题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
盐桥的作用有两层:让两侧溶液保持电中性、把两种电解质界面的液接电势压到可忽略。写电动势时先按能斯特方程算「无液接电势」的理想值,再把 Ej 作为单独一项扣掉,不要把它混进浓度项里。
自编示意电池:Zn | Zn²⁺(0.100 mol/L) ‖ Cu²⁺(0.0100 mol/L) | Cu,25 ℃,E°(Cu²⁺/Cu) = +0.340 V、E°(Zn²⁺/Zn) = -0.760 V。电势与浓度均为自编示意数值,不代表真实物质常数。
二、逐题精讲
题1
题1 求 E°cell 与理想电动势 E,并说明盐桥为什么不能省。
解析
E°cell = E°(正极) − E°(负极) = 0.340 − (-0.760) = 1.100 V。电池反应 Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu,转移电子数 n = 2,反应商 Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0.100/0.0100 = 10.0,lg Q = 1。25 ℃ 下 E = E° − (0.05916/2)lgQ = 1.100 − 0.02958×1 = 1.07042 V。盐桥不能省:没有它,两侧溶液界面会出现液接电势,且随着离子扩散浓度不断变化,读数既偏又漂;盐桥用高浓度惰性电解质把两侧界面换成两个小且不随时间变的界面,Ej 才能按可忽略处理。若把盐桥换成一根导线,电子通了但离子回路没通,电流会迅速衰减到零。
答案 E°cell = 1.100 V;E = 1.07042 V;盐桥维持电中性并压低液接电势,导线不能替代。
采分点 E°cell 1 分、反应商与 n 1 分、对数项 1 分、E 值 1 分、盐桥两项作用各 1 分、导线不可替代 1 分。
易错点 把 lg 项写成 lg([Cu²⁺]/[Zn²⁺]),符号会反。
题2
题2 若盐桥失效引入 Ej=0.0300 V,实测值偏低多少?若把能斯特项符号写反呢?
解析
液接电势按与理想电动势反向计,实测 E′ = E − Ej = 1.07042 − 0.0300 = 1.04042 V,相对理想值偏低 (1.07042−1.04042)/1.07042 = 2.80%。这是外加的界面项,与浓度项无关,换浓度不会把它消掉。若把能斯特项的符号写成「加」,得 E″ = 1.100 + 0.02958×1 = 1.12958 V,相对 1.07042 V 偏高 (1.12958−1.07042)/1.07042 = 5.53%。符号写反比液接电势更隐蔽:它仍随浓度变化、看起来像「正常」的能斯特行为,单测一组数据发现不了;必须换一组浓度比做两点评——正确式的 E 随 lgQ 增大而下降,写反式会上升,斜率符号即为报警量。注意两种偏差方向相反,不能一并归成「读数偏小」。
答案 液接电势使实测 1.04042 V、偏低 2.80%;符号写反得 1.12958 V、偏高 5.53%;斜率符号可拦下后者。
采分点 实测值 1 分、液接偏低 1 分、符号写反值 1 分、偏高量 1 分、两点评斜率 1 分、方向相反不可混 1 分。
易错点 把 Ej 当成浓度项的一部分,或只测一组浓度就判定符号正确。
三、规律小结与对照表
| 情形 | 公式 | E(V) | 相对理想值 |
|---|---|---|---|
| 理想(有盐桥) | E° − 0.02958·lgQ | 1.07042 | 0.00% |
| 无盐桥 | E − Ej | 1.04042 | 偏低 2.80% |
| 符号写反 | E° + 0.02958·lgQ | 1.12958 | 偏高 5.53% |
| lgQ | lg(0.1/0.01) | 1 | — |
| 报警量 | E 对 lgQ 的斜率 | 负 | 写反为正 |
小结:先算无液接电势的 E,再把 Ej 单列;液接电势使读数偏低、能斯特符号写反使读数偏高,后者靠换浓度看斜率符号拦下。
四、自测清单
- 能由两极标准电势求 E°cell
- 能写出反应商与 n=2
- 能用能斯特方程求 E
- 能说明盐桥的两项作用
- 能回代液接电势的偏低量
- 能用斜率符号识别能斯特项写反