化学教案二氧化硫

化学教案二氧化硫（精选11篇）

1.化学教案二氧化硫 篇一

第二节 二氧化硫

教学目标：

1、使学生了解二氧化硫的物理性质和用途。

2、使学生掌握二氧化硫的化学性质。

3、使学生了解二氧化硫对空气的污染和污染的防治，加强环保意识，做珍爱家园——地球的主人。

教学重点：二氧化硫的化学性质 教学难点：二氧化硫的漂白作用。

教学过程： 第二节 二氧化硫 一、二氧化硫的性质

1、物理性质：

实验探究1：将集满SO2的试管倒扣在水中，振荡，观察现象并分析。

探究现象：

发生原因： 【投影】：SO2：无色，有刺激性气味，有毒，易溶于水，密度大于空气。猜测：二氧化硫的化学性质 研 究 方 法：

（1）从物质分类的角度（2）从氧化还原的角度（3）从特性的角度

2、化学性质：

实验探究2：用玻璃棒沾取SO2水溶液于PH试纸测该溶液的PH值。实验现象：

实验结论：（1）SO2具有酸性氧化物通性——从物质分类的角度

①二氧化硫与水的反应 SO2+H2O H2SO3 ②请写出SO2与氧化钙、氢氧化钠、Ca(OH)2溶液反应的化学方程式。

（2）探究二氧化硫的氧化性、还原性 —— 从氧化还原角度 思考：

请同学们标出SO2中S元素的化合价，根据SO2中S元素的化合价推断它应具有怎样的化学性质？

① SO2的氧化性（弱）

SO2

+ H

2S =（从氧化还原的角度分析）

② SO2的还原性（强）

常用氧化剂：酸性高锰酸钾(KMnO4)溶液，氯化铁(FeCl3)溶液，双氧水（H2O2），溴水(Br2)，氧气(O2)，硝酸(HNO3)，浓硫酸(H2SO

4)等

实验探究3： SO2

使酸性高锰酸钾(KMnO4)溶液是否褪色？ 发生原因：

B、与溴水的反应：SO2 + Br2 + 2 H

2O = C、二氧化硫与氧气的反应

SO2+ O2 2 SO3

SO3+ H2O= H2 SO4（应用工业制硫酸）

【投影】三氧化硫：在标准状况下是一种无色固体，熔点：16.8℃，沸点（44.8℃）⑶漂白性——从特性的角度

实验探究4：[实验6-2] 探究现象：

发生原因： 【学生阅读】阅读课本116-P117页。

【学生讨论】SO2的漂白性从反应原理上和氯水漂白粉的漂白作用进行比较，有何不同之处？

SO2的用途：工业制硫酸、杀菌、防腐剂。二、二氧化硫的污染

SO2有利有弊，对于含SO2的废气，最好将SO2分离出来用于生产硫酸，变废为宝，化害为利。

本堂课小结：

1、SO2的性质和用途；

2、SO2的污染及防治。

反馈练习：

1、下列关于SO2的说法中错误的是（）

A.SO2是一种无色，有刺激性气味的有毒气体 B.SO2能使紫色的石蕊变红色 C.SO2只有还原性 D.SO2能与CaO反应生成CaSO3 2.下列物质做干燥剂可干燥SO2的是（）

A.生石灰(固体CaO)B.NaOH固体 C.碱石灰(固体CaO和NaOH的混合物)D.浓硫酸

3、下列可以用来鉴别SO2 和CO2 的方法是（）

A、通入紫色石蕊试液 B、闻气味

C、通入澄清石灰水 D、通入品红溶液中

4、下列气体中，能污染大气，但可以用碱溶液来吸收的是（）

A、CO B、Cl2 C、SO2 D、N2

5、SO2使滴有酚酞的NaOH溶液红色褪去，SO2体现 — — —性；使品红褪色，SO2体现 — —性；使溴水褪色，SO2体现 — — — —性； 使酸性KMnO4褪色，SO2体现 — — — —性。

6、现有某混合气体可能含有SO2和CO2，如何检验？排出依次通过的顺序，讲明实验现

象。（装置可重复使用）（）

品红

酸性高锰澄清石灰水

酸钾 作业：P118页：习题一,习题五：1，2。

2.化学教案二氧化硫 篇二

面对日益恶化的能源与环境问题, 各国政府高度重视CO2的减排、捕获和固定工作[3—5]。另一方面, CO2作为最丰富的碳源, 为转化成高附加值燃料或精细化学品提供了契机[6,7]。挖掘新的人工碳循环, 将CO2有效回收利用, 促使其转化为新型、绿色的碳资源, 将对人类环境和能源方面具有革命性意义。

