時間：2023-03-07 15:18:37
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不開刀，也能使癌腫消退，這就是癌腫電化學治療儀的獨特之處。
過去，有些病人患了腫瘤，因為心肺功能不全等原因而不宜作手術等治療，結果只好眼睜睜地看著癌細胞擴散。有些轉移性腫瘤或體表腫瘤復發后，因為傷口經常難以愈合，醫務人員也只能“望瘤興嘆”。醫務界對上述狀況束手無策多年，近來一種解決上述難題的癌腫電化學治療儀在國內應運而生，并正在逐步推上臨床。
癌腫電化學醫療技術是瑞典著名放射等家陸登斯如門教授經過20余年探索，利用生物閉合原理研究出的治療癌腫的新方法。近年來，我國有關醫學專家以及研究人員對此進行了開發，并且在治療儀上配了電腦，使之居于國際領先地位。經臨床驗證，此類儀器治療癌腫的總有效率達97％。其中癌腫全消率為46％，縮小一半率為36％。
癌腫電化學治療儀是通過什么機理達到治療腫瘤的目的呢?原來，人體是由細胞等組成。細胞必須在各種合適的條件下才得以生存并發揮各自的功能。這個合適的條件當然也包括細胞內外正常的酸堿值。一旦改變了細胞內外的任何條件，細胞就會失去或改變它的功能。甚至發生破裂。正常情況下，人體會自動調節以適應環境的變化。而人為地破壞這些條件，細胞就會遭受破壞。癌腫電化學治療儀正是通過外接電源，人為地使腫瘤局部組織產生化學反應，從而改變細胞正常的生存條件，以達到治療腫瘤的目的。在治療時，這種人為的干預通過一組或多種正負電極針，沿腫瘤基底周邊刺進腫瘤深部。在直流電電場作用下，腫瘤細胞組織的酸堿值發生劇烈變化，陽極區的酸堿值呈強酸性，陰極區的酸堿值呈強堿性。此時，癌細胞就會發生破裂。并導致蛋白凝固壞死，發生液化。這些壞死的腫瘤組織經過近一個月的自然排斥，脫痂，從而使癌腫逐步縮小，以致于完全消除。這樣既不存在傷口愈合的問題，又達到了治療的日的。此儀器對可直視的癌腫以及不宜手術的癌腫提供了一種新的治療手段。
當然，任何事物都不可能盡善盡美。尤其對癌腫的治療，目前更沒有絕對完善的手段。因此，癌腫電化學治療儀盡管有癌腫縮小明顯、病人痛苦小、無副作用、方便經濟等優點，然而它畢竟只能對腫瘤的實體部分進行直接干預。腫瘤是一種全身性的疾病，如果體表的癌腫是身體其它部位轉移來的，只治其標不治其本，還是不能從根本上解決問題。所以說，癌腫電化學治療儀只能有選擇地因人因病施用，切不可把它當作治癌的萬能儀。當今醫學界一致認為，綜合治療是攻克腫瘤的最佳手段，因為只有這樣方可取長補短，相得益彰。
為拓展考查知識的寬度，在對電化學知識命題時，常常結合元素推斷、物質推斷、氧化還原反應、化學反應速率等知識，以提高試題的綜合性。
例1 X、Y、Z、L、M五種元素的原子序數依次增大。X、Y、Z、L是組成蛋白質的基礎元素，M是地殼中含量最高的金屬元素。
回答下列問題：
（1）L的元素符號為______ ；M在元素周期表中的位置為__________________ ；五種元素的原子半徑從大到小的順序是__________________ （用元素符號表示）。
（2）Z、X兩元素按原子數目比l∶3和2∶4構成分子A和B，A的電子式為______，B的結構式為______ 。
只要路是對的，就不怕路遠。
欲望以提升熱忱，毅力以磨平高山。______
（3）硒（se）是人體必需的微量元素，與L同一主族，Se原子比L原子多兩個電子層，則Se的原子序數為______ ，其最高價氧化物對應的水化物化學式為______ 。該族2 ～ 5周期元素單質分別與H2反應生成1mol氣態氫化物的反應熱如下，表示生成1mol硒化氫反應熱的是______ （填字母代號）。
a.+99.7mol?L-1
b.+29.7 mol?L-1
c.-20.6mol?L-1
d.-241.8 kJ?mol-1
（4）用M單質作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q 。寫出陽極生成R的電極反應式：____________ ；由R生成Q的化學方程式：__________________。
命題立意：本題以元素的推斷為背景，綜合考查了元素符號的書寫、元素位置的判斷和原子半徑大小的比較；考查了電子式、結構式的書寫，元素周期律，和電極反應式、化學方程式的書寫，是典型的學科內綜合試題。
解析：（1）X、Y、Z、L是組成蛋白質的四種元素且原子序數依次增大，故分別為：H、C、N、O元素；M是地殼中含量最高的元素，為Al，其在周期表的位置為第3周第ⅢA族；再根據五種元素在周期表的位置，可知半徑由大到小的順序是：Al>C>N>O>H。
（2）N和H 1∶3構成的分子為NH3，電子式為；2：4構成的分子為N2H4，其結構式為。
（3）Se比O多兩個電子層，共4個電子層，14電子層上的電子數分別為：2、8 、18、6，故其原子序數為34；其最高價氧化物對應的水化物的化學式類似H2SO4，為H2SeO4。
非金屬性越強，與氫氣反應放出的熱量越多，故25周期放出的熱量依次是：d、c、b、a，則第四周期的Se對應的是b。
（4）Al作陽極失去電子生成Al3+，Al3++3HCO-3Al（OH）3+3CO2，2Al（OH）3ΔAl2O3+3H2O。
答案：（1）O 第三周第ⅢA族 Al>C>N>O>H
（2）
（3）34 H2SeO4 b
（4） Al-3e-Al3+
Al3++3HCO-3Al（OH）3+3CO2
2Al（OH）3ΔAl2O3+3H2O。
二、以化學實驗知識為切入點，滲透電化學知識，體現電化學知識和化學實驗的有機融合
由于電化學知識在電極反應分析及電極反應式等知識中，會涉及電極材料、電解液中離子等性質的分析，因而在電化學考查中容易與化學實驗融合在一起。如電解質溶液的制備、凈化、電極反應產物的檢驗、電化學裝置設計等等，從而提高試題的綜合度，利于全面考查學生的基礎知識和靈活解答問題的能力。在崇尚知識立意，注重考查能力的命題原則下，相信該類試題會備受推崇。
例2 下圖是一個用鉑絲作電極，電解稀的MgSO4，電解液中加有中性紅指示劑，此時溶液呈紅色。（指示劑的PH變色范圍：6.8～8.0，酸色―紅色，堿色―黃色）
回答下列問題：
（1）下列關于電解過程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是____________（填編號）；
①A管溶液由紅變黃； ② B溶液由紅變黃 ③ A管溶液不變色 ④B管溶液不變色
（2）寫出A管中發生反應的反應式：____________________________________
（3）寫出B管中發生反應的反應式：____________________________________
（4）檢驗a管中氣體的方法是______________________________
（5）檢驗b管中氣體的方法是______________________________
（6）電解一段時間后，切斷電源，將電解液倒入燒杯內觀察到的現象是______ 。
