化学修饰电极及其进展浅论
摘要
化学修饰电极是20世纪70年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域。本文将从阐述化学修饰性电极的制备开始对化学修饰性电极的近来的发展进行简要性的论述。
关键词：化学修饰电；制备；应用；发展前景
引言
化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。化学修饰电极扩展了电化学的研究领域，目前已应用于生命、环境、能源、分析、电子以及材料学等诸多方面。
一化学修饰电极的制备
化学修饰电极的制备是化学修饰电极得以开展研究的关键性步骤。修饰方法的设计合理性与否、操作步骤及优劣程度对化学修饰电极的活性、稳定性和重现性有直接影响，因此是化学修饰电极研究和应用的基础。目前已经发展的制备化学修饰电极的方法主要有滴涂法、共价键合法、电化学法、吸附法Q=SMTR和掺杂法QM>SMOR等。目前人们研究得比较多的是滴涂法、共价键合法和电化学法这三种方法，下面对这三种制备方法的研究进展进行论述。
1滴涂法
滴涂法是将溶解在适当溶剂中的聚合物或者纳米材料滴加或涂覆于电极表面，待溶剂蒸发干固后，生成涂膜结合在电极表面从而达到化学修饰的目的。具体方法为：1将电极浸入修饰液中，取出后使附着于电极表面的溶液干固成膜2用微量注射器把一定已知量的修饰液注射到电极表面，然后干固成膜；3电极在修饰液中旋转，使其溶液附着于电极表面，然后干固成膜。
2共价键合法
共价键合法是对电极表面进行预处理，以引入键合基，然后进行表面有机合成，通过化学键合反应将预定官能团修饰到电极表面。采用这种方法制备的修饰电极具有分子识别功能和选择性响应，并且稳定性很高。很多人利用该方法将带有预定功能团的化学修饰剂共价键合到经过预处理的不同电极表面，其中包括玻碳电极&=I1=2)、铂电极&=:)、金电极&==1=F)、碳糊电极&=G)、掺硼的金刚石电极&=H)以及碳毡电极&=()等。例如：徐金瑞等&=I)在玻碳电极表面共价键合上壳聚糖制成一种新型的化学传感器，该传感器对铅离子的测定有较高的灵敏度和较好的选择性；J9+/等&=:)在引入氨基的铂电极表面共价键合上虫漆酶制备生物传感器；董绍俊等&==)在金电极表面通过共价键合修饰功能化的单分子层，并研究了该修饰电极对多巴胺和抗坏血酸的电催化作用；K-<+等&=G)将;*"直接共价键合到碳糊电极表面；DL.9等&=H)在掺硼的金刚石电极上共价键合上酪氨酸酶做成一种生物传感器；M4/4NO4等&=()将&>9!O@A#!@L4/#!EP2#)2 B共价键合到碳毡电极上制备化学修饰电极。目前，许多金属纳米粒子也都通过这种方法固定到电极上&=01F’)。
3电化学法
电化学方法包括电化学沉积法、电化学聚合法以及电化学氧化法。其中电化学沉积法是一种将电极置于含有一定修饰材料的电解液中，采用恒电流或恒电位进行沉积而制备出修饰电极的方法&F21F=)。电化学聚合法则是一种利用电化学氧化还原引发，使电活性的单体就地在电极表面发生聚合，生成聚合物膜而达到修饰目的的方法。这类电活性单体大多含有乙
烯基、羟基和氨基的芳香化合物以及杂环、稠环多核碳氢化合物和冠醚类化合物等&FF)。这种方法主要被用来制备各种聚合物修饰电极&FG1G:)。
电化学氧化法是利用电化学氧化作用使反应物在电极表面生成特定的产物，该产物最终通过吸附、组装或共价键合等作用修饰电极表面，从而制备化学修饰电极的一种方法。用该方法制备修饰电极的报道还不是很多，例如：K-等&G=)通过电化学氧化>C氨基苯磺酸而制备出一种新型的化学修饰电极；M+.等&GF)在电极表面电氧化吩噻嗪衍生物从而制备*";P 的一种新型传感器；王赤贞胤等&GG)利用电氧化K C半胱氨酸的产物磺基丙氨酸在玻碳电极上的吸附作用，将磺基丙氨酸修饰到玻碳电极上制备出一种新型的化学传感器，并应用于美洛昔康的分析测定。
二化学修饰电极的应用
1化学修饰电极在药分析中的应用
目前，化学修饰电极在药物分析化学中，主要应用于选择性分离富集、电催化、电化学传感器等领域。在此就对化学修饰电极在这三个方面的应用做简单论述。
1.1选择性分离富集
修饰电极表面能对被测物进行分离和富集，这是其用于分析测定的主要原因之一，被测物通过与电极表面修饰的化学功能团发生配合、离子交换、共价键合等反应而被富集、分离。化学修饰电极对药物进行分离和富集主要通过离子交换以及化学反应来完成，其中比较常见的是离子交换。离子型被测药物可以通过与电极表面的离子交换剂的静电作用而富集。近年来研究得比较多的是阳离子交换剂，其中使用最多并且最成功的就数nation由于nation稳定性好，因此其在药物分析中的应用很多。
12电催化
化学修饰电极的电催化用于药物分析，具有三个功能：增大电流响应，降低检测限；防止被测物及产物在电极表面的吸附；降低底物的过电位，使可能的干扰及背景电流减至最小。
13传感器
化学修饰电极作为电化学传感器，可以在药物分析化学中有很多的应用，其中包括：药物试剂分析和生物样品分析等。下面就从这两个方面来概要论述修饰电极在电化学传感器领域中的应用。
2化学修饰电极在生物样品中的分析
最近，化学修饰电极在生物样品中分析的研究非常迅速，应用各种修饰电极检测生物样品中的儿茶酚类神经递质是目前较活跃的研究领域。多巴胺作为一种儿茶酚类神经递质更是研究的热点。由于与多巴胺共存于脑和体液中的抗坏血酸和尿酸在固体电极上的氧化电位与多巴胺的氧化电位接近!#6$，它们在裸电极上的阳极峰电位严重重叠，且抗坏血酸和尿酸在生物样品中的浓度都比较高，会对生物样品中3F含量的测定产生严重干扰。如何消除这些干扰成为神经科学家和化学工作者关注的热点。解决这一难题成为实现在生物样品中的对多巴胺进行分析的前提。很多研究者为这方面的研究做出了贡献
3化学修饰电极物试剂分析药
化学修饰电极对测定药物具有较高的选择性和灵敏度，因此’已经常被用来进行药物试剂分析，目的是为了提高测定的选择性和灵敏度以及拓宽检测的线性范围。钟爱国i }}{用罗美沙星t(111)修饰碳糊电极快速测定盐酸罗美沙星片含量，其线性范围为5.0x10一5一1.2x10一，mol/L}检出下限为1. 0 x 10-5 mol/L;他’77{还将雷尼替丁与硝酸汞的配位化合物作为电活性物质，研制了雷尼替丁汞修饰碳糊电极，得到的线性范围达4个数量级，检出限为1. 0 x 10-5 mol/L，并用直接电位法测定市售雷尼替丁胶囊中雷尼替丁的含量，其结果与药典法相符;程介克等i}H{发现多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素在碳纳米管修饰电极上的响应具有比裸电极更好的选择性和更高的灵敏度;Yang等i}}{将维生素B过氧化酶固定
在碳糊电极上，制成可检测烟碱的生物传感器，该修饰电极比以往的此类传感器具有制备更简单，灵敏度更高的优点;毛兰群等’“。{利用溶胶一凝胶法制备碳纳米管修饰电极，并研究了该电极对抗坏血酸和谷肌甘肤的电催化氧化行为，为抗坏血酸和谷肌甘肤的电化学测定提供了一种较好的方法。
4学修饰电极在环境监测中的应用