CO2具有极强化学稳定性, 按现有科技手段及水平, CO2再利用能力远低于其产生的规模和速度。实现新的人工碳循环需要深入认识CO2活化理论、开发高效催化剂以打开高强度C—O键, 为形成新的C—H键或C—C键垫定基础[8]。关于CO2转化已有大量文献报道, 主要集中于表1所示的对CO2进行催化加氢、光化学或电化学转化, 或者与天然气的催化重整制合成气等。传统的化学转化方法通常在高温高压下进行, 对能量供给、设备强度和安全性均有较高要求。

CO2电化学转化, 或称CO2电化学还原, 能够有效利用可再生的电能, 为“碳中和” (Carbon-neutral) 战略提供有效途径, 具有较好的研究和应用前景[9]。其优点可归纳为三点[10,11]: (1) 电还原反应可在温和条件下进行, 即不需高温高压; (2) 电化学设备可获得较其他化学转化设备更高的能量利用效率; (3) 通过电极电位可以直接控制催化剂表面自由能, 为控制反应速率和产物选择性创造条件。

目前, CO2电还原工作主要集中于探索新型催化剂[14]以及相应产物的生成机理考察[15]。此外, 反应条件[16]和电化学反应器[17]的探索也为关键材料提供了工程验证。研究焦点集中于[18,19]: (1) 高能量效率 (高法拉第效率或电流效率) , 即对特定产物具有高收率和选择性, 并能有效降低过电位; (2) 高反应速率 (高电流密度) 。因而本文综述了CO2电还原关键技术———催化剂的最新研究进展, 结合各种CO2催化技术的原理和特点分析了这些技术的优势与不足, 并对CO2的催化转化前景进行了展望。

CO2电化学还原理论始于19世纪, 在最近30年里已有长足进步[20,21]。CO2电化学还原较常见产物为甲酸[17,22]、CO[23,24]和乙烯[25], 也可通过6电子或8电子反应生成甲醇[13]和甲烷[26]。生成各种产物的热力学电位参见方程式 (1) ~式 (7) : (p H=7, 水溶液, vs.NHE, 25℃, 1 atm (1atm=101 300Pa) , 1 M溶质) [27]:

CO2的电化学还原主要包括CO2活化和加氢过程, 是复杂界面的多步反应, 涉及得失电子、吸附解析等复杂进程, 由于整体反应受第一步———CO2活化过程中的单电子还原反应制约 (反应式 (7) ) [28], 且通常在高过电位才能发生, 因此, 降低该步过电位是提高整体反应能量效率的关键。

CO2电化学还原产物的收率和选择性影响因素众多, 但其关键技术主要是通过催化剂的界面作用, 从而现有研究可分为异相、均相催化剂两个方面。

1 异相催化剂

1.1 传统金属电极材料

电极材料性质强烈影响电催化过程, SánchezSánchez等对不同金属的电化学还原CO2的界面行为、产物分布进行了详细的介绍[29]。由于CO2电还原中常伴随析氢反应 (hydrogen evolution reaction, HER) , 其竞争作用对CO2还原产物有较大的影响, 从而根据析氢电位不同, 可将传统金属电极材料大致分成以下四类[30]:

第一类, 较高析氢过电位材料, Pb、Hg、In、Sn、Cd、Tl、Bi等, 主要产物是HCOO-;

第二类:中等析氢过电位材料, Au、Ag、Zn等, 主要产物是CO;

第三类:较低析氢过电位材料, Ni、Fe、Pt、Ti等, 主要产物是H2;

第四类:Cu, Cu具有独特的电催化性质, 可生成多种燃料产物, 其中, CH4和C2H4含量较大引起了高度关注。

1985年, Hori等[31]最先发现CO2在Cu电极上还原时具有特殊燃料化行为。2006年, Gattrell[18]对水体系Cu电极上CO2还原成CH4、C2H4的过程进行总结, 认为吸附态的CO是该多步反应重要的中间体且铜电极的晶体结构直接影响反应进程。Peterson等[32]应用密度泛函理论 (DFT) 深入分析了反应机理, 认为Cu催化CO2还原的速控步骤是吸附态CO质子化形成吸附态CHO的过程, 提高CHO稳定性将有助于降低过电位。Durand等[33]进行了理论拓展, 深入探索了多晶Cu的晶体结构对产品选择性影响, 发现中间产物在面心立方晶格 (211) 面上具有更高稳定性, 更易得到产物CH4。最近Schouten等[34]利用在线质谱, 发现在C1途径中吸附态CHO是关键中间态, 其C—O键断裂易形成甲烷, 而并行的C2途径可能遵循首先形成吸附态羰基二聚物、之后形成吸附态的烯二醇或金属环氧中间体, 最后得到产物乙烯的路线。

传统金属电极有助于分析及认识机理, 但目前仍存以下问题[30]: (1) 过电位往往高达1.0 V; (2) 特定产物的选择性不高, 竞争反应 (HER) 影响较大; (3) 电极因微量杂质易导致失活现象[35]。