解析：A管中的電極與外電源負極相連，做電解池的陰極，發生還原反應，電極反應式為2H++2e-=H2，A管中溶液的PH增大，堿性增強，溶液由紅色變黃色，剩余的OH-與Mg2+結合生成Mg（OH）2：Mg2++2OH-=Mg（OH）2。B管中的電極與外電源正極相連，做電解池的陽極，發生氧化反應，4OH-―4e-=2H2O+O2，溶液中OH-濃度減小，溶液酸性增強，顏色不發生變化。試管a中收集的氣體為H2，收集后靠近火焰，會聽到有爆鳴聲，管口有淡藍色火焰；試管b中收集的氣體為O2，收集后將帶火星的木條插入試管中，木條復燃。將電解后的溶液倒入燒杯中，會使陰陽兩極的電解液被重新混合均勻。MgSO4是活潑金屬的含氧酸鹽，電解的實質是電解水，在兩電極上分別產生H2和O2，同時兩極區分別生成Mg（OH）2和H2SO4，當混合后兩者反應重新生成MgSO4和水。
答案：（1）①④
（2）2H++2e-=H2（或2H2O+2e-=2OH-+H2） Mg2++2OH-=Mg（OH）2
（3）4OH-―4e-=2H2O+O2
（4）用拇指按住管口，取出試管，管口靠近火焰，放開拇指，有爆鳴聲，管口有淡藍色火焰。
（5）用拇指按住管口，取出試管正立，放開拇指，將帶有火星的木條插入試管內，木條復燃。
（6）溶液呈紅色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）。
三、以新型化學電源為切入點，考查電化學知識
新型化學電源一般具有電壓穩定、比能量高、高能環保、經久耐用等特點，以新型化學電源為載體的化學試題，既能體現化學知識的實用性，又能體現化學命題的時代性、新穎性，使試題在考查化學知識的同時，又能較好的考查學生分析問題、解答問題的能力，這種命題情景趨勢將會繼續延續。
對電化學知識的考查主要集中在以下基本方面：
1.可充電電池放電時電極極性判斷及充電時與電源的連接
（1）放電時新型電池中負極材料元素化合價升高的物質發生氧化反應的物質物質
正極材料元素化合價降低的物質發生還原反應的物質物質
（2）可充電電池用完后充電時，原電池的負極與電源負極相連，原電池正極與電源正極相連。
2.可充電電池電極反應式的書寫
含淚播種的人一定能含笑收獲。
不是境況造就人，而是人造就境況。______
書寫可充電電池的電極反應式，一般都是先書寫放電的電極反應式。書寫放電的電極反應式時，可遵循三步：①標出總式中電子轉移的數目和方向，找出參與負極反應的物質；②寫出一個較容易書寫的電極反應式（書寫時注意溶液對電極產物的影響，即電極產物在該溶液中能否穩定存在）；③在電子守恒的基礎上，用總式減去寫出的電極反應式即可得另一電極反應式。
充電時電極反應式與放電時相反，充電的陽極反應式分為放電正極反應式，充電的陰極反應式分為放電負極反應式。
3.溶液中離子定向移動的判斷
放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。
例3研究人員最近發現了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發電，在海水中電池總反應可表示為：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，下列“水”電池在海水中放電時的有關說法正確的是（ ）
A.正極反應式：Ag+Cl--e-=AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10轉移2mol電子
C.Na+不斷向“水”電池的負極移動
D.AgCl是還原產物
考點：電極反應和電池反應方程式；原電池和電解池的工作原理。
解析：根據電池總反應可判斷出反應中Ag的化合價升高，被氧化，Ag應為原電池的負極，AgCl是氧化產物；方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合價共降低了2價，所以每生成1molNa2Mn5O10轉移2mol電子；在原電池中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，以形成閉合電路。
1．原電池電極的判斷
（1）由兩極的相對活潑性確定：相對活潑性較強的金屬為負極，相對活潑性較弱的金屬或導電的非金屬為正極。
（2）根據在兩電極發生反應的物質所含元素的化合價升降情況來判斷。如甲醇燃料電池中，甲醇燃燒一般生成二氧化碳，碳的價態升高，失電子，所以通入甲醇的電極為負極。
（3）由電極變化情況確定：若某一電極物質不斷溶解或質量不斷減少，則該電極發生氧化反應，此電極為負極；若某一電極上有氣體產生，電極的質量不變或不斷增加，則該電極發生還原反應，此電極為正極。燃料電池除外。
（4）根據某些顯色現象確定。一般可以根據電極附近顯色指示劑（石蕊、酚酞、淀粉溶液、高錳酸鉀溶液等）顏色的變化情況來推斷該電極化合價的升降情況，分析是H+、OH－或是I－放電，從而確定正、負極及其相應的反應式。
（5）根據外電路中自由電子的移動方向確定。在外電路中，電子流出的電極叫負極，電子流入的電極叫正極。
（6）根據原電池內電路中自由離子的移動方向確定。在原電池的內電路中，陽離子移向正極，陰離子移向負極。
技巧提示：
①通常情況下，兩電極是由兩種不同的活潑金屬或者一種較活潑的金屬和石墨組成，但有些特殊情況，如氫氧燃料電池以多孔的固體（如石墨、鉑等）做電極，應用氫氣和氧氣反應的原理制成。
②通常情況下，活潑金屬做負極，但是在某些特殊條件下，比如將銅絲和鐵絲連接作為兩極插入濃硝酸中，由于鐵發生鈍化，銅與硝酸反應失電子，所以銅絲做負極，鐵絲做正極。
2．電極反應式的書寫
書寫電極反應式時，只要分析出電解質溶液中存在的陰、陽離子，根據離子的放電順序即可順利寫出電極反應式。要特別注意：當活潑金屬做陽極時，一定是陽極本身失電子發生氧化反應；當惰性電極做陽極時，是溶液中的陰離子在陽極放電。
書寫原電池電極反應式的步驟為：
（1）將總反應式改寫為離子方程式。
（2）分析在負極上發生氧化反應的物質及其氧化產物和在正極上發生還原反應的物質及其還原產物，將化合價發生變化的元素先配平。
（3）由質量守恒、電荷守恒配平電極反應式。酸性溶液中，用H2O、H+調配；堿性溶液中，用H2O、OH－調配；熔融鹽中，用熔鹽陰離子調配。如果題目沒有給出原電池總反應式，可以直接從第二步開始分析寫出電極反應式。
技巧提示：
①電極反應是一種離子反應，書寫時應遵循書寫離子反應式的一切規則。
②負極失電子所得氧化產物和正極得電子所得還原產物都與溶液的酸堿性有關，如+4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，而在堿性溶液中以CO32－形式存在。網
③溶液中不存在O2－，因為在酸性溶液中它與H+結合成H2O，在堿性或中性溶液中它與H2O結合成OH－。
④氧氣作氧化劑的原電池的正極反應式：酸性條件下的反應為O2 + 4H+ + 4e－= 2H2O；堿性或中性條件下的反應為O2 + 2H2O+4e－= 4OH－。
⑤用總反應式減負極反應式得正極反應式，用總反應式減正極反應式得負極反應式。
例1 （2008?寧夏）一種燃料電池中發生的化學反應為：在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳。該電池負極發生的反應是（ ）
A. CH3OH（g）+ O2（g）－2e－= H2O（l）+CO2（g）+2H+
B. O2（g）+ 4H+（aq）+4e－= 2H2O（l）