化学修饰电极在环境监测中的应用日益广泛，尤其是对水样中N0}的测定的报道较多。由于NOZ在电极上的直接还原需要很大的过电位，因此，通过化学修饰电极使一些在裸电极上难以进行的反应得以完成。吴鸣虎等}z} 1研制的磷钥镍杂多酸一聚毗咯膜修饰玻碳电极，对酸性水溶液的NOz具有良好的电催化氧化作用，与空白玻碳电极相比，降低过电位1000mV以上，用于环境水样中的NOZ含量测定，效果良好。兰雁华等fzzl报道的一种对NOZ具有高灵敏度和选择性的甲壳素修饰碳糊电极可直接富集和测定水样中NOz，大多数离子无干扰，简便适用。孙玉堂等回研制的铅基磷酸铅化学修饰电极，是一种磷酸盐离子敏感电极，可用于水样中P04一的测定。吴建人等(zal在玻碳旋转圆盘电极上用均匀、稳定的Ag一AgS04膜修饰，制得的电极可简易快速地测定试液中的S04一浓度，检出下限达10-6 mol/L，适用于水质及低硫酸盐含量样品的分析测试。硅钥杂多阴离子薄膜修饰电极可用来测定水中可溶性硅酸盐。PVC膜修饰粉末微电极对水样中铅的测定效果显著，应用于自来水和湖水中微量Pb2'的直接测定，结果与滴汞电极一致。但德忠等}z}l则用制得的PVC膜修饰碳微电极建立了环境水样中痕量汞的阳极溶出伏安法测定，改善了固体电极的选择性。
5学修饰电极在有机物分析中的应用
离子注人是一种新的材料表面改性技术，是材料科学中极有生命力的研究课题，在国外已有相当广泛的研究，在国内也已开始起步。李启隆等〔酬研究了离子注人钻和注人镍的玻碳电极在0. lmol/LHAc一NaAc缓冲溶液中硝基苯的行为，并用于纯苯胺中微量硝基苯的测定，具有较高的稳定性和重现性。施清照等国报道的电流型乙醇生物传感器，以甲苯胺蓝键合修饰浸蜡石墨电极为基体电极，将醇脱氢酶、烟酞胺腺嗓吟二核昔酸(NAD十)同时固定在蚕丝蛋白膜上，成为无试剂的醇传感器，用于测定啤酒中乙醇含量，结果与气相色谱法一致。汪振辉等m研究磷酸三丁醋(TBP)修饰玻碳电极，并首次用于天然胡椒中胡椒碱含量的测定，选择性好。金利通等Wl将蝙修饰电极电位传感器用于十六烷基三甲基嗅化钱的检测和应用，为偏在电分析化学方面的应用开辟了新的领域。之后，他又制备了一系列唆吩烷基衍生物修饰电极，并研究了他们对Br-的电催化作用f3o7，成功地将聚乙基唆吩化学修饰电极应用在苯胺一HZSOQ一KB}O。化学振荡体系中，发现振荡周期的对数与苯胺浓度呈良好的线性关系，用于废水中苯胺的测定，取得满意的结果。
三化学修饰电极的发展前景
化学修饰电极有着广阔的应用前景无论在无机物、有机物，还是生物样品的测定，化学修饰电极将发挥越来越大的作用。人们可以根据需要，研制出各种高选择性、高灵敏度的修饰电极，测定在常规电极上无响应的某些分子。化学修饰电极已成为电化学研究中的重要组成部分和前沿课题，
化学修饰电极也是一类新兴的电极，我们在看到其广阔的应用前景的同时，我们应该注意到目前所采用的修饰电极大都是基于常规电极的修饰，而对于微电极以及超微电极的修饰还比较少见，虽然微电极修饰已有报道，但其具体的研究范围有待拓展，例如在环境分析中的应用也仅局限于常见污染离子和化合物，尚未得到充分的应用。如能将纳米技术与离子注入技术和传感技术有机结合起来，并运用到环境分析中去，必将使化学修饰电极的应用产生一个新的飞跃。
电极表面微结构与动力学的理论研究
化学修饰电极的电催化研究
化学修饰电极在能量转换、存储和显示方面的研究化学修饰电极在分析化学中的应用
化学修饰电极在生物电化学和传感器中的应用
表面修饰在光伏电极的光电催化和防腐中的作用
化学修饰电极在立体有机合成中的研究
分子电子器件的研究
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化学修饰电极是一类新兴的电极，在环境分析中有广阔的应用前景，但我们应该注意到目前所采用的修饰电极大都是基于常规电极的修饰，而对于微电极以及超微电极的修饰还比较少见，虽然微电极修饰已有报道，但其具体的研究范围有待拓展，在环境分析中的应用也仅局限于常见污染离子和化合物，尚未得到充分的应用。如能将纳米技术与离子注入技术和传感技术有机结合起来，并运用到环境分析中去，必将使化学修饰电极的应用产生一个新的飞跃。
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电极反应式的书写 高考频度：★★★★☆难易程度：★★★☆☆ 典例在线锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是 A．Li是正极，MnO2是负极 B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋ C．放电时正极的反应：＋e－===MnO2 D．电池放电时，产生高锰酸根离子 【参考答案】B 【试题解析】Li在负极发生反应：Li－e－===Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－===。 解题必备 1．根据装置图书写电极反应式 （1）确定原电池的正负极及放电的物质。 首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。 （2）书写电极反应式。 ①负极反应： 规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H＋(或其他氧化产物)，要注意生成的物质是否与电解质溶液发生反应。 ②正极反应： 规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子生成O2－。 （3）写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。 2．根据电池总反应式，写电极反应式 第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质。 第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2?在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH－；＋4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中
以形式存在。 第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。 学霸推荐 1．Li-A l/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S+Fe 有关该电池的下列说法中，正确的是 A．Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1 B．该电池的总反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS 2．Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ 3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为：Al?3e?Al3+ B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：Al+4OH??3e?+2H2O C．由Fe、Cu、FeCl 3溶液组成原电池，其负极反应式为：Cu–2e?Cu2+ D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：Cu?2e?Cu2+ 答案 1．【答案】B 【解析】由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以Li-Al在电池中作为负极材料。该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li－2e－===2Li＋，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。 2．【答案】B 3．【答案】C
