1、章末总结体系构建主题探究电化学技术在环保领域的应用主题复习目标及意义电化学技术通过方便地控制电极电势可以实现物质的氧化或还原。该技术可以应用于环境污染的治理，通过氧化或还原反应除去对环境有害的物质。电化学技术在国内外都得到了重视，该技术可以应用于温室气体二氧化碳的合理利用，也可以应用于废水的处理，尤其是对难降解且对人类危害较大的物质进行处理，具有较好的应用前景。探究交流探究一 对CO2气体的处理（一）下图为光电催化能源化利用CO2 制备太阳能燃料（如CO、HCHO、CH3OH、CH4 等）的示意图。1.写出该电解池的阳极反应式。答案：2H2O-4e-=4H+O2 。解析：题图中阳极是水失电子，
2、生成O2 和H+ ，所以电极反应式为2H2O-4e-=4H+O2 。2.若太阳能燃料为甲醇，请写出阴极的电极反应式。答案：CO2+6H+6e-=CH3OH+H2O 。解析：太阳能燃料为甲醇，阴极反应物为CO2 和H+ ，则电极反应式为CO2+6H+6e-=CH3OH+H2O 。（二）用二氧化碳可合成低密度聚乙烯(LDPE) 。常温常压下以纳米二氧化钛膜为工作电极，电解CO2 ，可制得LDPE ，该电极反应可能的机理如下图所示。1.含Ti+3 的一极与电源的哪一极相连？答案：正极。解析：CO2 中碳元素化合价降低，得电子，在阴极反应；Ti+3 的一极失电子，发生氧化反应，与电源正极相连。2.电解
3、过程中阴离子(CO2-) 向哪一极迁移？答案：阳极。解析：电解过程中阴离子(CO2-) 向阳极迁移。探究二 对硫化氢（H2S）气体的处理（一）我国科学家设计了一种CO2+H2S 协同转化装置，实现对天然气中CO2 和H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO 石墨烯（石墨烯包裹的ZnO ）和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时，下列叙述正确的有 （填序号）。A.电子从ZnO 石墨烯极移到石墨烯极，电解质中的阳离子向石墨烯极移动B.协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2
4、O+SC.石墨烯电极的电势比ZnO 石墨烯电极的低答案：B解析：由石墨烯电极区反应可知该电极发生氧化反应，为阳极，则ZnO 石墨烯为阴极，电子从电源的负极经导线流向阴极，再从阳极经导线流向电源的正极，电解质中的阳离子由阳极流向阴极，A错误；从题图中可以看出，天然气中的杂质CO2 在左侧转化为CO ，而H2S 则在右侧转化为了S ，故可以得出协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+S ，B正确；石墨烯是阳极，ZnO 石墨烯是阴极，故石墨烯电极的电势比ZnO 石墨烯电极的高，C错误。（二）下图是电化学膜法脱硫过程示意图，该装置为电解池，a、b 表示电极。电化学膜的主要材料是碳和熔融的碳酸盐。
5、1.结合图示判断该电解池的阴、阳极。答案：a 极为阴极，b 极为阳极。2.写出阴极的电极反应式。答案：H2S+2e-=S2-+H2 。3.脱硫过程中发现净化气中CO2 含量明显增加，有的同学认为是电化学膜中的碳被氧化。这种观点对吗？如果不对，请你给出合理的解释。答案：不对。硫化氢是酸性气体，净化气中CO2 含量明显增加的原因是硫化氢气体与熔融碳酸盐反应生成二氧化碳。4.工作一段时间后，生成H2 和S2 的物质的量之比是多少？答案：2:1。 解析：由得失电子守恒可知，工作一段时间后，生成H2 和S2 的物质的量之比为2:1。探究三 对废水的处理电化学在我们的工业生产、生活中发挥着越来越大的作用。
6、根据题给信息，回答下列问题：1.电化学降解法治理硝酸盐污染的工作原理如图所示。（1）A 为直流电源的 极。（2）Ag-Pt 电极发生的电极反应为 。（3）当阳极室溶液质量减少45g ，则阴极室溶液质量减少 g 。答案：（1）正（2）2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2O （3）9 解析：（1）由题给信息可知，Pt 电极为电解池的阳极，则与Pt 电极相连的直流电源的A 电极为正极。（2）由题图可知，Ag-Pt 电极为电解池的阴极，硝酸根离子在阴极得电子发生还原反应生成氮气，电极反应式为2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2O 。（3）阳极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+ ，若
7、阳极转移2mol 电子，消耗1mol 水，同时生成2mol 氢离子通过质子交换膜进入阴极区，减少质量为18g ，阴极室放出0.2mol 氮气，同时有2mol 氢离子进入，阴极室质量减少为0.2mol28gmol-1-2mol1gmol-1=3.6g ，则当阳极室溶液质量减少45g ，则阴极室溶液质量减少453.618g=9g 。2.某工业废水中含有一定浓度的Ni2+ 和Cl- ，现采用双膜三室电沉积法回收Ni2+ 。根据图甲、图乙所给信息回答下列问题：图甲图乙（1）交换膜a 是 （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。（2）根据图乙分析，pH 过高或过低，镍的回收率都低的原因： 。（3）当浓缩室得