C. O2（g）+ 2H2O（l）+ 4e－= 4OH－
D. CH3OH（g）+ H2O（l）－6e－= CO2（g）+ 6H+（aq）
解析：在原電池中，正極發生還原反應，負極發生氧化反應。該原電池中，甲醇在負極發生氧化反應，其氧化產物為CO2，則有CH3OH（g）－6e－ CO2（g）。在酸性溶液中用H+和H2O調配，再由質量守恒、電荷守恒配平，可得負極電極反應式為CH3OH（g）+ H2O（l）―6e－= CO2（g）+6H+（aq）。
答案：D
3．電解后溶液恢復原狀的分析
對電解質溶液進行電解時，通常會在陰、陽兩極析（逸）出金屬單質或非金屬單質，從而使電解質溶液的組成或濃度發生改變，要使溶液恢復原狀就必須向電解后的溶液中加入一定量的物質。一般來說，析出什么加什么，析出多少加多少。解答此類問題時，一定要注意過度電解的問題。過度電解是指電解時，溶液中的原溶質參與電解反應，當原溶質消耗完以后繼續電解。過度電解消耗的是水，判斷是否存在過度電解是正確解答此類題的關鍵。
技巧提示：
①判斷是否存在過度電解的方法有兩種：一是根據題目給出的已知條件，通過計算進行判斷，當通入的電量大于原溶質電解消耗完所需電量則存在過度電解；二是根據電解時電極上析出的產物進行判斷，若電極上析出的產物能組合成水和另一種非水化合物則存在過度電解，水是過度電解的結果，另一種化合物是正常電解的結果。如果上述兩種情況都無法進行判斷時，則按正常電解處理，不存在過度電解的問題。
②只有電解活潑金屬的無氧酸鹽（如NaCl溶液等）和不活潑金屬的含氧酸鹽（如CuSO4溶液、AgNO3溶液等）時才可能存在過度電解。
例2 （2011?全國卷II）用石墨做電極電解CuSO4溶液。通電一段時間后，欲使電解質溶液恢復到起始狀態，應向溶液中加入適量的（ ）
A. CuSO4 B. H2O C. CuO D. CuSO4?5H2O
解析：題目未告知電極產物和通入的電量，只考慮正常電解不考慮過度電解。電解CuSO4溶液時，陽極反應為4OH－－4e－= 2H2O + O2，陰極反應為2Cu2+ + 4e－= 2Cu，兩極析出的銅和氧氣的物質的量之比為2∶1，剛好組合為CuO。
答案：C
對于文字描述型試題，只要熟練掌握了電化學基本原理，靈活應用上面介紹的方法即可準確、快速地解答相關問題。解答電化學裝置分析說明型試題時，除了上述要求外，還要特別注意觀察、分析裝置中提供的相關信息，如兩極的現象、電子流向、溶液中離子的移動方向等，從而確定原電池的正、負極或電解池的陰、陽極，進而正確解答相關問題。
例3 （2010?全國卷I）圖1是一種染料敏化太陽能電池的示意圖。電池的一個電極由有機光敏染料（S）涂覆在TiO2納米晶體表面制成，另一個電極由導電玻璃鍍鉑構成，電池中發生的反應為：
TiO2/STiO2/S（激發態）
TiO2/ S TiO2/ S+ +e－
I3－+2e－ 3I－
2TiO2/S++3I－ 2TiO2/S+I3－
下列關于該電池的敘述錯誤的是（ ）
A. 電池工作時，是將太陽能轉化為電能
B. 電池工作時，I－離子在鍍鉑導電玻璃電極上放電
C. 電池中鍍鉑導電玻璃為正極
D. 電池的電解質溶液中I－和I3－的濃度不會減少
解析：這是個太陽能電池，從裝置示意圖可看出是個原電池，最終是將光能轉化為電能。將上面四個反應加起來可知，化學物質并沒有減少，所以A選項正確。在外電路中電子由負極流向正極，從示意圖中電子的流動方向可判斷鍍鉑導電玻璃電極做正極，發生I3－與I－的轉化，其電極反應為I3－+2e－=3I－；染料敏化TiO2電極為負極，發生S與S+的轉化，其電極反應為TiO2/ S TiO2/ S+ +e－，所以B錯誤，C正確。此太陽能電池中總反應的實質一部分是I3－
3I－（還有I2+I－I3－），另一部分是光敏
有機物激發態與基態的相互轉化，所有化學物質最終均不被損耗，所以D正確。
答案：B
4．綜合性解答題
從近幾年高考試題看，電化學解答題主要是將幾個電解裝置串聯進行電解，綜合考查電解原理及其應用。解答此類試題的關鍵是對題給信息進行分析，準確判斷電解池的陰、陽極，然后根據電解原理等知識解答相關問題。今后電化學解答題將會向綜合方向發展，將原電池、電解池等電化學裝置串聯，綜合考查原電池、電解原理及其應用等相關知識。
技巧提示：
①解答此類題的關鍵是根據題給信息準確分析判斷原電池及其正、負極和電解池及其陰、陽極。該信息可能在題干裝置圖或者試題要求解答的問題中體現，考生需認真觀察尋找。
②如果有外加電源，則串聯或并聯的裝置都為電解裝置。
③如果沒有外電源，在某一裝置的兩極分別通入氧化性物質和還原性物質，則該裝置為燃料電池，其他裝置為電解裝置。
④如果沒有外電源，某一裝置的兩極材料不同，其他裝置的兩極都是惰性電極，則電極材料不同的裝置為原電池，其他裝置為電解裝置。
例4 （2009?全國卷I）圖2所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和l00 g 10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。
（1）接通電源，經過一段時間后，測得丙中K2SO4濃度為10.47％，乙中c電極質量增加。據此回答問題：
①電源的N端為 極。
②電極b上發生的電極反應為 。
③電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積為
。
④電極c的質量變化是 g。
⑤電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發生變化，簡述其原因。
甲溶液 ；
乙溶液 ；
丙溶液 。
（2）如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續進行，為什么? 。
解析：（1）①乙中c電極質量增加，則c處發生的反應為Cu2＋+2e－= Cu，即c為陰極， b為陽極，a也為陰極，M為負極，N為正極。丙中為K2SO4溶液，相當于電解水，設電解消耗水的質量為x g，由電解前后溶質質量相等知100×10% =（100－x）×10.47%，得x = 4.5 g，即0.25 mol。由方程式2H2O 2H2+O2可知，電解2 molH2O需轉移4 mol電子，所以整個反應中轉移0.5 mol電子，而整個電路是串聯的，故每個燒杯中的電極上轉移的電子數是相等的。②甲中為NaOH溶液，相當于電解H2O，陽極b處為陰離子OH－放電，即4OH－－4e－= 2H2O+O2。③轉移0.5 mol電子，則生成的O2為0.5/4 = 0.125 mol，標況下的體積為0.125×22.4 = 2.8 L。④Cu2＋+2e－= Cu，轉移0.5 mol電子，則生成的m（Cu）= 0.5/2 ×64 =16 g。⑤甲中相當于電解水，故NaOH的濃度增大，pH變大；乙中陰極為Cu2＋放電，陽極為OH－放電，所以H＋增多， pH減??；丙中為電解水，K2SO4溶液呈中性，其pH不變。（2）銅全部析出，可以繼續電解H2SO4，有電解液即可電解。
答案：（1）①正極 ②4OH－－4e－=2H2O + O2 ③2.8 L ④16 g ⑤甲增大，因為該反應相當于電解水，c（NaOH）增大；乙減小，OH－放電，H＋增多；丙不變，該反應相當于電解水，而K2SO4溶液呈中性
