題目性質：自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題，非真題原文，未取自任何題庫、教輔或試卷；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
先釘兩條：負極＝陽極＝氧化（Zn → Zn²⁺ + 2e⁻，該側正離子增多），正極＝陰極＝還原（Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu，該側正離子減少）。鹽橋的作用：陰離子（如 Cl⁻/NO₃⁻）遷向負極中和多出的 Zn²⁺，陽離子（如 K⁺）遷向正極補上被消耗的 Cu²⁺，維持兩側電中性並使迴路閉合；電子不走鹽橋，只走外電路。
能斯特（25 ℃ 示意式，n=2）：E = E° − (0.0592/2)·lg Q，Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺]（固體不寫入）。濃差電池兩極材料相同，E° = 0，電壓只由濃度比給出。下面電勢與濃度全部為自編示意值，不代表真實標準電極電勢。
二、逐題精講
題1
題1 遷移方向、E 與鹽橋失效（計算＋簡答）
自編電池：Zn | Zn²⁺(0.010 M) || Cu²⁺(1.00 M) | Cu，示意取 E°(Cu²⁺/Cu)=+0.34 V、E°(Zn²⁺/Zn)=−0.76 V（均為自編示意值）。
(1) 寫出兩極半反應與總反應，求 E°；判斷鹽橋中 K⁺、Cl⁻ 各往哪極遷移，並說明「電子經鹽橋流動」為什麼錯。
(2) 按能斯特方程求該濃度下的 E；說明 [Zn²⁺] 降低、[Cu²⁺] 升高各使 E 如何變。
(3) 若撤去鹽橋，電流會怎樣？「鹽橋只是導線」「鹽橋不參與反應所以可有可無」各錯在哪？
解析
(1) 半反應：負極（陽極，氧化）：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；
正極（陰極，還原）：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu；
總反應：Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu，n=2。
E° = E°(正極) − E°(負極) = 0.34 − (−0.76) = 1.10 V。
遷移方向：負極不斷生成 Zn²⁺、正電荷過剩 → Cl⁻（陰離子）遷向負極；正極不斷消耗 Cu²⁺、正電荷不足 → K⁺（陽離子）遷向正極。口訣：「負需陰、正需陽」（按電荷補償記，不按「異性相吸」硬套）。
「電子經鹽橋流動」錯在：電子只走外電路（導線）；鹽橋裡傳導靠離子定向遷移，是離子導體不是電子導體。若電子真能穿鹽橋，兩側溶液會直接短路、也無需電中性補償了。
(2) 能斯特：Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0.010/1.00 = 0.010 = 10⁻²，lg Q = −2。
E = 1.10 − (0.0592/2)×(−2) = 1.10 + 0.0592 = 1.1592 V。
回代：0.0592/2 = 0.0296，0.0296×2 = 0.0592，1.10+0.0592 = 1.1592 ✅。
方向：E = E° − 0.0296·lg([Zn²⁺]/[Cu²⁺])，故[Zn²⁺] 降低 → Q 變小 → lg Q 更負 → E 增大；[Cu²⁺] 升高 → Q 變小 → E 亦增大。反之 [Zn²⁺] 升高或 [Cu²⁺] 降低都使 E 減小。直觀解釋：產物（Zn²⁺）越稀、反應物（Cu²⁺）越濃，正向推動力越大。極限核對：若 [Zn²⁺]=[Cu²⁺]=1.00，Q=1、lg Q=0，E=E°=1.10 V ✅。
(3) 撤去鹽橋：迴路斷開，負極側 Zn²⁺ 迅速積累、正極側 Cu²⁺ 耗盡而電荷分離，產生與外加電動勢反向的液接電勢/極化，電流很快衰減到零（不是「慢慢變小」，是幾乎立刻停止持續電流）。