-电极反应的书写 一、写出下列装置的电极反应 1、 2、 3、 4、 5、 6、 铁银 NaCl溶液
7、 8、 9、 10、 11、M 、N 均为惰性电极： CuSO 4
12、 13、 14、a、b、c、d都为惰性电极，填空： M为极，N为极， a极上的电极反应为： b极上的电极反应为： 总方程式为： c极上的电极反应为: d极上的电极反应为： 总方程式为：
15、 （1 A： C： 16 17B上的c （1 （2 （3 ________或
参考答案1、阳极：4OH-4e—＝2H2O+O2↑ 阴极：2Cu2++4e—＝2Cu 2CuSO4 + 2H2O 电解 2H2SO4 + O2↑+ 2Cu 2、负极：Cu–2e—＝Cu 2+正极：2Ag++2e—=2Ag 总方程：2Ag ++ Cu＝Cu 2++2Ag 3、负极：Fe 总反应： 4、负极：2H2 正极：O2 2H2 5、负极： 正极：O2+ 总方程： 6、阳极： 阴极：2H+ 2NaCl + 2H2 7、阳极：Cu 阴极： 8、正极：O2 负极：2H2 2H2+O2=2H 9、负极：Cu 正极：2Ag ++2e—=2Ag 总方程：2Ag ++ Cu＝Cu 2++2Ag 10、负极：2Al–6e—+8OH—=2AlO2—+4H2O 正极：6H2O+6e—=3H2↑+6OH— 11、M、N均为惰性电极： 甲池：负极：C2H5OH－12e+16OH—=2CO32—+11H2O 正极：3O2+6H2O+12e—＝12OH―
总：C2H5OH+3O2+4KOH=2K2CO3+5H2O 乙池：阳极：4OH-4e—＝2H2O+O2↑ 阴极：4Ag++4e—＝4Ag 4AgNO3 + 2H2O 电解 4HNO3 + O2↑+ 4Ag 12、正极：3O2+12e—+12H+=6H2O 负极：C2H5OH－12e—+3H2O=2CO2+12H+总方程式：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O 13 14、 a： b： c： d、 2H2 15、 CuCl C： D： 4AgNO3 + 2H2O 4HNO3 + O2↑+ 4Ag 16、负极：CH4—8e—+10OH—=CO32—+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e—＝8OH― CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 17、（1）正极 （2）2NaCl + 2H2O 电解 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ （3）Zn—2e—=Zn2+
化学修饰电极 化学修饰电极是20世纪70年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域。化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物设计固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。化学修饰电极扩展了电化学的研究领域，目前已应用于生命、环境、能源、分析、电子以及材料学等诸多方面。 一、研究修饰电极的实验方法:目前，主要应用电化学和光谱学的方法研究修饰电极，从而验证功能分子或基团已进入电极表面，电极的结构如何，修饰后电极的电活性、化学反应活性如何，电荷在修饰膜中如何传递等。 1、电化学方法:通过测量化学反应体系的电流、电量、电极电位和电解时间等之间的函数关系来进行研究的，用简单的仪器设备便能 1，2获得有关的电极过程动力学的参数。常用的方法有循环伏安法， 3,45-8微分脉冲伏安法，常规脉冲伏安法，计时电流法，计时库仑法，计时电位法以及交流伏安法和旋转圆盘电极法。 2、光谱法:能够在分子水平上研究电极表面结构的微观特性，如数量，空间，与电极材料成键的类型，平均分子构象，表面粗糙度对结构的影响，聚合物的溶胀，离子含量，隧沟大小，聚合物结构中的流动性等，这些对于修饰电极的应用是十分重要的。研究化学修饰电极的常 9-11用表面分析方法有X光电子能谱,XPS,、俄歇电子能谱,AES,12- 1415,161718-20、反射光谱(Vis-UV, 红外反射光谱)、扫描电镜 (SEM)、 1 光声及光热光谱等。 二、化学修饰电极的分类:一般分为吸附型、共价键合型、聚合
物型三大类。 1、吸附型:用吸附的方法可制备单分中层，也可以制备多分子层修饰电极。将修饰物质吸附在电极上主要通过四种方法进行:平衡吸附型，静电吸附型，LB膜吸附型，涂层型。 21-25平衡吸附型:在电解液中加入修饰物质，它们就会在电极表面形成热力学吸附平衡。强吸附性物质，如高级醇类、硫醇类、生物碱等 -3-5在电解液中以10~10mol/L低浓度存在时，有时能生成完整的吸附单分子层，一般则形成不完全的单分子层。这种吸附式可逆的，与浓度、电解液组成、电极电位等都有关。这种方法直接、简单，但修饰物质有限，修饰量一般也较少，因此，在应用上有一定的限制。 26-30静电吸附型:电解液中离子能以静电引力在电极表面集聚，形成 -1多分子层，一般需要在10~10mol/L的高浓度溶液中，也可能在低浓度溶液中。静电吸附在热力学上不可逆的。过去在电化学体系中所谓支持电解质的影响，其本质可能就是其离子在电极表面的静电吸附，起到了修饰电极的作用。 31-35LB膜吸附型:将不溶于水的表面活性物质在水面上铺展成单分子膜,LB膜,后，将亲水基伸向水相，而疏水基伸向气相。当该膜与电极接触时，若电极表面是亲水性的，则表明活性物质的亲水基向电极表面排列，若电极表面是疏水性的，则逆向排列。这时，加一定的表面压，并依靠成膜分子本身的自组织能力，得到高度的分子有序排 2 列，最后，把它转移到电极表面，得到LB膜吸附型修饰电极。LB膜修饰电极 一般只有一个或几个单分子层厚，电子或物质的传输容易，加上修饰分子的紧密排列，活性中心密度大，所以此类电极的电化学相应信号也较大。LB膜较牢固，电 极可望有较长的寿命。另外，由于修饰分子在电极表面有序排列而能产生用一般方