（2）可以，因為CuSO4溶液已轉變為H2SO4溶液，反應也就變為水的電解反應
例5 下圖所示的四個容器中分別盛有不同的溶液，除a、b外，其余電極均為石墨電極。甲為鉛蓄電池，其工作原理為Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O，
其兩個電極的電極材料分別為PbO2和Pb。
閉合K，發現g電極附近的溶液變紅，20 min后，將K斷開，此時c、d兩極上產生的氣體體積相同。據此回答：
（1）a電極的電極材料是 （填“PbO2”或“Pb”）。
（2）電解后，要使丙中溶液恢復到原來的濃度，需要加入的物質是 （填化學式）。
（3）到20 min時，電路中通過電子的物質的量為 。
（4）0~20 min，h電極上發生反應的電極反應式為 。
（5）20 min后將乙裝置與其他裝置斷開，然后在c、d兩極間連接上靈敏電流計，發現電流計指針偏轉，則此時c電極為 極，d電極上發生反應的電極反應式為 。
在進行分析之時,必須明確下列觀點:
1 每一個能自發進行的氧化還原反應都可設計成原電池;同理,每一個原電池都對應一個能自發進行的氧化還原反應。
2 任何氧化劑均可制成氧化劑電極,任何還原劑均可制成還原劑電極:將固體物質溥在惰性電極材料上,或將惰性電極材料浸沒在含有參與電極反應的離子的溶液中,或將氣體通到惰性電極材料上可分別形成固體電極、離子(或液體)電極、氣體電極。參與反應的金屬本身可做直接用作電極。
3 原電池是一種將氧化還原反應中的氧化過程和還原過程分開在兩個電極上同時進行的裝置。氧化還原反應中的電子通過外電路轉移,內電流通過電解質溶液的離子遷移連通電池的兩個電極。
一個原電池的各種關系可用上頁所示的圖示進行描述,這也是分析原電池的思維原型。
如圖,只要分析了一個電池反應中物質化合價的變化關系,按上圖所示流程就可得出該電池的電極極性,書寫電極方程式、判斷電流方向、電子流向以及電解質溶液中的離子遷移方向等。在書寫電極反應式時,可將其當做離子方程式進行配平。式中的“n”由化合價總變化數確定,正負極電極反應中得失電子不一定要求相等,但一個式子中電荷必須守恒,若不能守恒,則用H+、OH-找平電荷,用H2O找平H和O,同時考慮電解質溶液中的某些離子可能也會參加電極反應,這時也一并加入到電極反應式中。
例1 用鎂片、鋁片、NaOH溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U型管)構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是( )
① 在外電路中,電子由鎂電極流向鋁電極
② 由于Mg比Al活潑,所以Mg為負極,鋁為正極。
③ 實驗過程中取出鹽橋,由于不能形成閉合回路,原電池不能繼續工作
④ 電池的負極反應式為Al―3e-+ 4OH―=AlO-2+2H2O
A. ①②
B. ②③
C. ②④
D. ③④
解析:該原電池對應的電池反應為2Al+2NaOH+6H2O2NaAlO2+3H2+4H2O,分析該反應還原劑為Al,失電子,該電極是電子流出極,就是電流流入極,為電池的負極。氧化劑為H2O,得電子,Mg與水形成液體電極應為電池的正極;在該電池中,雖然Mg比Al更活潑,但Mg不能和NaOH溶液反應,在反應中沒有失去電子,因而不是負極。①②錯。而③④正確,本題答案D。通過分析電池反應不會產生Mg為負極的錯誤,避免了機械記憶產生的思維遷移錯位。
另外,書寫原電池的電極反應式是學生感覺最為困難的,特別是燃料電池的電極反應式。采用電池反應分析之后,學生只要能將氧化還原反應拆寫成兩個半反應,就知道如何書寫電極反應式?？聪旅娴睦?
例2 一種燃料電池中發生的化學反應為:在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發生的反應是 。
解析:電池負極應是還原劑電極:
(還原劑)C-2H3OH-[4-(-2)]e-=(氧化產物)CO+42
酸性環境中用“H+”找平電荷,在式子的右邊加“6H+”,“H、O”守恒,在式子左邊加“H2O”
即得CH3OH - 6e-+ H2OCO2+6H+,C正確。
二、 電解池的分析
電解池分析的關鍵在于:
1 明確粒子放電的本質就粒子與電極之間發生電子轉移。當有多個粒子可以在同一電極放電時,存在放電的先后順序――氧化性、還原性愈強的粒子愈先放電。
在高中原電池和電解池的電化學教學中，應根據教材原理將電化學知識講解透徹，否則會給學生造成錯誤的觀點。
一、電解池中的可能性
1.惰性電極可能反應
在電解池中一般認為惰性電極不參加反應，但工業上用石墨電極電解熔化的Al2O3制取鋁時的電極反應
陽極：6O2--12e = 3O2
陰極：4Al3+ + 12e = 4Al
在高溫下C能與O2反應：C+ O2 = CO2，故惰性電極石墨的惰性是相對的。
2.陽極可能參加反應
一般認為反應 Cu+H2SO4 = CuSO4+ H2是不能完成的，但在電解池中可以進行。以Cu作陽極，其它電極作陰極電解稀硫酸溶液，其電極反應為
陽極：Cu - 2e = Cu2+
陰極：2H+ + 2e = H2
但要注意的是，隨著電解的進行 C(H+) 逐漸減小，C(Cu2+)逐漸增大，電解的后階段變為電鍍。電極反應變為：
陽極：Cu - 2e = Cu2+
陰極：Cu2+ + 2e = Cu
故活性電極作陽極時要參加電極與電解反應。
3. 原子團可能放電
惰性電極電解溶液時，原子能團一般是OH-放電，但電解Na2SO3溶液時由于SO32-的還原性遠強于OH-，其電極反應是：
陽極:SO32--2e +H2O= SO42- +2H+
陰極:2H++2e = H2
總反應是：Na2SO3+ H2O = Na2SO4 + H2
4. 同一電極可能放出兩種氣體：
惰性電極電解NH4Cl溶液時，其電極反應是：
陽極：2Cl--2e = Cl2
陰極：2 H2O +2e = H2+2OH-
在陰極，隨著電解的進行會發生：NH4++ OH- = NH3+ H2O 總反應：2 NH4Cl = Cl2+2NH3+ H2
在陽極，隨著C(Cl-)的減小也可能發生2H2O -4e= O2+4H+
故陰極放出H2和NH3;陽極放出的Cl2中可能有O2。實際上惰性電極長時間電解溶液的最后階段都是電解水。
二、原電池的可能性
1. 不活潑電極可能作負極
在一般情況下，對于活性不同的兩個電極來說，由于活潑的一極比不活潑的一極更容易失去電子，從而活潑的一極的電勢往往要低于不活潑的一極，因此在原電池中一般情況下都做負極，但這種情況卻并不絕對，我們看下列兩組原電池
(1)鎂、鋁電極與NaOH溶液構成的原電池
總反應：2Al+2HO-+2 H2O =2AlO2-+3H2
負極：2Al-6e+8OH- = 2AlO2-+4H2O
正極：6 H2O +6e=3H2+6OH-
(2) 銅、鋁電極與濃硝酸構成的原電池由于鋁在濃硝酸中鈍化，總反應是：Cu+4HNO3= Cu(NO3)2 +2NO2+2H2O
負極：Cu-2e = Cu2+
正極：NO3-+2e-+4H+=NO2+2H2O
但要注意的是，隨著反應 (2) 的進行，總反應變為
2Al+3Cu(NO3)2 = 3Cu + 2Al(NO3)2