8、到1L0.6mol/L 盐酸时，转移电子 mol 。答案：（1）阳离子 （2）pH 过高，Ni2+ 可能转变为Ni(OH)2 沉淀，pH 过低，溶液中H+ 浓度较大，氢离子在阴极放电，Ni2+ 被还原的量减少，所以pH 过高或过低镍的回收率都低 （3）0.5解析：（1）由题图可知，左侧惰性电极是阳极，右侧惰性电极是阴极，左室中H+ 向阴极移动，交换膜a 为阳离子交换膜。（3）当浓缩室得到1L0.6mol/L 盐酸时，溶液中氢离子增大的物质的量为0.5mol ，则转移电子的物质的量为0.5mol 。探究应用1.（2021山东淄博高三二模）CO2 的固定和转化是世界性课题。科研团队巧妙设计构建了系
9、列新型光电催化人工光合成体系光电催化池，p-n 半导体异质结催化CO2 在水中直接制备长碳链有机物并放出氧气，原理如图，下列说法不正确的是( )A.电极1的电势比电极2的电势高B.该设计向大自然学习，模仿植物的光合作用C.电子从a 极流到电极1，从电极2流到b 极D.负极区，p-n 为催化剂，CO2 发生还原反应生成长碳链有机物答案：A解析：由题图可知，电极1连接的是负极a ，电极2连接的是正极b ，正极电势高于负极，所以电极1的电势比电极2的电势低，故A错误；p-n 半导体异质结催化CO2 在水中直接制备长碳链有机物并放出氧气，原理类似光合作用，故B正确；电子从电源的负极经外电路流向正极，即
10、从a 极流到电极1，从电极2流到b极，故C正确；根据题图可知，a极是负极，电极1和负极相连，相当于阴极，发生还原反应生成长碳链有机物，故D正确。2.对废水中氮、磷元素的去除已经逐渐引起科研人员的广泛关注。采用两级电解体系对废水中硝态氮和磷进行降解实验取得了良好的去除效果。装置如图所示，由平板电极（除氮时a 电极为催化电极，b 电极为钛电极；除磷时a 电极为铁，b 电极为钛板）构成二维两级电解反应器。下列说法错误的是( )A.a 电极上的电势比b 电极上的电势高B.除氮时，b 电极的电极反应式为2NO3-+10e-+6H2O=N2+12OH-C.除磷的总反应可能为Fe3+PO43-=FePO4、
11、3Fe2+2PO43-=Fe3(PO4)2D.钛极产生的气体能发生气浮作用，使溶液中颗粒物漂浮至表面被去除答案：B解析：由题图可知b 电极上发生反应为2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2O ，故b电极为阴极，a 电极为阳极，A项正确，B项错误；除磷时a电极为铁，发生的反应为Fe-2e-=Fe2+ ，Fe2+ 被氧化为Fe3+ ，所以除磷反应有Fe3+PO43-=FePO4、3Fe2+2PO43-=Fe3(PO4)2 ，C项正确；钛极产生的气体能产生细微的小气泡，有利于颗粒物漂浮至表面被去除，D项正确。3.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH 在5.06.0 ，通过
12、电解生成Fe(OH)3 沉淀。Fe(OH)3 有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图所示：（1）电解池阳极的电极反应分别是 ；4OH-4e-=2H2O+O2 。（2）熔融盐燃料电池以熔融碳酸盐为电解质，CH4 为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。已知负极的电极反应是CH4+4CO32-8e-=5CO2+2H2O 。正极的电极反应式是 。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A 物质参加循环。则
13、A 物质的化学式是 。（3）实验过程中，若在阴极产生了44.8L （标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4L （标准状况）。答案：（1）Fe-2e-=Fe2+（2）O2+2CO2+4e-=2CO32- CO2（3）11.2解析：（1）通空气的一端是原电池的正极，连接的铁电极作电解池的阳极，所以铁电极本身放电，电极反应为Fe-2e-=Fe2+ 。（2）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32- 。电池以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳(CO2) 。（3）阴极的电极反应式为2H+2e-
14、=H2 ，阴极产生了44.8L （标准状况）即2mol 的氢气，所以转移电子的物质的量为4mol ，根据电池的负极电极反应式是CH4+4CO32-8e-=5CO2+2H2O ，当转移4mol 电子时，消耗CH4 （标准状况）的体积V=0.5mol22.4Lmol-1=11.2L 。高考体验1.（2020江苏，11，4分）将金属M 连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )A.阴极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+B.金属M 的活动性比Fe 的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快答案：C解