几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写 燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池，它与原电池形成条件有一点相悖，就是不一定两极是两根活动性不同的电极，也可以用相同的两根电极。燃料电池有很多，下面主要介绍几种常见的燃料电池，希望达到举一反三的目的。 一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2，总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2+ 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2– 2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2-，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH-，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH-。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2-，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此 正极的电极反应式为：O2+ 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2-，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池
常见化学电源电极反应式的书写汇总1、银-锌电池： (电解质溶液：KOH溶液) 2、Ni-Cd电池：(电解质溶液：KOH溶液) 总反应：Cd +2 NiO(OH) + 2H 2O=Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 正极：2 NiO(OH) + 2H 2O+2e-→2Ni(OH) 2 +2OH- 负极：Cd +2OH-→Cd(OH) 2 + 2e- 3、铅蓄电池：(电解质溶液：硫酸) 总反应：Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 =2PbSO 4 + 2H 2 O 正极：PbO 2 + 4H++SO 4 2-+2e-→PbSO 4 + 2H 2 O 负极：Pb + SO 42-→PbSO 4 +2e- 4、锌锰干电池 (1)酸性(电解质:NH 4 Cl等)［注：总反应式存在争议］ (2碱性(电解质KOH) 总反应：Zn+2MnO 2+H 2 O=Zn(OH) 2 +Mn 2 O 3 正极：2MnO 2+H 2 O+2e-→Mn 2 O 3 +2OH- 负极：Zn+2OH-→Zn(OH) 2 +2e-5、氢-氧电池：
6．锂电池：(正极材料为LiMnO 2 ) 总反应：Li + MnO 2=LiMnO 2 正极：Li++e-+MnO 2→LiMnO 2 负极：Li→Li++e- 7、甲烷电池：(电解质溶液：KOH溶液) 总反应：CH 4 +2 KOH + 2O 2 =K 2 CO 3 + 3H 2 O 正极：2O 2+8e-+ 4H 2 O=8OH- 负极：CH 4 +10OH-→CO 3 2- +8e-+7H 2 O 8、乙烷电池： (电解质溶液：KOH溶液) 总反应：2C 2H 6 + 8KOH +7O 2 =4K 2 CO 3 + 10H 2 O 正极：7O 2+28e-+ 14H 2 O→28OH- 负极：2C 2H 6 +36OH-→4CO 3 2-+28e-+24H 2 O 9、甲醇燃料电池（40%KOH溶液） 总反应式：2CH 3OH+3O 2 +4KOH→2K 2 CO 3 +6H 2 O 正极：3O 2+12e-+ 6H 2 O→12OH- 负极：2CH 3OH+16OH-→2CO 3 2-+12e-+12H 2 O 10、Fe-Ni电池(爱迪生电池)：(电解质溶液：KOH溶液) 总反应：Fe + NiO 2 + 2H 2 O=Fe(OH) 2 + Ni(OH) 2 正极：NiO 2 + 2H 2 O+2e-→Ni(OH) 2 +2OH- 负极：Fe+2OH-→Fe(OH) 2 +2e- 11、铝-空气海水电池：(电解质溶液：海水) 总反应：4Al + 6H 2O + 3O 2 =4Al(OH) 3 正极：3O 2+12e-+ 6H 2 O→12OH- 负极：4Al→4Al3++12e-[注：海水基本呈中性] 12、熔融盐电池：(电解质：熔融Li 2CO 3 、Na 2 CO 3 )
基于石墨烯的化学修饰电极的制备及应用 世界上有这么种物质，它透明，有韧性，它极其坚硬，防水，它存量丰富，经济实惠并且它的电阻率是世界上已知物质中最小的。它就是石墨烯，一种拥有完美性能的材料，科学家和企业家都为之着迷。[1] 1.1石墨烯 石墨烯（Graphere）是由碳原子组成的单层二维六角晶格结构的碳质新型纳米材料，具有极高的机械强度、极大的比表面积、优异的导电性能、很高的层内载流子迁移速率、优异的导电能力、良好的生物亲和性、近乎完美的量子隧道效应、几乎从不消失的室温铁磁性等一系列优良的特殊性质。自从英国曼彻斯特大学的两位科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov因在石墨烯研究领域的卓越研究而被授予了2010年的诺贝尔奖，由此，石墨烯逐渐成为当今自然科学的热点领域之一。[2] 1.2 石墨烯的制备 目前实验室制备石墨烯的方法主要有微机械剥离法、化学气相沉淀法、碳化热热解的外延生长法、氧化石墨还原法、石墨插层法、溶剂热法、芳香偶联法、电化学法、碳纳米管转换法和液相剥离法等。 1.2.1微机械剥离法 2010年诺贝尔奖得主使用胶带粘贴制备石墨烯的方法便是属于微机械剥离法。其原理 便是石墨中的碳原子呈层状结构，层间以范德华力结合，原子间作用力相对化学键来说比较弱，故可以施加外力即可将石墨烯从石墨表面撕扯下来。 其特点便是简单，但该方法耗时长产物少、过程不可控，不可能用于石墨大规模制备。 1.2.2化学气相沉淀法 化学气相沉淀法是一种本质上属于原子范畴的气态传质过程，主要原理是将碳氢化合物吸附于具有催化活性的反应基片上，在相当高的温度下使得碳氢化合物在催化条件上脱氢而在基底上形成石墨烯。 该方法简单易行，能获得表面积较大的石墨烯，但反应不可控，且难以与固体基底剥离。1.2.3碳化热热解的外延生长法 该方法原理是通过加热SiC单晶表面使得Si发生脱附而在原有表面形成单层石墨烯。 其形成的石墨烯厚度可控且洁净无杂质，但仍然难以制备大面积的石墨烯、并且仪器设备要求及成本都很高。 1.2.4氧化还原石墨法 氧化还原石墨法首先用强氧化剂处理天然鳞片石墨使得石墨边缘附近带上环氧基、羧基、羟基等亲水基团而成为氧化石墨，进一步通过水相超声等方法剥离氧化石墨，最后用还原剂还原氧化石墨烯而得到石墨烯的过程。 这种方法操作方便，条件易于实现，且能满足石墨烯工业化产量的要求，但存在制备所得的石墨烯层数不可靠控、带有一定量杂质基团等缺陷。 1.2.5微波法 即为在微波条件下进行氧化还原制得石墨烯的过程。 该方法具有反应速度快、条件温和、设备要求简单的优点，但还原程度不易控制。 1.2.6溶剂热法
高中化学常见的电池的电 极反应式的书写汇总 Revised by Liu Jing on January 12, 2021
