电化学的基础研究与应用
电化学是研究电荷转移和电流在物质内部产生化学反应的科学。在当今的科技领域，电化学方面的研究已逐渐成为多个领域的重要组成部分，如：能源领域，环境保护领域，生物医学领域等。本文将介绍电化学的基础研究与应用。
一、电化学基础研究的概念及意义
电化学基础研究主要是通过电化学方法来研究电子、离子体系之间的相互作用及反应过程，探索物质的电化学性质。这种研究方法通过调整电极电位或电流密度，改变反应速率、选择性，以及电极表面的化学组成，从而达到探索电化学系统工作的本质规律和特点的目的。
电化学基础研究对于认识自然界的基本规律，提高工业生产效率以及环境保护都具有重要意义。让我们以荷叶为例：科学家们通过电化学实验得出水滴在荷叶上不会滑落的原因是，荷叶表面会挤出一层液体，同时荷叶蜡质表面又非常光滑，可以让水滑落。这个发现就可以为探索许多植物表面的液体滑落问题提供基础依据。
二、电催化在能源领域的应用
电催化能够通过电化学方法提高能源转化效率，可以应用于燃料电池、二氧化碳还原和水电解等领域。这些电化学反应可以通过电化学单体来实现。
在燃料电池方面，电化学能够提高燃料电池的效率和持久性，使其更加可靠和实用。现已研发出不少的电化学催化剂，如铂和铂合金催化剂等。这可以帮助我们更好地利用可再生能源，减轻对化石燃料的依赖。
在二氧化碳还原方面，电化学也发挥着重要作用。通过电合成的可用于生产有机化学品、液体燃料和聚合物等。而且，电化学还能够使碳的固定化，从而帮助解决碳排放等环境问题。
三、电化学在环境保护方面的应用
电化学在环境保护方面的应用可以减少对环境的破坏和污染，并大大提高生活质量。如电化学氧化处理、电沉积、电吸附等，可以将废水中的重金属、有机物质和氯等变为无害的物质，使废水排放更加安全。
在实践中，许多电化学技术已经被广泛应用于环境保护领域。如可控阴极还原法，可降解有机废料；氧化还原电位法，用于治疗含氧和硫酸盐的废水；电化学氧化法可以把金属离子和马拉色等污染物转化为安全物质。零废水排放和零污染排放，也可以通过电化学这样的技术来实现。
专题13 电化学综合应用
1.(2020江苏,14分)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-,其离子方程式为 ;其他条件不变,HCO3-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40 ℃~80 ℃范围内,HCO3-催化加氢的转化率迅速上升,其主要原因是 。
图1
(2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。
①电池负极电极反应式为 ;放电过程中需补充的物质A为 (填化学式)。
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为 。
图2
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。
图3
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成 (填化学式)。
②研究发现:其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是 。
1.(1)HCO3-+H2HCOO-+H2O(2分) 温度升高反应速率增大,温度升高催化剂的活性增强(2分)
(2)①HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O(2分) H2SO4(2分)
②2HCOOH+2OH-+O22HCO3-+2H2O或2HCOO-+O22HCO3-(2分)
(3)①HD(2分) ②提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度(2分)
【解析】 本题考查离子方程式的书写、影响化学反应速率的因素、原电池的工作原理等知识,考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想。(1)HCO3-和H2在催化剂的作用下反应生成HCOO-,根据原子守恒和电荷守恒,可知生成物中还有水,据此可写出有关反应的离子方程式。适当升高温度时,催化剂的活性增强,HCO3-催化加氢的反应速率增大,相同反应时间内,HCO3-催化加氢的转化率迅速上升。(2)①负极发生氧化反应,碱性条件下,HCOO-(其中的碳元素为+2价)被氧化生成HCO3-(其中的碳元素为+4价),则负极的电极反应式为HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2O。正极反应中,Fe3+被还原为Fe2+,Fe2+再被O2在酸性条件下氧化为Fe3+,因为最终有K2SO4生成,O2氧化Fe2+的过程中要消耗H+,故需要补充的物质A为H2SO4。②结合上述分析可知,HCOOH与O2反应的离子方程式为2HCOOH+2OH-+O22HCO3-+2H2O或2HCOO-+O22HCO3-。(3)①根据原子守恒并结合题图3,可知HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成HD。②从题图3可以看出,HCOOH催化释氢的第一步是转化为HCOO-,故以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢,可以提高释放氢气的速率,又HCOOK催化释氢时,氢元素的来源单一,提高释放出氢气的纯度。
1 IV Fe Zn III I II Fe Zn 高考化学专题复习：电化学基础
要点一 原电池、电解池、电镀池的比较
原电池 电解池 电镀池
定义 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。一种特殊的电解池
装
置
举
例
形
成
条
件 ①活动性不同的两电极(连接)
②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)
③形成闭合回路 ①两电极接直流电源
②两电极插人电解质溶液
③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极
②电镀液必须含有镀层金属的离子
电
极
名
称 负极：较活泼金属；
正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等) 阳极：电源正极相连的电极
阴极：电源负极相连的电极 阳极：镀层金属；
阴极：镀件
电
子
流
向 负极正极 电源负极阴极
电源正极阳极 电源负极阴极
电源正极阳极
电
极
反
应 负极（氧化反应）：金属原子失电子；
正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；
阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：金属电极失电子；
阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子
离子流向 阳离子：负极→正极（溶液中）
阴离子：负极←正极（溶液中） 阳离子→阴极（溶液中）
阴离子→阳极（溶液中） 阳离子→阴极（溶液中）
阴离子→阳极（溶液中）
练习1、把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液
混合溶液的玻璃皿中（如图所示），经一段时间后，
观察到溶液变红的区域是（ ）
A、I和III附近 B、I和IV附近
C、II和III附近 D、II和IV附近 2 Ag
Ag Fe 丙 甲 Cu C C
乙 练习2、下面有关电化学的图示，完全正确的是（ ）
练习3、已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“+”，另一个接线柱旁标有“—”。关于标有“+”的接线柱，下列说法中正确．．的是（ ）
【电化学及其应用】
1．【2017新课标1卷】支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
2．【2017新课标2卷】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为24224HSOHCO混合溶液。下列叙述错误的是
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为：3Al3eAl
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
3．【2017新课标3卷】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
4．【2017江苏卷】下列说法正确的是
A．反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0
B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀
C．常温下，Ksp=5.6×10−12，pH=10的含Mg2+溶液中，c(Mg2+)≤5.6×10−4mol·L−1
D．常温常压下，锌与稀H2SO4反应生成11.2LH2，反应中转移的电子数为6.02×1023
5．【河南省2017届高考诊断卷（A）】含氯苯（）的废水可通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池将氯苯转化为苯而除去，其除去原理如图所示，下列叙述正确的是
A．A极为负极，发生氧化反应