電極反應是負極：2Al- 6e = 2Al3+ 正極:3Cu2+ + 6e = 3Cu
從上兩例中我們可以看出原電池電極的確定還與電解質溶液有關，由于電解質溶液的不同可能使電極性質也不同，如上述裝置改用酸性稀溶液做介質，則活性強的鎂、鋁分別做負極。
2. 兩個電極可能相同
在一般情況下，對于只有活性不同的兩個電極來說，才能形成電勢差，也才能形成穩定的電流進而組成原電池，然而是否所有的原電池的電極的活性都要不同呢? 我們看下列一組原電池：
總反應：2H2+O2=2H2O
負極：2H2-4e = 4H+
正極：O2+4e+4H=2H2O
從上例中我們可以看出燃料電池的正、負極應由其通入的
氣體的性質來決定，其電極本身的活性不能作為其電極正負的判據，如在燃料電池中兩個電極的活性卻是可以相同的。
3. 兩個電極可能浸入不同電解質溶液中
在中學教材中出現的原電池裝置一般都是兩個電極浸入同一電解質溶液中形成原電池，致使很多同學都誤認為原電池裝置中的兩個電極一定要浸入同一電解質溶液中，然而在新教材僅出現了一次的丹尼爾電池(鹽橋)卻有力的說明了上述觀點的局限性。
總反應：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
負極：Zn-2e=Zn2+
正極：Cu2+ + 2e=Cu
4. 氧化還原反應只可能設計成原電池
原電池的實質是把一個氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在兩個電極上進行，那么是否所有的氧化還原反應都能設計成原電池呢? 我們一起來看例題： 下列反應能設計成原電池的有( )
A. C+CO2=2CO
B. HCl + KOH = KCl + H2O
C. Cu + 2FeCl3 =2FeCl2 + CuCl2
D. 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
教學反饋發現很多同學都選擇了 A 和 C，他們的理由是這兩個反應都是氧化還原反應，然而并非所有的氧化還原都能設計成原電池，因為原電池的反應是化學能自發的轉化為電能的過程，因此原電池中進行的反應必須滿足如下條件即： 反應必須是氧化還原反應而且該反應必須是自發的氧化還原反應，因此本題的答案只有 C 。
三、教學反思
經過以上原電池和電解池的分析，我們在電化學教學中，老師應明確告訴學生：
1. 原電池反應是自發的氧化還原反應。在滿足形成原電池的條件(兩電極、電解質溶液、閉合)下，先正確的寫出自發的氧化還原反應方程式(原電池反應)并確定氧化劑和還原劑。 還原劑一定在負極上反應，氧化劑一定在正極上反應。如果還原劑是金屬，則該金屬是原電池的負極，且正極與該金屬不同，如果還原劑不是金屬，則正負電極由其它電極代替且可相同。這樣，既可以根據原電池反應判斷正負極和書寫電極反應，也可以將自發的氧化還原反應設計成原電池。
例(1)將自發的反應3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O設計成原電池并寫出電極反應。
電池構成：Cu 作負極、Ag作正極、稀HNO3作電解質溶液。電極反應：負極 ( Cu-2e=Cu2+ )；
正極(NO3-+3e+4H+=NO+2 H2O)
2.電解池反應是強制的氧化還原反應。在滿足形成電解池的條件(電解質溶液導電)下，根據陽離子的氧化性順序、陽極活性及陰離子的還原性順序，正確的寫出電解池反應并確定氧化劑和還原劑。還原劑一定在陽極上反應，氧化劑一定在陰極上反應。如果還原劑是金屬，則該金屬是電解池的陽極(陰極任選); 如果還原劑不是金屬，則陽極是惰性的(陰極任選)。這樣，既可以根據電解池反應判斷陰、陽極和書寫電極反應，也可以將溶液中或離子晶體熔化時不能自發的氧化還原反應設計成電解池反應。但要注意的是，惰性電極電解溶液時最后階段可能是電解水。
例(2)在溶液中實現 Fe+2H2O =Fe(OH)2+ H2的反應。
一、從兩例高考試題看電化學試題中必考的基本問題
答案 B。
簡析 選項A和B都是相關氧化還原反應特征分析問題（判斷產物、判斷反應物），選項C是電極判斷和電極反應式書寫問題，選項D是離子定向移動規律判斷問題，都是電化學的基本問題。
判斷電池中的正極、負極，判斷電解池中的陰極、陽極，是電化學試題中最重要的基本問題。命題人常要求解題者從以下依據進行判斷：
（1）根據反應物的還原性、氧化性判斷。電池中負極上是還原劑發生還原反應，正極上是氧化劑發生還原反應。
（2）根據反應產物判斷。電解池中，陰極上發生還原反應生成還原產物，陽極上發生氧反應生成氧化產物。電池中也可以根據反應產物判斷，負極上發生氧化反應生成氧化產物，正極上發生還原反應生成還原產物。
（3）根據裝置圖中標示的電子流動方向判斷。這時要注意分清是“電流方向”還是“電子移動方向”，要防止大意失荊州。
（4）根據相連接電池（或電解池）判斷。電池與電解池相連接的裝置中，可根據外電源的負極、正極判斷電解池中陰極、陽極。
第2類、書寫（或判斷）電極反應式
考查電化學的試題，必定要書寫電極反應式，因為電極反應式是分析電池、電解池的基礎。因此，后階段復習電化學內容時，要熟記書寫電極反應式的要求，要熟練掌握一些較復雜電極反應式的書寫步驟和技巧。
（2）蓄電池中，可根據充電時電極反應式書寫放電時的電極反應式，或根據根據放電時的電極反應式書寫充電時的電極反應式。
（3）掌握水溶液（酸性、堿性、中性）中的電極反應式配平技巧。在酸性溶液中，不要在電極反應式中出現OH-離子，要用H2O、H+來配平；在堿性溶液中，不要在電極反應式中出現H+離子，要用H2O、OH-來配平；在中性溶液中，一般不在反應物中出現H+ 離子或OH- 離子，但可根據情況在產物中出現OH- 離子或H+ 離子。
（4）根據題給信息，書寫并配平非水體系中的電極反應。如，在固體氧化物作電解質時，可以用O2- 離子來配平，在熔融碳酸鹽作電解質時可以用CO2、CO32- 等粒子來配平。
第3類、判斷離子移動方向
電池、電解池工作時，在電極上的氧化反應、還原反應的帶動下，電極和外電路上必定有電子定向移動，內部的電解質中必定有離子發生定向移動，形成電荷傳遞的閉合回路，這是電池、電解池工作時的基本特征。在電化學相關的試題中，判斷離子定向移動方向是考查頻度較高的一類基本問題。解答這類基本問題時，要注意以下幾點：
（1）電池內部，陰離子要向負極作向移動，陽離子要向正極定向移動；電解池內部，陰離子要向陽極定向移動，陽離子要向陰極定向移動。
（2）除了電極反應帶動離子定向移動外，在電池、電解池內部還存在由于濃度因素使離子擴散移動，所以不同離子定向移動情況差異較大。一般情況下，在電極上參加反應的離子、電極反應過程新生成的離子，移動比較明顯，其他離子移動不一定會有明顯移動。如在銅、鋅、稀硫酸構成的原電池中，H+、Zn2+ 離子移動比較明顯。
（3）判斷離子定向移動時，要注意裝置中離子交換膜的影響，要特別注意區分各種離子交換膜（如，陰離子交換膜、陽離子交換膜、質子交換膜等）存在時離子移動的特征。
第4類、分析（或判斷）氧化還原反應特征
從根本上看電池、電解池問題是氧化還原反應的兩種特殊表現形式，基于些，高考試題常常會以電池、電解池為載體來考查氧化還原反應的一些基本特征。常見有：