书写过程归纳：列物质，标得失 （列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电 子得失）。 选离子，配电荷 （根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合 电荷守）。 巧用水，配个数 （通常介质为水溶液，可选用水配平质量守恒） 一次电池 1、伏打电池：（负极—Zn 、正极—Cu 、电解液—H 2SO 4） 负极： Zn –2e -==Zn 2+ (氧化反应) 正极： 2H ++2e -==H 2↑ (还原反应) 离子方程式 Zn + 2H + == H 2↑+ Zn 2+ 2、铁碳电池：（负极—Fe 、正极—C 、电解液H 2CO 3 弱酸性) 负极： Fe –2e -==Fe 2+ (氧化反应) 正极：2H ++2e -==H 2↑ (还原反应) 离子方程式 Fe+2H +==H 2↑+Fe 2+ (析氢腐蚀) 3、铁碳电池：（负极—Fe 、正极—C 、电解液 中性或碱性) 负极： 2Fe –4e -==2Fe 2+ (氧化反应) 正极：O 2+2H 2O+4e -==4-OH (还原反应) 化学方程式 2Fe+O 2+2H 2O==2Fe(OH)2 (吸氧腐蚀) 4Fe(OH)2+O 2+2H 2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe 2O 3 +3 H 2O (铁锈的生成过程) 4.铝镍电池：（负极—Al 、正极—N i 电解液 NaCl 溶液、O 2) 负极： 4Al –12e -==4Al 3+ (氧化反应) 正极：3O 2+6H 2O+12e -==12-OH (还原反应) 化学方程式 4Al+3O 2+6H 2O==4Al(OH)3 (海洋灯标电池) 5、普通锌锰干电池：(负极—Zn 、正极—C 、电解液NH 4Cl 、MnO 2的糊状物) 负极：Zn –2e -==Zn 2+ (氧化反应) 正极：2MnO 2+2H ++2e -==Mn 2O 3+H 2O (还原反应)
专项突破---电极反应式书写技巧 电化学中电极反应式的书写基本是高考的必考题型之一，如何解决这一难题，应尊遵循以下思路： （1）明确写的是何种电极的反应式 （2）明确该电极的放电微粒和放电后的产物：在确定放电微粒时要严格遵循题目要求。 （3）利用化合价的变化确定得失电子数 （4）先利用电荷守恒，后利用原子守恒并结合电解质溶液的环境(酸性、碱性、中性等)确定电极反应式中的所缺微粒。 （一）原电池中电极反应式的书写 1、先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 2、注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。 3、正负极电极反应式在得失电子数目相同时相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的书写电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的书写电极反应式，即得到较难写出的书写电极反应式。 【典型例题】用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通入甲烷和氧气，形成甲烷—氧气燃料电池，该电池反应的离子方程式为： CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，试写出该电池的两极反应式。 解析：从总反应式看，O2得电子参与正极反应，在碱性性溶液中，O2得电子生成OH-，故正极反应式为：2O2+4H2O+8e- =8OH-。负极上的反应式则可用总反应式减去正极反应式（电子守恒）得CH4+10OH-－8e-= CO32-+7H2O。
陌生环境的电极反应的书写 可能用到的相对原子质量 H ：1 O ：16 Cl ：35.5 Cu ：64 Zn ：65 1．肼—空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为__________________________。 2．与MnO 2－Zn 电池类似，K 2FeO 4－Zn 也可以组成碱性电池，K 2FeO 4在电池中作为正极材料，其电极反应式为_______________________，该电池总反应的离子方程式为_______________________________。 3．酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO 2，ZnCl 2和NH 4Cl 等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH (1)该电池的正极反应式为 ，电池反应的离子方程式 为 。 (2)维持电流强度为0.5A ，电池工作五分钟，理论上消耗Zn g 。（已经F ＝96500C/mol ） 4．如下左图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。 (1)腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“a”或“b”或“c”）； (2)环境中的Cl -扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu 2(OH)3Cl ，其离子方程式为 ； (3)若生成4.29 g Cu 2(OH)3Cl ，则理论上耗氧体积为 L （标准状况）。 O 2 a:多孔粉状锈b:多孔催化层 c:青铜基体 Cu Cu 2+ OH － 5．电解NO 制备NH 4NO 3，其工作原理如上右图所示。写出阳极的电极反应式 ，
阴极的电极反应式 。为使电解产物全部转化为NH 4NO 3，需补充A ，A 是________，理由是 ____________________________________________________________________。 6．工业上，通过如下转化可制得KClO 3晶体：NaCl 溶液 ―----―――――→80℃，通电Ⅰ NaClO 3溶液 ―----―――――→室温，KCl Ⅱ KClO 3晶体 (1)通电时Ⅰ中阳极的电极反应式为__________________________。 (2)完成Ⅰ中反应的总化学方程式： NaCl ＋ H 2O=== NaClO 3＋ ________。 7．研究证实，CO 2可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在 极，该电极反应式是 。 8．实验室用NH 4Cl 、盐酸、NaClO 2(亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO 2 NH 4Cl 溶液 电解NCl 3溶液 盐酸 H 2 NaClO 2溶液ClO 2NH 3溶液X 电解时发生反应的化学方程式为 。 9．H 3PO 2可以通过电解的方法制备。工作原理如下左图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。 (1)写出阳极的电极反应式 。 (2)分析产品室可得到H 3PO 2的原因 。 10．将烧碱吸收H 2S 后的溶液加入到如上右图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如 下反应：S 2－ －2e － ===S (n －1)S ＋S 2－ ===S 2－ n (1)写出电解时阴极的电极反应式：________________。
