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例題精講 · 第 00006 題 · 負極未必是更活潑的金屬

原電池題的分差集中在三處:誰作負極、電極反應式有沒有寫進介質、電子與離子的移動方向。本組三道自編仿真題依次練 Zn-Cu 稀硫酸電池的逐項判斷、由總反應反推原電池設計(含鹽橋作用與雙液電池寫法)、四個裝置能否構成原電池的條件排查(含 Al-Mg-NaOH 反例)。每題給出答案、逐項辨析、採分點與高頻錯因。

00006題號全 1000 篇 · 第 第1輪 / 第1冊 輪
方向化學·電化學與工藝流程六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——按課程標準與聯招常見考點範圍編寫,非真題原文;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 化學電化學(一)

一、先把四條判據釘死

① 負極 = 發生氧化反應(失電子、化合價升高)的那一極;② 負極材料通常由具體介質中的自發反應決定,不能只看金屬活動性順序表;③ 電極反應式必須寫入介質(酸性用 H⁺/H₂O,鹼性用 OH⁻/H₂O,熔融或鹽溶液按實際離子);④ 電子只走外電路,溶液中靠離子定向遷移導電——「電子通過溶液」是必錯表述。

二、題1 Zn-Cu 稀硫酸單液原電池

題目 將鋅片與銅片用導線(串接電流計)相連後插入稀硫酸中,形成原電池。回答:
(1) 指出正負極並寫出兩極的電極反應式;
(2) 寫出總反應;
(3) 說明電子流向、溶液中 SO₄²⁻ 與 H⁺ 的遷移方向;
(4) 反應一段時間後,兩極附近溶液 pH 如何變化?

審題眼 介質是稀硫酸(酸性),所以正極產物寫 H₂、反應式裡出現 H⁺,不能寫 O₂ 或 OH⁻。

規範作答

(1) 鋅為負極(Zn 失電子被氧化),銅為正極(本身不反應,只作導體與反應場所)。
負極:Zn − 2e⁻ = Zn²⁺(氧化)
正極:2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑(還原)

(2) 總反應:Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑(離子方程式);或 Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑(化學方程式)。

(3) 電子由鋅片經外電路流向銅片(電流方向相反);溶液中陽離子 H⁺ 向正極(銅極)遷移並在那裡得電子,陰離子 SO₄²⁻ 向負極(鋅極)遷移以維持電中性。口訣:正正負負(陽離子去正極、陰離子去負極)。

(4) 銅極附近 H⁺ 被消耗,pH 增大;鋅極附近 Zn²⁺ 增多、SO₄²⁻ 遷入,H⁺ 濃度變化不大(嚴格說是水解使酸性略增,中學階段通常答「變化不大」或「略減小」,以教材表述為準)。整體溶液因 H⁺ 被消耗,pH 上升。

採分點 正負極判斷(2分);兩極反應式各2分(寫 e⁻ 得失、配平、介質正確);總反應(1分);電子流向(1分);離子遷移方向各1分;pH 變化(1分)。

易錯點 ① 把「較活潑」直接等同於負極(本題恰好成立,但不是通則,見題3);② 正極寫成 Cu − 2e⁻ = Cu²⁺(銅不失電子);③ 酸性介質裡寫 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻(那是吸氧腐蝕的中性/鹼性條件);④ 寫「電子通過溶液到達正極」;⑤ 忘記氣體符號 ↑。

三、題2 由總反應反推原電池設計

題目 已知自發反應 Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu。請設計一個帶鹽橋的雙液原電池:
(1) 指出負極、正極材料及各自電解質溶液;
(2) 寫出兩極反應式;
(3) 說明鹽橋的作用及其中離子的遷移方向。

審題眼 把總反應拆成氧化與還原兩個半反應,是設計題唯一入口。

規範作答

(1) 氧化半反應 Fe − 2e⁻ = Fe²⁺ → 負極為鐵片,插入含 Fe²⁺ 的溶液(如 FeSO₄ 溶液);還原半反應 Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu → 正極為銅片,插入含 Cu²⁺ 的溶液(如 CuSO₄ 溶液)。兩燒杯以鹽橋連通,外電路導線連接兩電極。