兩句錯因：① 「鹽橋只是導線」——導線傳電子、鹽橋傳離子，機理與載流子都不同，且鹽橋還承擔隔離兩種溶液、減小液接電勢的作用；② 「不參與反應所以可有可無」——它不參與電極反應正是優點（不引入副反應），但維持電中性是不可替代的功能；「不參與半反應」≠「不起作用」。補充：鹽橋電解質須不與兩側溶液反應（如 KCl 不能用於含 Ag⁺ 體系，會生成 AgCl 沉澱），選錯反而引入新誤差。
答案 (1) 負極 Zn→Zn²⁺+2e⁻、正極 Cu²⁺+2e⁻→Cu，總反應 Zn+Cu²⁺→Zn²⁺+Cu，E°=1.10 V；Cl⁻→負極、K⁺→正極；電子只走外電路。(2) E=1.10−0.0296·lg(0.010)=1.1592 V；[Zn²⁺] 降或 [Cu²⁺] 升均使 E 增大。(3) 撤鹽橋電流幾乎立刻停止；鹽橋傳離子非電子、且不參與半反應但維持電中性不可替代。
採分點 兩半反應與總反應 1 分；E°=1.10 V 1 分；Cl⁻→負極 1 分；K⁺→正極 1 分；電子走外電路 1 分；Q=0.010 與 lgQ=−2 1 分；E=1.1592 1 分；兩濃度方向各 1 分；極限 Q=1 回代 1 分；撤鹽橋現象 1 分；兩句錯因各 1 分；選鹽橋電解質條件 1 分。
易錯點 把陰陽離子遷移方向對調；把「負極」與「陰極」混稱；讓電子走鹽橋；能斯特符號寫成 E=E°+0.0296lgQ；把 [Zn²⁺] 降低判成 E 減小；把 Q 寫成 [Cu²⁺]/[Zn²⁺]；把撤鹽橋說成「電流慢慢變小」；把「不參與反應」等同「可去掉」。
題2
題2 濃差電池與濃度耗盡
(1) 自編濃差電池：Cu | Cu²⁺(0.010 M) || Cu²⁺(1.00 M) | Cu。寫出兩極半反應、總「反應」、E°，並求 E；說明哪一側是負極、為什麼。
(2) 若兩邊濃度改為 0.100 M 與 1.00 M，E 變多少？歸納 E 與 lg(c高/c低) 的關係，並回答「濃度差耗盡時 E 會怎樣」。
(3) 把題 1 的 Zn-Cu 電池與本題濃差電池對照：兩者的 E°、電壓來源、放電後濃度變化趨勢各有什麼不同？
解析
(1) 半反應：低濃度側（負極/陽極）：Cu → Cu²⁺(0.010 M) + 2e⁻（氧化，把稀溶液補濃）；
高濃度側（正極/陰極）：Cu²⁺(1.00 M) + 2e⁻ → Cu（還原，把濃溶液稀釋）。
總「反應」：Cu²⁺(1.00 M) → Cu²⁺(0.010 M)——沒有淨化學變化，只是 Cu²⁺ 從高濃度側「搬」到低濃度側，本質是混合/擴散的自由能在放電。
E° = 0：兩極材料與半反應完全相同，標準態下無電勢差。
E：n=2，Q = c低/c高 = 0.010/1.00 = 10⁻²，
E = 0 − (0.0592/2)·lg(10⁻²) = −0.0296×(−2) = 0.0592 V。
等價寫法：E = (0.0592/n)·lg(c高/c低) = 0.0296×lg(100) = 0.0296×2 = 0.0592 V ✅ 兩路閉合。
哪側是負極：低濃度側。因為它要通過氧化生成 Cu²⁺把自身濃度抬高，同時高濃度側還原消耗 Cu²⁺把自身濃度壓低，兩側朝相等方向靠攏——這正符合「放電使濃度差減小」的自發方向。
(2) 0.100 M 與 1.00 M：c高/c低 = 10，lg10 = 1，
E = 0.0296×1 = 0.0296 V，比 (1) 的 0.0592 V 恰好減半（濃度比從 100 降到 10，lg 從 2 降到 1）✅。
歸納：E = (0.0592/n)·lg(c高/c低)，與濃度比的常用對數成正比、與濃度絕對值無關；每把比值擴大 10 倍，E 增加 0.0592/n V（n=2 時 0.0296 V）。
濃度差耗盡：c高 = c低 → lg1 = 0 → E = 0，電池「沒電了」——但不是活性物質用完，而是兩側濃度拉平、推動力消失。核對：若繼續放電使低側反超，E反號，正負極對調。
(3) 三項對照：
· E°：Zn-Cu 電池 1.10 V ≠ 0（兩對不同電對）；濃差電池 E° = 0（同一電對）。
· 電壓來源：Zn-Cu 來自兩個電對的標準電勢差＋濃度修正（1.1592 V 裡 1.10 是主體、0.0592 是修正）；濃差電池全部來自濃度比（0.0592 V 裡沒有標準電勢項）。