电极反应方程式的书写 考纲解读：高考中原电池是考试的热点和重点对基本的电极反应和基本原理一定要清楚高考中一般4—8分左右，考察形式主要以选择题及综合题，偶有可能在实验题中考察。 教学目标： 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 思考与讨论: 1、干电池是怎样供电的为什么时间久了会变稀 2、汽车靠什么驱动，驱动电源从何而来 3、怎样用化学手段治疗心血管疾病 4、CNG是什么你在哪里见过 教学内容; ； 一、有关原电池的基本概念 1．概念 把________能转化为________能的装置。 2．工作原理 以锌铜原电池为例 电极名称负极正极 电极材料 ！ Zn Cu 电极反应式 反应类型 电子流向由Zn沿导线流向Cu ^ 电流流向 盐桥中离子移向 反应现象 注意：牢记并灵活应用铜锌原电池的工作原理， 3．原电池构成条件 (1)两个____________的电极。 （ (2)将电极插入________________中。 (3)用导线连接电极构成__________。
(4)能自发进行的 ____________。 4．正、负极判断 总结归纳： (1)电解质溶液中阴离子向负极、 阳离子移向正极，阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (2)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。而是通过阴阳离子的定向移动联通闭合回路。 (3)原电池的负极发生氧化反应失去电子的总数等于正极得到电子的总数。 (4)原电池电极的“正”极与“负”极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。 二、常见化学电源 { 1．碱性锌锰干电池—一次电池（也是生活中经常使用的电源）正极为铜冒，负极为锌片，放完电后电池变稀。中间的碳棒起到连接正负极的作用。 总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。 正极反应：_______________________________________________________________负极反应：_______________________________________________________________。2．二次电池(可充电电池) 铅蓄电池的构造主要有正（负）极板，隔板，电解液，槽壳，连接条和极桩等组成。铅蓄电池是最常见的二次电池，汽车常用电池负极材料是____，正极材料是______。 作用：它是一种将化学能转变成电能的装置，属于直流电源，它的作用有 （1）启动发动机时，给起动机提供强大的起动电流（一般高达200~600A）。 （2）当发电机过载时，可以协助发电机向用电设备供电。 （3）当发动机处于怠速时，向用电设备供电。 《 （4）当发电机端电压高于铅蓄电池的电动势时，将一部分电能转变为化学能储存起来，也就是进行充电 反应原理： (1)放电时的反应 ①负极反应：________________________________________________________________ ②正极反应：________________________________________________________________ ③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (2)充电时的反应 ①阴极反应：________________________________________________________________ ②阳极反应：________________________________________________________________
难点2 电极反应式的书写 【命题规律】 电极反应方程式的书写和正误判断属于高频考点，试题主要以元素化合物知识为载体，考查原电池、电解池的工作原理及应用，电极的判断，电极产物的分析，电极反应式和总反应式的书写。命题形式可也是选择题，也可以是填空题，难度以中等或难题为主。考查的核心素养以证据推理与模型认知和变化观念与平衡思想为主。 【备考建议】 2020年高考备考应重点关注的命题点：理论联系实际，以生活、生产内容为题材进行命题。在复习过程中牢记原电池、电解池的工作原理及电极判断的方法规律，即便难度较大，也是万变不离其宗，按基本规律判断书写即可。【限时检测】（建议用时：30分钟） 1.（2019·新课标Ⅰ卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是 A. 相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B. 阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+ C. 正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3 D. 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 【答案】B 【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。 【详解】A、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确； B、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误； C、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确； D、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。 2.（2018·河北省衡水中学高考模拟）我国最近在太阳能光电催化-化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是
