解產量時又忘記除以電子數。這一堂用一條電子路線把電池與電解池串起來。
本堂目標 學生能夠：① 指出化學電池的正負極、氧化還原半反應與電子流向，並講出鹽橋的作用；② 由兩個標準電極電勢算電池電壓，用 ΔG = −nFE 判斷反應是否自發；③ 用電荷量、法拉第常數與電子摩爾數算出電極產物的質量與氣體體積。
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 | Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ 是氧化還是還原 | 氧化（電子流失） |
| 法拉第常數 | 1 mol 電子帶幾多電荷 | 96 485 C |
| 電極電勢 | E° 越負代表甚麼 | 越易失去電子，還原劑越強 |
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 | 開場診斷 | 問鋅銅電池哪邊是負極、電子行哪個方向 | 舉手答並畫箭嘴 |
| 8–22 分 | 電池的電子路線 | Zn 氧化、Cu²⁺ 還原，電壓 1.10 V，鹽橋補電荷 | 自己畫一次路線圖 |
| 22–36 分 | 電勢差與自由能 | ΔG = −2 × 96 485 × 1.10 = -212.3 kJ/mol | 自己代一次數 |
| 36–50 分 | 法拉第定律算產量 | 2.0 A × 1800 s = 40 C，銅 1.185 g，氯氣 448 cm³ | 自己算一次 |
| 50–56 分 | 燃料電池與日常電池 | 比較一次性、可充電與燃料電池的能量流向 | 講出一個分別 |
| 56–60 分 | 離場檢查 | 三題收回即批 | 獨立完成 |
03 講解腳本（照著說就可以）
第一幕：先分氧化還原，再畫電子路線
鋅銅電池裡，鋅片是負極，發生氧化：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；銅片是正極，發生還原：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu。
電子由鋅經外電路流向銅，所以電流方向相反，由銅經外電路回鋅。溶液內部靠離子移動導電：鹽橋的陽離子移向正極那一邊，陰離子移向負極那一邊。
要學生記住一句：「電池的陽極在負極那一邊」——因為放電時陽極就是發生氧化的一邊。
電子由鋅經外電路流向銅，所以電流方向相反，由銅經外電路回鋅。溶液內部靠離子移動導電：鹽橋的陽離子移向正極那一邊，陰離子移向負極那一邊。
要學生記住一句：「電池的陽極在負極那一邊」——因為放電時陽極就是發生氧化的一邊。
要學生講：如果拿走鹽橋，燈泡會怎樣？為甚麼會這樣？答不到就回到電荷平衡那一點。
第二幕：電勢差就是電池的電壓
E°cell = E°cathode − E°anode = 0.34 − (-0.76) = 1.10 V。電勢差是正數，代表這個反應在標準狀態下自發。
再用 ΔG = −nFE 定量：n = 2，F = 96 485 C/mol，得 ΔG = −2 × 96 485 × 1.10 = -212267 J，即 -212.3 kJ/mol，負值與自發一致。
把兩個電極對調，電壓變 −1.10 V、ΔG 變正，反應就不自發；這是題目最愛的反問方式。
再用 ΔG = −nFE 定量：n = 2，F = 96 485 C/mol，得 ΔG = −2 × 96 485 × 1.10 = -212267 J，即 -212.3 kJ/mol，負值與自發一致。
把兩個電極對調，電壓變 −1.10 V、ΔG 變正，反應就不自發；這是題目最愛的反問方式。
要學生做：把鋅換成銀（E° = +0.80 V），講出電壓與自發性怎樣變。
第三幕：法拉第定律：由電流算產量
通電 2.0 A 共 1800 秒，電荷量 Q = It = 40 C。電子摩爾數 = Q ÷ F = 40 ÷ 96 485 = 0.0373 mol。
陰極沉銅：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu，每 2 mol 電子得 1 mol 銅，所以銅 0.0187 mol，質量 = 0.0187 × 63.5 = 1.185 g。
陽極放氯氣：2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻，氯氣同樣 0.0187 mol，室溫摩爾體積 24.0 dm³，體積 = 0.448 dm³，即 448 cm³。