· 放電後濃度趨勢：Zn-Cu 中 [Zn²⁺] 升、[Cu²⁺] 降（總反應生成 Zn²⁺、消耗 Cu²⁺），濃度差是「產物/反應物」之別，不會拉平到 E=0（E° 始終託底）；濃差電池中兩側 Cu²⁺ 朝相等靠攏，濃度差單調減小直至消失、E→0。
一句話：化學電池靠「不同物質」，濃差電池靠「同種物質的不同濃度」；前者 E° 託底，後者 E°=0、全靠 lg 比值撐著。
答案 (1) 低濃側氧化 Cu→Cu²⁺+2e⁻、高濃側還原 Cu²⁺+2e⁻→Cu，總反應為 Cu²⁺(高)→Cu²⁺(低)、無淨化學變化；E°=0，E=0.0296·lg(100)=0.0592 V；低濃側為負極。(2) 0.100/1.00 時 E=0.0296 V（減半）；E=(0.0592/n)lg(c高/c低)，濃度拉平則 E→0、反超則正負極對調。(3) 對照見上：E° 1.10 vs 0、電壓來源標準電勢差+修正 vs 全靠濃度比、放電後 [Zn²⁺]↑[Cu²⁺]↓ vs 兩側拉平。
採分點 兩半反應與「總反應無淨化學變化」1 分；低濃側為負極並說明朝相等靠攏 1 分；E°=0 1 分；E=0.0592 兩路閉合 1 分；(2) 0.0296 V 1 分；減半核對 1 分；E 與 lg 比值關係 1 分；E→0 與反超對調 1 分；(3) 三項對照各 1 分；一句話歸納 1 分。
易錯點 把濃差電池 E° 寫成非零；把高濃度側判成負極；把 Q 寫成 c高/c低（應為 c低/c高 或用等價式）；把總反應寫成有淨化學變化；認為濃度拉平後「活性物質耗盡」；把 Zn-Cu 的 E 全歸給濃度修正；忽略每 10 倍比值對應 0.0296 V。
三、規律小結與對照表
| 項 | Zn-Cu 原電池 | Cu 濃差電池 | 公式 | 本題值 | 方向 |
|---|---|---|---|---|---|
| 負極(陽極) | Zn 氧化，Zn²⁺ 增 | 低濃側 Cu 氧化，補濃 | 氧化側為負 | Zn / 0.010 M 側 | Cl⁻ 往負極 |
| 正極(陰極) | Cu²⁺ 還原，Cu²⁺ 減 | 高濃側 Cu²⁺ 還原，稀釋 | 還原側為正 | Cu / 1.00 M 側 | K⁺ 往正極 |
| E° | 1.10 V | 0 | E°正−E°負 | 1.10 / 0 | 不同電對 vs 同電對 |
| Q | [Zn²⁺]/[Cu²⁺]=10⁻² | c低/c高=10⁻² | 固體不寫入 | lgQ=−2 | — |
| E | 1.10−0.0296lgQ | 0−0.0296lgQ | E=E°−0.0592/n·lgQ | 1.1592 / 0.0592 | — |
| 等價式 | — | 0.0296·lg(c高/c低) | E=(0.0592/n)lg(比) | 0.0296×2=0.0592 | — |
| 每10倍比值 | — | +0.0296 V | 0.0592/n | 100→10 則減半 | — |
| 放電趨勢 | [Zn²⁺]↑,[Cu²⁺]↓ | 兩側拉平 | — | E 由 E° 託底 / E→0 | — |
| 撤鹽橋 | 電流幾乎立刻停 | 同樣適用 | 離子導體非電子 | — | 電中性不可替代 |
鹽橋與濃差電池只記「負需陰、正需陽；電子走外電路、離子走鹽橋」。Zn|Zn²⁺(0.010)||Cu²⁺(1.00)|Cu 的 E°=1.10 V，能斯特修正 E=1.1592 V；[Zn²⁺] 降或 [Cu²⁺] 升都使 E 增大。濃差電池兩極同材料、E°=0，電壓全靠 E=(0.0592/n)lg(c高/c低)：0.010 vs 1.00 得 0.0592 V，0.100 vs 1.00 得 0.0296 V，濃度拉平則 E→0。撤鹽橋電流幾乎立刻停——不參與半反應 ≠ 不起作用。所有電勢、濃度與電極數據均為自編示意，不代表真實標準電極電勢或實測結果。
四、自測清單
- □ 先定負極=陽極=氧化、正極=陰極=還原；
- □ 陰離子遷向負極、陽離子遷向正極，按電荷補償記；
- □ 電子只走外電路，鹽橋是離子導體；
- □ 能斯特符號與 Q 的方向寫對，固體不進 Q；
- □ 濃差電池 E°=0，電壓只由濃度比的對數給出；
- □ 區分「標準電勢差託底」與「濃度差耗盡 E→0」。