化学修饰电极应用研究进展 姚长斌，景丽洁，宫柏艳，张丽梅（吉林化工学院环境化工系，吉林吉林01 ）摘要：化学修饰电极（C e）是当前电化学、电分析化学中十分活跃的研究领域，其应用范围十分广泛。本文着重评述近年来化学修饰电极在生物样品、药物分析、金属离子测定、环境监测及其它方面应用的最新进展。 关键词：化学修饰电极；电化学；电分析化学；应用 前言化学修饰电极是通过化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物固定在电极表面，造成某种微结构，赋予电极某种特定的化学和电化学性质，以便高选择性地进行所期望的反应，在提高选择性和灵敏度方面具有独特的优越性。利用化学修饰电极表面上的微结构所提供的多种能利用的势场，使待测物进行有效的分离富集，并借控制电极电位，进一步提高选择性，同时把测定方法的灵敏性和修饰剂化学反应的选择性相结合，成为分离、富集和选择性三者合而为一的理想体系。国内最早开辟这一研究领域的董绍俊［］在994年出版的专著中系统地介绍了化学修饰电极的由来、制备、表征及应用，展望了化学修饰电极的发展前景。化学修饰电极以其独特的性能正日益引起分析工作者的广泛关注。近年来，化学修饰电极的出现，不仅推动了电极过程动力学的基本理论研究，而且呈现出多种有用效应。特别是在分析中的应用研究得到了迅速发展，使其在电化学中形成了一个新的研究领域。本文着重评述近几年来化学修饰电极在分析中应用的最新进展。2 化学修饰电极在生物样品分析中的应用近年来，化学修饰电极在生物样品分析中的研究发展极为迅速，应用各种修饰电极对儿茶酚类神经递质的研究报道较多，特别是神经递质的在体测定是目前较活跃的研究领域，微电极由于体积小可以插入单个细胞而成为当前对活体内神经递质的变化跟踪测定的唯一手段。孙元喜等［］利用聚中性红膜修饰电极同时测定了多巴胺（DA）及肾上腺素（ep），基本上消除了抗坏血酸（AA）对DA及ep测定的干扰。方禹之等［~4］根据碳纤维表面的多孔性，分别用Nafion和硫辛酸来修饰碳纤维微电极表面，在抗坏血酸共存下选择性测定神经递质去甲肾上腺素和多巴胺，不仅有效地消除了高含量AA的干扰，而且大大降低了电极的本底噪音，使电极对DA的灵敏度大大提高。施国跃等［5］首次将六氰合亚铁酸镍（Ni~CF）修饰电极用于色谱电化学检测，测定了大鼠脑尾核处的单胺类递质及其代谢产物，发现Ni~CF修饰电极对DA 等单胺类递质及其代谢产物均具有不同程度的催化氧化作用，拓展了电 分析化学在生物活体分析中的应用范围。此外，对于痕量儿茶酚胺类神经递质的测定可利用钅我配位聚合物和Nafion双层膜修饰碳基电极或采用在铂微盘电极的表面沉积一层铁
电解原理及电极反应式的书写 【热点思维】 【热点释疑】 1．如何判断阴阳极? 判断原电池和电解池的电极是解题的关键，为了方便记忆，我们可采取口诀或谐音的方法记忆。 原电池，正负极；电解池，阴阳极； 失去电子负(原电池)阳(电解池)极； 发生氧化定无疑。 还可以用谐音帮助记忆： 阴得(阴德)阳失；阳氧(阳)阴还。 2．怎样判断电解产物? (1)阳极产物的判断： 首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序中Ag以前的金属，包括Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH-，其氧化产物依次对应为单质S、I2、Br2、Cl2和O2。 (2)阴极产物的判断： 直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+，其还原产物依次对应为金属单质或低价态阳离子：Ag、Fe2+、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。 3．如何正确书写电极反应式? 根据溶液环境，结合电解产物的判断，书写出阴阳极的电极反应方程式。
【热点考题】 【典例】【2014年全国Ⅰ卷】(H3PO2)也可以通过电解的方法制备。工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)： ①写出阳极的电极反应式 ②分析产品室可得到H3PO2的原因 ③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是杂质。该杂质产生的原因是：
【对点高考】【2015山东理综化学】利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。 （1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________溶液（填化学式），阳极电极反应式为__________ ，电解过程中Li+向_____电极迁移（填“A”或“B”）。 【答案】（1）LiOH；2Cl￣—2e￣=Cl2↑；B 【解析】 试题分析：（1）根据示意图，B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液不能是LiCl溶液，如果是LiCl溶液则无法得到纯净的LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl￣失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl￣—2e￣=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。 【热点巩固】
常见的原电池电极反应式书写汇总 书写过程归纳：列物质，标得失（列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失）。 选离子，配电荷（根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合电荷守）。 巧用水，配个数（通常介质为水溶液，可选用水配平质量守恒） 一次电池 1、伏打电池：（负极—Zn、正极—Cu、电解液—H2SO4） 负极：Zn–2e-==Zn2+(氧化反应) 正极：2H++2e-==H2↑ (还原反应) 离子方程式Zn + 2H+ == H2↑+ Zn2+ 2、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液H2CO3 弱酸性) 负极：Fe–2e-==Fe2+(氧化反应) 正极：2H++2e-==H2↑ (还原反应) 离子方程式Fe+2H+==H2↑+Fe2+ (析氢腐蚀) 3、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液中性或碱性) 负极：2Fe–4e-==2Fe2+(氧化反应) 正极：O2+2H2O+4e-==4- OH(还原反应) 化学方程式2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2 (吸氧腐蚀) 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe2O3 +3 H2O (铁锈的生成过程) 4.