题目性质:自编仿真题——按课程标准与联招常见考点范围编写,非真题原文;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、先把四条判据钉死
① 负极 = 发生氧化反应(失电子、化合价升高)的那一极;② 负极材料通常由具体介质中的自发反应决定,不能只看金属活动性顺序表;③ 电极反应式必须写入介质(酸性用 H⁺/H₂O,碱性用 OH⁻/H₂O,熔融或盐溶液按实际离子);④ 电子只走外电路,溶液中靠离子定向迁移导电——「电子通过溶液」是必错表述。
二、题1 Zn-Cu 稀硫酸单液原电池
题目 将锌片与铜片用导线(串接电流计)相连后插入稀硫酸中,形成原电池。回答:
(1) 指出正负极并写出两极的电极反应式;
(2) 写出总反应;
(3) 说明电子流向、溶液中 SO₄²⁻ 与 H⁺ 的迁移方向;
(4) 反应一段时间后,两极附近溶液 pH 如何变化?
审题眼 介质是稀硫酸(酸性),所以正极产物写 H₂、反应式里出现 H⁺,不能写 O₂ 或 OH⁻。
规范作答
(1) 锌为负极(Zn 失电子被氧化),铜为正极(本身不反应,只作导体与反应场所)。
负极:Zn − 2e⁻ = Zn²⁺(氧化)
正极:2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑(还原)
(2) 总反应:Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑(离子方程式);或 Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑(化学方程式)。
(3) 电子由锌片经外电路流向铜片(电流方向相反);溶液中阳离子 H⁺ 向正极(铜极)迁移并在那里得电子,阴离子 SO₄²⁻ 向负极(锌极)迁移以维持电中性。口诀:正正负负(阳离子去正极、阴离子去负极)。
(4) 铜极附近 H⁺ 被消耗,pH 增大;锌极附近 Zn²⁺ 增多、SO₄²⁻ 迁入,H⁺ 浓度变化不大(严格说是水解使酸性略增,中学阶段通常答「变化不大」或「略减小」,以教材表述为准)。整体溶液因 H⁺ 被消耗,pH 上升。
采分点 正负极判断(2分);两极反应式各2分(写 e⁻ 得失、配平、介质正确);总反应(1分);电子流向(1分);离子迁移方向各1分;pH 变化(1分)。
易错点 ① 把「较活泼」直接等同于负极(本题恰好成立,但不是通则,见题3);② 正极写成 Cu − 2e⁻ = Cu²⁺(铜不失电子);③ 酸性介质里写 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻(那是吸氧腐蚀的中性/碱性条件);④ 写「电子通过溶液到达正极」;⑤ 忘记气体符号 ↑。
三、题2 由总反应反推原电池设计
题目 已知自发反应 Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu。请设计一个带盐桥的双液原电池:
(1) 指出负极、正极材料及各自电解质溶液;
(2) 写出两极反应式;
(3) 说明盐桥的作用及其中离子的迁移方向。
审题眼 把总反应拆成氧化与还原两个半反应,是设计题唯一入口。
规范作答
(1) 氧化半反应 Fe − 2e⁻ = Fe²⁺ → 负极为铁片,插入含 Fe²⁺ 的溶液(如 FeSO₄ 溶液);还原半反应 Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu → 正极为铜片,插入含 Cu²⁺ 的溶液(如 CuSO₄ 溶液)。两烧杯以盐桥连通,外电路导线连接两电极。
(2) 负极:Fe − 2e⁻ = Fe²⁺;正极:Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。
(3) 盐桥作用:① 构成闭合回路(沟通两半电池的内电路);② 维持两边溶液电中性——负极区 Fe²⁺ 不断生成使正电荷过剩,盐桥中的阴离子(如 Cl⁻)向负极区迁移;正极区 Cu²⁺ 不断消耗使正电荷不足,盐桥中的阳离子(如 K⁺)向正极区迁移;③ 避免两溶液直接混合而发生自发置换、使化学能不经过外电路释放。
采分点 拆半反应(2分);负极/正极材料与对应电解液(各2分);两极反应式(2分);盐桥三点作用各1分;离子迁移方向(1分)。
易错点 ① 电解液配错(把 CuSO₄ 放在铁电极一侧,铁会直接置换铜,电池失效);② 盐桥写成「电子通过盐桥」(盐桥里走的是离子);③ 离子迁移方向写反;④ 用 KCl 盐桥却用于含 Ag⁺ 体系(会生成 AgCl 沉淀,应改 KNO₃)——本题体系用 KCl 无妨,但要知道这个限制。
四、题3 构成条件排查 + 「负极未必更活泼」
题目 判断下列装置能否构成原电池,并说明理由;对能构成的,写出负极材料。
A. 两片相同的锌片插入稀硫酸,用导线相连
B. 锌片与铜片插入无水乙醇,用导线相连
C. 锌片与铜片插入稀硫酸,导线断开
D. 镁片与铝片插入 NaOH 溶液,用导线相连
构成原电池四条件(逐条对照):① 两个活泼性不同(或能发生不同反应)的电极;② 电解质溶液(能导电、能参与自发氧化还原);③ 闭合回路;④ 能自发进行的氧化还原反应。
逐项辨析
A 不能。两电极材料相同,不存在电势差,不满足条件①。
B 不能。无水乙醇是非电解质,不导电,也不提供可参与的离子,不满足条件②。
C 不能。导线断开,未形成闭合回路,不满足条件③(此时锌片直接与酸反应,化学能不转化为电能)。
D 能。Mg 与 NaOH 溶液基本不反应,而 Al 能与 NaOH 溶液自发反应(2Al + 2OH⁻ + 2H₂O = 2AlO₂⁻ + 3H₂↑,或写作生成 [Al(OH)₄]⁻),故 铝作负极、镁作正极。虽然 Mg 在金属活动性顺序中排在 Al 前面,但负极由「在该介质中谁真正失电子」决定。
D 的电极反应(碱性介质示范):负极 Al + 4OH⁻ − 3e⁻ = [Al(OH)₄]⁻(或 Al + 4OH⁻ − 3e⁻ = AlO₂⁻ + 2H₂O,按教材写法);正极 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻。
答案 A/B/C 不能(分别缺条件①/②/③);D 能,负极为铝。
采分点 每条「能否 + 对应条件编号/理由」各1分;D 判出 Al 为负极(2分,本题最大区分点);能写出碱性介质电极反应式(2分)。
易错点 ① 一律按活动性顺序判负极(Mg 一定作负极);② 忽略「闭合回路」;③ 把非电解质、蒸馏水当电解质溶液;④ 碱性介质里电极反应式写出 H⁺。
五、电化学答题清单
- □ 判负极只认一件事:谁失电子、化合价升高;介质决定反应,别只背活动性表;
- □ 先写出介质(酸性 / 碱性 / 熔融 / 盐溶液),再写电极反应式;
- □ 电极反应式查三件事:原子守恒、电荷守恒、e⁻ 数目与总反应配平;
- □ 双液电池:负极插含自身阳离子的溶液,正极插含氧化剂阳离子的溶液;
- □ 方向口诀:电子外电路负→正;阳离子→正极,阴离子→负极;正正负负;
- □ 四条件逐条排查:电极有差异、有电解质、回路闭合、反应自发;
- □ 不写「电子通过溶液/盐桥」;气体、沉淀符号与 ↑↓ 别漏。
电化学题看着是背,其实是把总反应拆开、把介质写进去、把方向理清楚这三步。三步都落纸,题3 那种反例也不会被绕进去。