電極反應式的書寫是電化學的重點和難點，也是高考的熱點，縱觀近幾年高考試題，2015年選擇題中的微生物電池，2014年以精細化工產品次磷酸為背景考查應用電解原理解答問題，2013年的鋰離子電池等，高考對電化學的考查從不間斷，選擇題的難度一般為中等，非選擇題的難度一般為中等或較大。電極反應式的書寫是電化學考查的一個難點，如何攻破這個難點確保電化學試題中不失分呢？
電化學實際上是氧化還原反應考查的另一種形式，理論內容和計算與氧化還原相關知識密切相關，所以電化學的基礎是氧化還原反應，電極反應式的書寫實際上就是氧化還原反應的半反應。
一、電極反應式書寫的注意點和步驟
電極反應是氧化還原反應的半反應，所以氧化還原反應理論知識一定要理解透徹，原電池的負極反應、電解池的陽極反應是失去電子的氧化反應，原電池的正極反應、電解池的陰極反應是得電子的還原反應，所以電極反應方程式的書寫中，氧化還原的四大基本構建十分重要。氧化還原反應中失去電子發生氧化反應的是還原劑，還原劑被氧化為氧化產物；得到電子發生還原反應的是氧化劑，氧化劑被還原為還原產物，所以負極（陽極）的電極反應形式是還原劑-ne=氧化產物；正極（陰極）的電極反應形式是：氧化劑+ne=還原產物，四大構建的確立是通過元素化合價的變化判斷的，這一點是考查元素及其化合物性質的重要方式，除此之外題干中給出的已知條件可以作為判斷依據。
一、氧化還原反應的“熱”和電化學的“冷”
在高中化學階段，大多數學生對氧化還原反應比較熟悉，化學老師一般把其作為難點和重點，詳細講解，反復糾正練習，直到學生熟練掌握為止。同時，對于高考這個指揮棒，學生和老師不得不聽從指揮，不管無機還是有機，牽扯到氧化還原反應的較多，所以氧化還原反應是化學高考的熱門話題。
作為電化學，在書本中介紹的不多，篇幅較少，并且只講原理和部分應用，內容艱澀難懂。在做題過程中容易以偏代全、斷章取義，稍不注意細節問題就容易出錯，造成學生認為電化學難，成為化學學習中的冷門。
近觀化學高考，越來越接近生活，涉及電化學知識的也頗多。例如，日常生活的干電池，電動車和手機的可充電電池，以及將來保護環境的燃燒電池等等。這類題的特點是題型新穎、起點不高、內容難度不大，但學生卻失分較多，令人痛惜。結果成考試是熱點，成績是冷門。針對氧化還原反應的“熱”和電化學的“冷”，可把二者有機結合起來，進行系統整理和歸納，達到他山之石可以攻玉的目的，造成雙贏的局面。
二、電化學本身就屬于氧化還原反應的范疇
電化學是氧化還原反應的一個比較特殊的分支。電化學分兩大部分，原電池和電解池（電鍍池屬于電解池）。原電池是把化學能轉化為電能的裝置，怎么把化學能轉化為電能呢？通過電子轉移（電子由負極流向正極）。而電子轉移就是氧化還原的本質，所以說原電池屬于氧化還原反應。
電解就是在電流通過電解質溶液而在陰陽兩極引起的氧化還原過程，借助于電流引起氧化還原反應的裝置叫電解池。從定義上就可看出，電解池也屬于氧化還原反應。
電化學屬于氧化還原反應的范疇，又具有一定的特殊性。首先，原電池和電解池都有電流通過，原電池基本上是自發的，電解池是人為的，并且必須有電源，這是二者的重要區別；同時，原電池的電極有正極、負極之分，而電解池的電極有陰極、陽極之說，包括電源亦有正極、負極之稱。這些都是氧化還原所沒有的，這就加大了解析電化學的難度。
電極的判斷正確與否，是解析電化學的關鍵，所以運用氧化還原反應解析電化學，必須把電極判斷聯系上，否則會前功盡棄、滿盤皆輸，因此電化學是特殊的氧化還原反應。
三、利用氧化還原反應解析原電池
“活性為負被氧化，惰性為正被還原?！边@是利用氧化還原反應解析原電池的總則。
一般情況下是比較原電池的兩個電極的金屬活動性，活潑的電極作為負極，發生了氧化反應；不活潑的電極作為正極，發生了還原反應。例如，銅鋅原電池，稀硫酸作為電解質溶液：
電極材料 電極名稱 電極反應式 反應類型
鋅棒 負極 Zn-2e-=Zn2+氧化反應
銅棒 正極 2H++2e-=H2還原反應
這個例子充分證明總則的正確性，但亦不盡然。如燃料電池，全部是惰性電極（任何情況下都不參與反應的電極叫惰性電極），電極本身不參加反應，但它肯定有燃料和助燃劑，燃料中某一元素的化合價一定升高，化合價升高，發生了氧化反應，該電極就是負極，照樣可以把兩個惰性電極分清正極和負極，只不過倒過來使用罷了。
還有一些特殊的原電池，也符合這個原則。例如，銅鐵原電池，濃硝酸作為電解質溶液。鐵雖然比銅活潑，但是鐵遇到冷的濃硝酸發生了鈍化，很難參加反應；銅反而在常溫下，能與濃硝酸發生氧化還原反應。在這種情況下，銅棒作為負極，發生氧化反應，鐵棒作為正極，發生還原反應?？梢?，電極的判斷不但與電極的金屬活動性有關，還與電解質溶液有關，是兩者共同決定的。但不論哪種原電池，負極被氧化、正極被還原這個總則是不變的。
四、利用氧化還原反應解析電解池
作為電解池，肯定有電源，電源分正極和負極?！罢龢O為陽被氧化，負極為陰被還原”，這是利用氧化還原反應解析電解池的總則。
跟電源正極相連的電極稱為陽極，陽極吸引陰離子，陰離子失去電子，發生氧化反應；若陽極本身是活性電極，則失去電子，發生氧化反應。與電源負極相連的電極叫陰極，陰極吸引陽離子，陽離子得到電子，發生還原反應。
高考理綜卷中“電化學”考點研析
“電化學”是中學化學教學中的重要理論之一，也是理綜化學學科常考的重點知識，現將近兩年高考中有關“電化學”的考查內容，進行歸類并作如下分析。
一、原電池工作原理的應用
“電化學”內容的高考試題，對原電本文由收集整理池和電解池的考查往往以選擇題的形式考查兩電極反應式的書寫、兩電極附近溶液性質的變化、電子的轉移或電流方向的判斷等，也會與生產生活（如金屬的腐蝕和防護等）相聯系。在第ⅱ卷中常與無機推斷、化學平衡理論、實驗等知識相結合進行命題，特別容易考查燃料電池和新型電池的正、負極材料分析和電極反應式的書寫。題型新穎，但不偏不怪，只要注意基礎知識的落實，以及能力的訓練便可以從容應對。
【Abstract】 As a new generation of memories， phase change memories have to be smaller for further development. SbTe is one of excellent phase change materials， thereby research on properties of SbTe on the nanoscale has profound significance. This paper is about the procedures of making nanowires and I succeeded in making nanowires by adding 8mA， 10mA and 20mA seperately. I took their TEM photos and analysed nanowires by means of XRD method. Finally， I draw the conclution that changing current slightly can change the crystallinity and changing current significantly can change the phase.