铝镍电池：（负极—Al、正极—Ni 电解液NaCl溶液、O2) 负极：4Al–12e-==4Al3+ (氧化反应) 正极：3O2+6H2O+12e-==12- OH(还原反应) 化学方程式4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3 (海洋灯标电池) 5、普通锌锰干电池：(负极—Zn、正极—C 、电解液NH4Cl、MnO2的糊状物) 负极：Zn–2e-==Zn2+ (氧化反应) 正极：2MnO2+2H++2e-==Mn2O3+H2O (还原反应) 化学方程式Zn+2NH4Cl+2MnO2=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑ 6、碱性锌锰干电池：（负极—Zn、正极—C、电解液KOH 、MnO2的糊状物） 负极：Zn + 2OH– 2e-== Zn(OH)2(氧化反应) 正极：2MnO2 + 2H2O + 2e-==2MnOOH +2 OH－（还原反应) 化学方程式Zn +2MnO2 +2H2O == Zn(OH)2+ MnOOH 7、银锌电池：(负极—Zn、正极--Ag2O、电解液NaOH ) 负极：Zn+2OH––2e-== Zn(OH)2 (氧化反应) 正极：Ag2O + H2O + 2e-== 2Ag + 2 OH－(还原反应) 化学方程式Zn + Ag2O + H2O == Zn(OH)2 + 2Ag 8、铝–空气–海水（负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水） 负极：4Al－12e－==4Al3+ (氧化反应) 正极：3O2+6H2O+12e－==12OH－（还原反应) 总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3（铂网增大与氧气的接触面） 9、镁---铝电池（负极--Al、正极--Mg 电解液KOH） 负极(Al)：2Al + 8 OH–- 6e- ＝2AlO2–+4H2O (氧化反应) 正极(Mg）：6H2O + 6e- ＝3H2↑+6OH–（还原反应) 化学方程式：2Al + 2OH–+ 2H2O ＝2AlO2–+ 3H2 10、锂电池一型：（负极--金属锂、正极--石墨、电解液LiAlCl4 -SOCl2） 负极：8Li －8e－＝8 Li + (氧化反应) 正极：3SOCl2＋8e－＝SO32－＋2S＋6Cl－（还原反应) 化学方程式8Li＋3SOCl2 === Li2SO3 ＋6LiCl ＋2S， 二次电池（又叫蓄电池或充电电池）
化学修饰电极在分析化学中的应用 王绿静，分析化学 （郑州大学，郑州，450052） 摘要：化学修饰电极是当前电化学、电分析化学方面十分活跃的研究领域，并且为化学和相关边缘学科开拓了一个创新的和充满希望的广阔研究领域。本文着重概述化学修饰电极电极在分析化学中的应用。 关键词：电化学，电分析化学，电化学修饰电极。 1.绪论 化学修饰电极的来源和兴起与整个化学和其他学科特别是电化学的研究密切相关。1973年Lane和Hbbard[1]开辟了改变电极表面结构以控制电化学反应过程的新概念，它有力的说明了吸附在电极表面上的基团能够发生表面配合反应，并借改变电极电位来调节其配合能力，指示了化学修饰电极的萌芽；1975年Miller[2]和Murray[3]分别独立地报道了按认为设计对电极表面进行修饰的研究，标志化学修饰电极的正式问世。20世纪80年代初，光谱电化学研究最重要的是发展了红外反射-吸光光谱（I-RAS）[4]和表面增强拉曼光谱（SERS）[5],特别是有利于电极表面进行现场研究，最新发展的扫描隧道显微镜（STM）[6]，在溶液中进行表面微观检测，达到原子级水平，将这一方法与电化学相结合发展的电化学-扫描隧道显微镜以及电化学-原子力学显微镜法[7]，是对电极表面结构进行微观、实时地观测的最有利的近代方法。预计不久的将来，利用各交叉学科技术进行电化学现场观测的方法，将对化学修饰电极的微观结构特征全方位的了解，并不断推动化学修饰电极的研究迅速发展。 电极表面的化学修饰包括单层和多层的体系在内，基于其微观结构性质可将电极上的修饰层分为三种类型：1. 修饰单层，最初是用化学强吸附和共价键合法在电极的表面形成单层结构，后来发展到LB膜法和自组膜法可在电极表面获得高度有序排列的单分子修饰层，使修饰层的结构得到精细控制；2.修饰均相复层，在这种修饰膜内部的传输性质是很均匀的，因此很适用于进行基础理论的研究；3.修饰有粒界的厚层，这种修饰层体系虽然不适于做定量的理论研究，却具有合成方法的灵活性，而且提供了广泛结合具有不同化学性质到单一结构上的能力，很有实用前途。化学修饰电极在过去的30年里在以下领域中得到明显的进展[8~12]，如：电极表面微结构与动力学的理论研究；化学修饰电极的电催化研究；化学修饰电极在能量转换、存储和显示方面的研究；在分析化学中的应用；在生物电化学和传感器中的应用；表面修饰在光伏电极的光电催化和防腐中的作用；在立体有机合成中的研究；分子电子器件
原电池电极反应方程式的书写 原电池与其他的能源相比有许多的优点，如能量转换率高，供能稳定可靠；可制成各种形状大小，不同容量、电压的电池及电池组；使用方便、易于维护，是现代生产、生活、国防中大量使用的一种能源。正是由于这些原因，高考关于原电池的考题频频出现，电极反应方程式的书写更是考查的重点。 分析近年的高考试题，电极反应方程式的书写主要有两大类型：一是根据题给电池反应方程式书写；二是根据题意文字叙述书写。下面就结合2009年高考试题分别说明这两种情况下电极反应方程式的书写。 一、根据题给电池反应方程式书写 例1（07天津卷13）天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），充电时，LiCoO2中Li被氧化，Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。电池反应为 CoO2+LiC6放电LiCoO2+C6，下列说法正确的是（） A.充电时，电池的负极反应为LiC6-e-=Li++C6 B.放电时，电池的正极反应为CoO2+Li++e-=LiCoO2 C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质 D.锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低 解析：可充电电池放电时发生原电池反应，两个电极称为正、负极；充电时发生电解反应，两个电极称阴、阳极。 该充电电池放电时：CoO2+LiC6＝LiCoO2+C6 ，B选项就是考查原电池电极反应方程式的书写。 首先分析元素化合价的变化（如果化合价确定较难，就要充分利用题给信息）根据题意：充电时，LiCoO2中Li被氧化，Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。可知放电时CoO2中+4价的Co变为LiCoO2中+3价的Co，LiC6中0价的Li变为LiCoO2中+1价的Li 然后根据原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，写出两个电极的物质变化，但要注意物质的存在形式。如负极物质变化可表示如下：LiC6＝Li+ 分析化合价的变化，此过程中要失去一个电子，可表示如下：LiC6-e-＝Li+其次检查方程式左右两边电荷是否相等。上式中左右两边各带一个单位的正电荷。若不相等，就要选择合适的离子配平电荷，但这时要特别注意介质的影响。如酸性介质时，常选H+；而碱性介质时，常选OH-. 最后，还要检查是否符合质量守恒。 所以，负极的电极反应方程式就表示为：负极LiC6-e-＝Li++ C6 将以上书写电极反应方程式的过程可归纳如下： 列物质，标得失（列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失） 选离子，配电荷（根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合电荷守恒）