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
濃差電池沒有「兩種不同的氧化還原對」,兩極是同一對,只是濃度不同。標準電動勢 E° = 0,全部電動勢來自能斯特式裡的濃度對數項。
自編示意:Ag | Ag⁺(0.0100 mol/L) ‖ Ag⁺(0.100 mol/L) | Ag,T = 298 K,n = 1,鹽橋為 KNO₃。濃度與器件均為自編示意,不代表真實測量。
二、逐題精講
題1
題1 求 298 K 下該濃差電池的電動勢,並說明濃端是正極還是負極。
解析
E° = 0,故 E = (RT/nF)·ln(c高/c低) = (8.314×298/96485)×ln(0.100/0.0100) = 0.025678×ln10 = 0.05913 V。濃端 Ag⁺ 濃度高,還原趨勢強,發生 Ag⁺ + e⁻ → Ag,是正極(陰極);稀端發生氧化 Ag → Ag⁺ + e⁻,是負極。電子由稀端流向濃端,電池自發地把兩側濃度差「抹平」,直到 c高/c低 → 1 時 E → 0。
答案 E = 0.05913 V;濃端為正極,稀端為負極。
採分點 E°=0 說明 1 分、RT/nF 1 分、濃度比 1 分、對數值 1 分、E 值 1 分、正負判判斷 1 分。
易錯點 把濃端當負極:濃度高的一側還原趨勢強,是正極。
題2
題2 若把濃度比寫反,E 會變成多少?說明鹽橋在這裡起什麼作用、為什麼不影響 E 的大小。
解析
寫反得 ln(0.0100/0.100) = −ln10,E′ = -0.05913 V,只是把電池方向倒過來,絕對值仍是 0.05913 V;所以符號錯誤可以靠「濃端應為正極」自檢發現。鹽橋提供離子通路、維持兩側電中性並把液接電勢壓到很小,它保證的是「測量能穩定進行」,並不進入能斯特式的對數項,故不改變 E 的理論值。若把鹽橋換成會與 Ag⁺ 反應的 Cl⁻ 體系,反而會在界面生成 AgCl 沉澱,改變的是電極本身而不是濃差電池的公式。
答案 E′ = -0.05913 V(符號反轉、絕對值不變);鹽橋只壓低液接電勢,不改變 E。
採分點 寫反值 1 分、絕對值不變 1 分、符號自檢 1 分、鹽橋作用 1 分、不改變 E 的理由 1 分。
易錯點 把鹽橋當成「提供額外電動勢」的部件,混淆了離子通路與電勢來源。
三、規律小結與對照表
| 量 | 公式 | 濃/稀 = 10 | 比值寫反 |
|---|---|---|---|
| RT/nF | 8.314×298/96485 | 0.025678 V | 0.025678 V |
| ln(比值) | ln(c高/c低) | 2.30259 | -2.30259 |
| E | (RT/nF)·ln(比值) | 0.05913 V | -0.05913 V |
| 濃端極性 | 還原趨勢強 | 正極 | 誤判負極 |
| 鹽橋 | 抑制液接電勢 | 不改變 E | 不改變 E |
小結:濃差電池 E°=0,E 只由濃度比的對數決定;比值寫反只翻符號,鹽橋不進公式。
四、自測清單
- 能說明濃差電池 E°=0
- 能套用能斯特濃度對數項
- 能計算 298 K 下電動勢
- 能判斷濃端為正極
- 能識別比值寫反只翻符號
- 能說明鹽橋不參與決定 E