【Key words】 SbTe；nanowires；electrochemical method；phase change materials
1 引言
相變存儲器具有讀寫速度快，循環次數高，功耗低等優點，相比傳統的閃存技術有很大優勢。因此作為一種新興的存儲器，相變存儲器有很好的市場前景。而相變材料的在晶態和非晶態間的轉變直接決定著相變存儲器的性能。因而我們需要進一步研究相變材料的結構。而隨著相變存儲器的發展，相變存儲器的尺寸微縮成為一個重要課題。而SbTe材料作為一種重要的相變材料，它的納米尺度的特性對于相變存儲器的微縮具有重要意義?，F在對電化學法制備出的相變材料多集中于對薄膜特性的研究，對一維納米線的研究比較缺乏。本文對一維納米尺度下的納米線進行了研究，希望能對做相變存儲器材料做研究的研究人員有所幫助。
2 實驗部分
2.1 制備原理
制備過程屬于金屬的陰極還原沉積，適合在模板的納米孔道內制備金屬納米線。
（1）傳質過程：放電金屬陽離子或金屬絡合離子從電解液中通過擴散、對流、電遷移等步驟，不斷向電極表面輸送。
（2）電化學過程：金屬離子或金屬絡合離子脫水，并吸附在陰極表面上放電，還原成金屬原子的過程。
（3）結晶過程：金屬原子在陰極上排列，形成一定形式的金屬晶體。
原理圖如圖1所示。
2.2 制備流程
用去離子水清洗模板，用鑷子夾著鋁-氧化鋁模板用吹風機吹干后在模板的光亮面（Al面）涂抹防護油（防止SbTe材料在模板的這一面沉積，因為氧化鋁面為有孔面），再將分別溶解在稀硝酸和檸檬酸里的TeO2和Sb2O3溶液一比一混合（控制濃度配比使得混合溶液中的Te和Sb摩爾數相等），用鑷子夾著模板（做陰極）和石墨（做陽極）通不同大小的電流4小時，再用氫氧化鉀溶液溶解模板，得到沉積在模板孔洞中的納米線，放入無水乙醇中保存。
3 結果與討論
3.1 納米線形貌表征
由圖2可以看到制備出的納米線邊緣較為平整，無毛刺現象。
3.2 不同電流下SbTe納米線的物相表征
X射線衍射分析圖如圖3所示。
4 分析與結論
8mA電流與10mA電流下出峰的位置相近，但峰的強度有很大差別。這說明對制備電流微小的改變使得結晶更加徹底，也就是說它改變了結晶的強度。而在20mA的電流下出現了很明顯的新的峰，這說明大幅度改變制備電流會產生新的晶相，也就是形成不同的結晶。
參考文獻：
[1]童非.鍺碲基相變磁性材料的制備及性能研究[D].武漢華中科技大學，2012.
中圖分類號：TL241.2；O646 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0048-02
1 引言
鈾是一種放射性物質，若受到輻射后人體的多個器官如腎臟、大腦、肝臟和心臟都會受損。與其他放射性元素不同，鈾的半衰期幾乎與地球的年齡同樣大小，因此，幾乎所有的土壤、巖石和水體中都分布有少量的鈾。另外，鈾離子的化學毒性也很強，攝入一定劑量后可產生以腎損害為主的全身性疾病，嚴重時出現急性腎衰竭等。因此，對水質中鈾含量的精確測定是環境監測和保護的重要指標[1，2]。
隨溶液的pH值不同或者其他離子種類與濃度不同，鈾會以多種氧化態形式存在，但通常最穩定的價態是+6價。在此價態下，水溶液中的鈾（VI）與氧離子絡合形成穩定的鈾酰離子（UO22+）。世界衛生組織（WHO）將U（VI）認定為強致癌物質，并規定其在水溶液中的濃度不能超過50 mg/L；美國環境保護組織也規定飲用水中U（VI）濃度不能超過20 mg/L。
各種質譜、光譜等儀器分析方法廣泛地用于檢測U（VI）[3，4]，但通常來說，這些檢測技術的操作較復雜、儀器設備昂貴、維護運行成本高，相比較而言，電化學分析技術具有快速、簡便、高靈敏、低成本等優點，已在重金屬離子、有機、生物和藥物、環境分析中顯示出很大的潛力和優越性。近年來，不少文獻先后報道將電化學分析技術應用到UO22+的檢測中，并取得了較好的結果，其中尤以伏安法為主。本文以電化學電極材料的發展為主線，總結了近十年來國內外采用電化學伏安法檢測UO22+離子的研究進展。
2 UO22+電化學伏安法檢測的原理
伏安法是電化學分析技術中的一種基本方法，它是記錄電化學反應過程中的電流-電壓（I-V）曲線（也稱為伏安曲線）來進行定量和定性分析的方法。根據電壓加載方式的不同，可分為循環伏安法、階梯伏安法、差分脈沖伏安法、方波伏安法等。在電化學伏安法中，為了提高檢測的信號（靈敏性），一般需要將待檢測物質在電極表面進行富集，根據富集方式的不同又可以分為陽（陰）極溶出伏安法、吸附溶出伏安法等。在UO22+的電化學伏安檢測中，經常采用的是吸附溶出差分脈沖伏安法或吸附溶出方波脈沖伏安法等。由于UO22+離子在電極表面的吸附能力有限，需要額外的加入一些絡合劑先形成UO22+的絡合物，所形成的絡合物在電極表面具有較強的吸附能力，從而獲得高的電化學伏安法檢測的電流信號。
在UO22+離子中，U（VI）居中，兩個氧原子分別從軸向的兩端靠近，與U（VI）形成較強的鈾-氧雙鍵，呈線性結構，且往往作為一個整體參與配位。同其他金屬一樣，UO22+可以和O、N、S、P等多種電子給體配位。在吸附溶出伏安技術中，常用的絡合物主要有：銅鐵靈試劑、氯冉酸、沒食子酸丙酯、8-羥基喹啉、偶氮胂-III、席夫堿、試鋁靈、吡啶二羧酸、苯均四酸等，其中所形成的絡合物在不同的電極材料表面的吸附能力各有差異，因此本文的第三部分我們將重點以電極材料的種類為主線展開論述和比較。
3 電極材料
3.1 汞電極