(2) 負極:Fe − 2e⁻ = Fe²⁺;正極:Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。

(3) 鹽橋作用:① 構成閉合迴路(溝通兩半電池的內電路);② 維持兩邊溶液電中性——負極區 Fe²⁺ 不斷生成使正電荷過剩,鹽橋中的陰離子(如 Cl⁻)向負極區遷移;正極區 Cu²⁺ 不斷消耗使正電荷不足,鹽橋中的陽離子(如 K⁺)向正極區遷移;③ 避免兩溶液直接混合而發生自發置換、使化學能不經過外電路釋放。

採分點 拆半反應(2分);負極/正極材料與對應電解液(各2分);兩極反應式(2分);鹽橋三點作用各1分;離子遷移方向(1分)。

易錯點 ① 電解液配錯(把 CuSO₄ 放在鐵電極一側,鐵會直接置換銅,電池失效);② 鹽橋寫成「電子通過鹽橋」(鹽橋裡走的是離子);③ 離子遷移方向寫反;④ 用 KCl 鹽橋卻用於含 Ag⁺ 體系(會生成 AgCl 沉澱,應改 KNO₃)——本題體系用 KCl 無妨,但要知道這個限制。

四、題3 構成條件排查 + 「負極未必更活潑」

題目 判斷下列裝置能否構成原電池,並說明理由;對能構成的,寫出負極材料。

A. 兩片相同的鋅片插入稀硫酸,用導線相連
B. 鋅片與銅片插入無水乙醇,用導線相連
C. 鋅片與銅片插入稀硫酸,導線斷開
D. 鎂片與鋁片插入 NaOH 溶液,用導線相連

構成原電池四條件(逐條對照):① 兩個活潑性不同(或能發生不同反應)的電極;② 電解質溶液(能導電、能參與自發氧化還原);③ 閉合迴路;④ 能自發進行的氧化還原反應。

逐項辨析

A 不能。兩電極材料相同,不存在電勢差,不滿足條件①。
B 不能。無水乙醇是非電解質,不導電,也不提供可參與的離子,不滿足條件②。
C 不能。導線斷開,未形成閉合迴路,不滿足條件③(此時鋅片直接與酸反應,化學能不轉化為電能)。
D 能。Mg 與 NaOH 溶液基本不反應,而 Al 能與 NaOH 溶液自發反應(2Al + 2OH⁻ + 2H₂O = 2AlO₂⁻ + 3H₂↑,或寫作生成 [Al(OH)₄]⁻),故 鋁作負極、鎂作正極。雖然 Mg 在金屬活動性順序中排在 Al 前面,但負極由「在該介質中誰真正失電子」決定。

D 的電極反應(鹼性介質示範):負極 Al + 4OH⁻ − 3e⁻ = [Al(OH)₄]⁻(或 Al + 4OH⁻ − 3e⁻ = AlO₂⁻ + 2H₂O,按教材寫法);正極 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻。

答案 A/B/C 不能(分別缺條件①/②/③);D 能,負極為鋁。

採分點 每條「能否 + 對應條件編號/理由」各1分;D 判出 Al 為負極(2分,本題最大區分點);能寫出鹼性介質電極反應式(2分)。

易錯點 ① 一律按活動性順序判負極(Mg 一定作負極);② 忽略「閉合迴路」;③ 把非電解質、蒸餾水當電解質溶液;④ 鹼性介質裡電極反應式寫出 H⁺。

五、電化學答題清單

  • □ 判負極只認一件事:誰失電子、化合價升高;介質決定反應,別隻背活動性表;
  • □ 先寫出介質(酸性 / 鹼性 / 熔融 / 鹽溶液),再寫電極反應式;
  • □ 電極反應式查三件事:原子守恆、電荷守恆、e⁻ 數目與總反應配平;
  • □ 雙液電池:負極插含自身陽離子的溶液,正極插含氧化劑陽離子的溶液;
  • □ 方向口訣:電子外電路負→正;陽離子→正極,陰離子→負極;正正負負;
  • □ 四條件逐條排查:電極有差異、有電解質、迴路閉合、反應自發;
  • □ 不寫「電子通過溶液/鹽橋」;氣體、沉澱符號與 ↑↓ 別漏。

電化學題看著是背,其實是把總反應拆開、把介質寫進去、把方向理清楚這三步。三步都落紙,題3 那種反例也不會被繞進去。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中化學選擇性必修1《化學反應原理》:原電池、電極反應式與鹽橋相關內容
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(化學科)》:電化學基礎考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、裝置條件與解析為按常見考點編寫的教研整理,非官方試題與官方評分標準

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聯招化學·電化學(一):原電池電極判斷與電極反應式
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