陰極沉銅：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu，每 2 mol 電子得 1 mol 銅，所以銅 0.0187 mol，質量 = 0.0187 × 63.5 = 1.185 g。
陽極放氯氣：2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻，氯氣同樣 0.0187 mol，室溫摩爾體積 24.0 dm³，體積 = 0.448 dm³，即 448 cm³。
要學生做：把電流加倍、時間減半，講出產量為何不變（電荷量相同，與電流大小無關）。
04 必教題型與步驟
| 題型 | 例子 | 步驟 | 答案 |
|---|---|---|---|
| 判正負極與電子流向 | 鋅銅電池 | 先寫兩個半反應，再定氧化的一邊 | 負極鋅、電子鋅往銅 |
| 算電池電壓 | E°(Cu²⁺/Cu) = 0.34、E°(Zn²⁺/Zn) = -0.76 | E°cathode − E°anode | 1.10 V |
| 算自由能變化 | 同一電池，n = 2 | ΔG = −nFE，記得 J 轉 kJ | -212.3 kJ/mol |
| 算電解產量 | 2.0 A、1800 秒、硫酸銅溶液 | Q = It，再除 F，再除電子數 | 銅 1.185 g、氯氣 448 cm³ |
合理性檢查（一定要教）：合理性檢查：電壓 1.10 V 為正，與銅的 E° 高於鋅一致；ΔG -212.3 kJ/mol 為負，兩個結論互相印證；電子摩爾 0.0373 mol 低於 0.05 mol，所以銅質量 1.185 g 應小於 0.05 × 63.5 ≈ 3.2 g，數量級合理；氯氣 448 cm³ 與銅摩爾數乘 24 000 cm³/mol 完全對得上。
05 獨立練習三題
| 題目 | 答案 | 想觀察什麼 |
|---|---|---|
| 正負極與電子流向三題 | 鋅銅、鐵銅、鎂鋅三個組合 | 有無把陽極與正極混為一談 |
| 電壓與自由能兩題 | 不同電極組合，其中一題要判自發 | 有無把負號或 n 漏掉 |
| 法拉第計算三題 | 電流與時間不同組合，一題問氣體體積 | 有無忘記除以電子數 |
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 |
|---|---|---|
| 陰陽極與正負極倒轉 | 寫「正極是陽極，發生氧化」 | 放電時陽極就是氧化那一邊，在電池裡它是負極；先把兩個半反應寫出來，標籤自然不會錯。 |
| ΔG 漏負號 | 寫 ΔG = +212.3 kJ/mol | ΔG = −nFE，電壓是正數時 ΔG 一定是負數；負號代表能量放出。 |
| 忘記除以電子數 | 把 0.0373 mol 電子直接當成 0.0187 mol 銅 | 銅是二價，2 mol 電子才得 1 mol 銅，一定要除以 n；銀是一價就不用除。 |
| 單位未換算 | 把 mA 當 A、把分鐘當秒 | 先統一成 A 與 s 再乘，最後才換 g 或 cm³；單位錯就整題錯。 |
07 家課建議（直接指到練習卷題號）
08 離場檢查（最後 5 分鐘）
| 題目 | 答案 | 判定 |
|---|---|---|
| 鋅銅電池中電子由哪塊金屬流向哪塊 | 由鋅流向銅 | 答相反即重講第一幕 |
| E°cell = 1.10 V、n = 2，ΔG 是多少 | -212.3 kJ/mol | 漏負號即重講第二幕 |
| 40 C 通過，陰極得幾多 mol 銅 | 0.0187 mol | 答 0.0373 即忘記除以 2 |
09 導師常問
電池與電解池的電極叫法一樣嗎？
名字一樣，但角色相反：電池放電時負極是陽極（氧化）；電解池接外電源，正極才是陽極。做題時先問「有沒有外電源」。
為甚麼要背 E° 表？
不必背全部，記住常用幾個（鋅 −0.76、銅 +0.34、銀 +0.80）就夠；題目一定會給，重點是懂得用 cathode 減 anode。
法拉第計算最容易錯哪一步？
忘記除以電子數。先把半反應寫出來，看電子係數是 1 還是 2，再除，就不會錯。
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。