由于汞的化學性質穩定，在水溶液中汞的析氫電位高，可在相當寬的負電勢范圍內進行進行極化而不發生電極反應，被發展為一種常用的電化學電極。在UO22+的電化學伏安檢測研究中，最常用的是懸汞電極（hanging mercury drop electrod， HMDE），它既具有滴汞電極的優點，如重現性好、析氫電位高等；又具有固體電極的優點如電容電流小，靈敏度高等特點。近十年來，先后有不少于20篇的文獻報道了利用HMDE電極檢測UO22+離子的工作，主要的研究方向集中在選擇不同的絡合劑以獲取更高的靈敏性、更寬的線性檢測范圍、更強的抗其他離子干擾能力以及將其應用到真實水體環境中的UO22+檢測等[6-11]。Amini等人采用N-苯基鄰氨基苯甲酸為絡合劑，通過差分脈沖-陰極吸附伏安（DP-AdCSV）技術檢測UO22+離子，獲得的線性檢測范圍為0.75 ～ 30 ng/mL和檢測限為0.036 ng/mL；在高濃度陽離子和陰離子共存的情況下，該方法表現出良好的抗干擾能力，比如Mn（II）、Co（II）、Ni（II）、Zn（II）等的濃度超過UO22+的100倍時仍未見明顯干擾[6]。Grabarczyk等人以懸汞滴電極（HMDE）為工作電極，嘗試采用銅鐵靈試劑作為絡合劑，通過DP-AdCSV技術分析含有高濃度表面活性劑的實際環境水樣的UO22+檢測，利用樹脂吸附劑XAD-7或XAD-16吸附水樣中的表面活性劑后，在UO22+離子濃度為5.0 ？ 10-10 ～ 2.0 ？ 10-8 mol/L范圍內保持線性關系，以此推測其檢測限可至1.4 ？ 10-10 mol/L[7]。此外，通過選用針對性的絡合劑（如銅鐵靈試劑、3-（3，4-二羥基苯基）-L-丙氨酸、試鋁靈試劑等），開展UO22+離子與其他金屬離子如Bi3+、Cd2+、Zn2+等的同時檢測也是近年來HMDE電極研究的熱點之一[8，9，10]。
3.2 金屬電極
盡管懸汞滴電極在UO22+離子的電化學伏安法檢測方面被證明是一種有效的電極材料，但由于汞電極自身的化學毒性特性，從環境的角度來考慮，汞電極仍然存在明顯的缺陷和不足，在未來的環境檢測中難以廣泛應用，因此發展新型的電極材料是UO22+離子電化學伏安法檢測領域的研究趨勢之一。近幾年來，金屬（薄膜）電極如Bi膜、Pd膜以及Pb膜等先后被用于替代傳統的懸汞滴電極以電化學檢測UO22+離子，并展現了較為理想結果[12-15]。比如，Economou等人發現將Bi薄膜涂覆在旋轉碟形電極表面，利用UO22+與銅鐵靈試劑的絡合物在Bi薄膜表面的吸附富集特性，通過探測U（VI）？U（V）還原反應的電流信號，建立起電流強度與UO22+離子濃度的線性關系，從而獲得了0.1 ng/mL的檢測限值[12]。Wang等人將Bi薄膜涂覆在碳纖維電極表面，利用方波伏安技術研究了UO22+離子的電化學響應行為，獲得了3 ng/mL的檢測限。Pournaghi-Azar等人將金屬Pd沉積在Al棒的表面制備了一種新型的鈀膜電極，在K3Fe（CN）6存在的溶液中，先將UO22+還原并以K2UO2[Fe（CN）6]的形式沉積在鈀膜電極上，然后采用陽極溶出伏安技術獲得UO22+離子濃度與氧化電流的關系，獲得的檢測限約為6.2 ？mol/L[13]。2014年，Korolczuk等人以Pb膜為電極，采用新穎的兩步富集法，將UO22+離子的檢測限降低至1.1 ？ 10-11 mol/L；在該方法中，首先將U（VI）-銅鐵靈試劑的絡合物吸附富集到較大面積的Pb膜表面，隨后一個非常小面積的Pb膜電極（相當于微電極）在近大Pb膜電極表面原位形成，然后將大面積Pb膜溶出后所有的U（VI）將富集在小面積Pb膜電極表面，從而獲得非常高的局部濃度[14]。
3.3 表面修飾復合電極
除了以上兩種電極材料以外，近十年來，采用有機絡合劑、生物大分子等對傳統電極表面“嫁接”修飾后形成復合電極也是UO22+離子電化學檢測的研究熱點。在這些研究中，常見的被修飾電極材料主要有石墨電極、Au電極、玻碳電極、碳糊電極、石墨絲網印刷電極等，而常見的表面修飾分子主要含有DNA分子、L-抗壞血酸棕櫚酸酯、碳納米管、氨基甲酰基磷酸修飾的介孔SiO2、苯并-15-冠醚-5、寡核苷酸等[16-22]。Becker等人先用巰基乙醇修飾Au電極表面形成單分子層，然后用POCl3或POBr3進行表面“嫁接”后在Au電極表面形成了表面磷活性的單分子修飾層，以此作為復合電極進行UO22+離子的特異性檢測[16]。Dimovasilis等人采用抗壞血酸棕櫚酸酯對傳統石墨電極表面修飾后，利用表面修飾分子對UO22+離子的強選擇性絡合能力進行預濃縮，然后采用差分脈沖伏安技術分析發現可以獲得0.26 ng/mL的檢測限[17]。Tang等人將具有UO22+離子特異性的DNA酶化學修飾到Au電極發展了一種高靈敏度、高選擇性的復合電極，其中RNA（rA）作為DNA酶的“基體”，含有二茂鐵的酶（TDNA）作為表面“站立端”，獲得的線性檢測范圍為2 ～ 14 nM[18]?？傮w來看，該種表面嫁接修飾的復合電極的檢測限相對于懸汞滴電極而言較差一點，但其選擇性更好，其他金屬離子對其的干擾更低，同時，盡管該復合電極的制備過程較為復雜，但它在實時在線監測方面具有明顯的優勢，因此在實體水質環境監測方面具有廣泛地應用前景。
4、新型電極材料
研究表明，硼摻雜金剛石（Boron-doped diamond， BDD）電極具有寬的電化學勢窗、低的背景電流、高的化學和電化學穩定性、低的有機物和生物分子吸附性等特點，這些特性使得BDD電極成為用于無機離子、有機分子、生物分子等電化學檢測的理想電極，在重金屬離子、藥物分子等方面取得了較好的結果，但截至目前，仍未見將BDD電極用于UO22+離子電化學檢測的報道。筆者所在研究小組近年來嘗試了以BDD電極為工作電極，通過DP-AdCSV技術檢測UO22+離子，系統地比較了多種有機小分子絡合劑對UO22+離子檢測性能的影響，最終發現若以鄰苯二酚為絡合劑的話，可以獲得極寬的線性響應（1 ppb ～ 10 ppm）和極低的檢測限（～ 0.012 ppb）[23]，該結果表明BDD電極有望成為UO22+離子檢測的新型、高效電化學電極材料。
4 結語與展望
隨著我國核事業的快速發展，放射性廢水中鈾的監測和處理是我們所必須面臨的關鍵問題。目前我國對鈾在水體環境中的痕跡量檢測的研究還較少，這與我國核事業的發展是不相稱的。本文總結了國內外的電化學檢測U（VI）的研究進展，分析了各種電化學電極材料的特點和優勢等，今后還需要在提高電極材料的檢測靈敏度的同時，盡可能提高U（VI）離子的檢測選擇性，降低其他離子或表面活性劑的干擾，從而將電化學伏安法檢測U（VI）離子應用到實際水體環境中。
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