15、析：A项，题图中金属的防护方法是牺牲阳极的阴极保护法，金属M 失去电子被氧化，水在钢铁设施表面得到电子，错误；B项，金属M 和钢铁设施构成原电池，金属M 作负极，故金属M 的活动性比铁的活动性强，错误；C项，电子流向钢铁设施，钢铁设施表面积累大量电子而被保护，正确；D项，海水中含有大量电解质，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，错误。2.（2020课标，12，6分）电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+ 注入到无色WO3 薄膜中，生成AgxWO3 ，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )A.Ag 为阳极B.Ag+
16、由银电极向变色层迁移C.W 元素的化合价升高D.总反应为：WO3+xAg=AgxWO3答案：C解析：根据题给装置图可知，该装置有外接电源，为电解池，且Ag电极作阳极，故A项正确；通电时，阳极反应式为Ag-e-=Ag+ ，生成的Ag+ 通过固体电解质进入电致变色层，与WO3 结合得到AgxWO3 ，W 的化合价降低，阴极反应式为WO3+xe-=WO3x- ，总反应为xAg+WO3=AgxWO3 ，故B、D项正确，C项错误。3.（2020山东，13，4分）采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )A.阳极反应为2H2O-4e
17、-=4H+O2B.电解一段时间后，阳极室的pH 未变C.电解过程中，H+ 由a 极区向b 极区迁移D.电解一段时间后，a 极生成的O2 与b 极反应的O2 等量答案：D解析：根据题给电解装置图可知，电解池右侧O2 参加反应生成H2O2 ，a 极为阳极，b 极为阴极。电解时，阳极的电极反应式为2H2O-4e-=4H+O2 ，阴极的电极反应式为4H+2O2+4e-=2H2O2 ，A正确；根据电极反应式及得失电子守恒可知，阳极生成的H+ 通过质子交换膜进入阴极区最终转化为H2O2 ，阳极区H+ 的物质的量浓度不发生变化，pH 不变，B、C正确；设电解时转移电子为4mol ，则阳极生成1molO2 ，
18、阴极消耗2molO2 ，D错误。4.（2020课标，12，6分）科学家近年发明了一种新型Zn-CO2 水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )A.放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-B.放电时，1molCO2 转化为HCOOH ，转移的电子数为2molC.充电时，电池总反应为2Zn(OH)42-=2Zn+O2+4OH-+2H2OD.充电时，正极溶液中OH- 浓度升高答案：D解析： A项，放电时Zn 极为负极，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=Z
19、n(OH)42- ，正确；B项，放电时，正极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH ，每转化1molCO2 ，转移2mol 电子，正确；C项，充电时，阳极反应式为2H2O-4e-=4H+O2 ，阴极反应式为2Zn(OH)42-+4e-=2Zn+8OH- ，将两极电极反应式相加得总反应，正确；D项，充电时，正极溶液中OH- 浓度降低，错误。5.（2020课标，12，6分）一种高性能的碱性硼化钒(VB2) 空气电池如下图所示，其中在VB2 电极发生反应：VB2+16OH-11e-=VO43-+2B(OH)4-+4H2O 。该电池工作时，下列说法错误的是( )A.负载通过0.04mol 电子时，有
20、0.224L （标准状况）O2 参与反应B.正极区溶液的pH 降低、负极区溶液的pH 升高C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-D.电流由复合碳电极经负载、VB2 电极、KOH 溶液回到复合碳电极答案：B解析：正极发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH- ，因此当负载通过0.04mol 电子时，消耗O20.01mol ，即标准状况下0.224L ，A项正确；正极O2 发生反应产生OH- ，c(OH-) 增大，正极区溶液pH 升高，负极VB2 发生反应消耗OH- ，c(OH-) 减小，负极区溶液pH 降低，B项错误；正极反应11即11O2
21、+22H2O+44e-=44OH- ，负极反应4即4VB2+64OH-44e-=4VO43-+8B(OH)4-+16H2O ，相加可得电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43- ，C项正确；外电路中，电流由电池正极（复合碳电极）经负载流到负极（VB2 电极），电池内部，电流由电池负极经电解质溶液（KOH 溶液）流回正极，D项正确。6.（2019天津，6，6分）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是( )A.放电时，a 电极反应为I2Br-+2e-=2I-+Br-B.放电时，溶液中离子的数目增大C.充电时，b 电极每增重0.65g ，溶液中有0.02molI- 被氧化D.充电时，a 电极接外电源负极答案：D解析：由工作原理示意图中Zn2+ 迁移的方向可判断放电时a 为正极，b 为负极。放电时，a 极得到电子，发生还原反应，使溶液中离子数目增大，A 、B项正确；充电时，a极接外接电源的正极，D项错误；充电时，b 极为阴极，电极反应式为Zn2+2e-=Zn ，每增重0.65g ，转移0.02mol 电子，a 极为阳极，电极反应式为2I-+Br-2e-=I2Br- ，转移0.02mol 电子，有0.02molI- 被氧化，C项正确。