1.2 电极的改性

对传统金属电极进行氧化、电沉积、纳米化处理等改性手段, 可以有效提高催化剂的比表面积和活性点, 提高特定产物的选择性和电流效率, 为生成长链烷烃、醇类等新型燃料提供了可能。

1.2.1 氧化处理

Li等[36]将Cu金属薄片在空气中退火, 形成高比表面积的微米级Cu2O层, 发现金属氧化物有助于提高反应效率。其实验发现, 经500℃灼烧形成的Cu2O层的Cu电极还原CO2的过电位较传统多晶Cu电极减少0.5 V, 可选择性的生成约40%的CO和33%的HCOOH, 电流密度可达2.7 m A/cm2。

Chen等[37]则对Sn进行了两种方法的氧化处理, 通过比较空气侵蚀的Sn电极和Ti上电沉积Sn/Sn Ox电极的CO2电还原性能, 发现电位在-0.50~-0.70 V (vs.RHE) 下, Sn/Sn Ox-Ti电极对CO和HCOOH具有4倍于传统Sn电极的电流效率、8倍电流密度, 性能优异的原因在于原位电沉积法促进了电极表面活性点的增加。Le等[38]则采用同样的方法在Cu电极表面电沉积Cu2O薄膜, 在-1.1 V (vs.SCE) 可将CO2电还原为CH3OH, 电流效率为38%, 并推测了Cu (I) 在该过程中的重要作用。

1.2.2 纳米化电极

纳米材料改变了CO2电还原进程, 提高了反应效率, 同时也促使产物碳链化、液体化, 更易于储存和运输[39,40]。将金属或金属氧化物进行纳米化处理, 或在纳米载体负载是目前研究热点[41]。Kauffman等[42]以油酸包覆的Cu2O和Cu O纳米颗粒为电极进行CO2电还原, CO产率是普通铜氧化物的1.7倍。Qu等[43]以Pt电极为基底, 使Ru O2-Ti O2纳米管或纳米颗粒在其表面形成一层薄膜制备改性电极, 在低过电位下, 电还原CO2产物为甲醇, 电流效率达60.5%。

碳纳米担载型催化剂对CO2电还原具有独特性质[44,45]。2007年, Centi课题组[46]将Pt纳米颗粒和炭黑热压于Nafion膜上制成Ptnano-C气体扩散电极, 其CO2电还原可得到长链烷烃 (>C5) 。随反应时间延长, 产物的碳链逐渐增加。工程验证表明, 采用间歇电池反应器, 产物主要是C1~C3烃类物质, 而使用连续电池反应器可产生C1~C9烃类, 为燃料生成奠定了基础。

近来, Gangeri等[47]合成Fe/碳纳米管 (CNT) 和Pt/CNT并制备气体扩散电极, 发现CO2电还原在发生18电子转移时, 均可制备异丙醇, 且Fe/CNT对异丙醇具有更高电流效率。Arrigo等[48]将氧化铁纳米粒子负载在氮功能化的碳纳米管 (Fe Ox/N-CNT) 和氧化纳米管 (Fe Ox/CNTOx) 表面, 发现前者对异丙醇生成具有高活性、高选择性。进而应用CO2吸附微量量热法, 发现Fe Ox/N-CNT中高密度分布的可逆化学吸附区是提高催化效率的关键结构因素。

1.3 电解质溶液的影响

电解质溶液的界面作用对电催化过程具有重要影响。最近, Wu等[49]采用Sn作为工作电极, 考察了碱金属阳离子 (Na+、K+、Cs+) 在水体系中对CO2电还原产生甲酸的影响, 同时应用双电子层 (EDL) 的GCS模型分析了界面过程。发现Na+的较小离子半径, 有利于降低其在溶液中的介电常数, 进而导致其外亥姆霍兹平面 (OHP) 电位降低, 从而更有利于电子和质量传递, 因此对甲酸具有更高的电流效率。

除了水体系外, 有机溶剂 (如乙腈、DMF等) 具有较高的CO2溶解度, 可有效提高CO2传质效率, 因无质子供体使析氢竞争反应大大降低。然而有机溶剂毒性大, 反应过程中电流密度较低等缺点均限制了其进展[50—52]。

新型离子液体以其独特理化性质及特有功能引起了高度关注, Rosen等[53]报道了在1-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸离子液体 (EMIM-BF4) , 使用Ag电极时, CO2电还原过电位仅为0.2 V, 电流效率达到96%。其中EMIM与CO2自由基阴离子结合有助于降低该反应的自由能。进而Rosen通过表面和频光谱分析系统 (sum frequency generation, SFG) 证实了反应过程中EMIM-CO2中间体的存在[54]。另一个较新颖的发现是, 采用EMIM-BF4和水的混合电解质溶液, 使用纳米结构的二氧化钛膜电极对CO2进行电还原, 在-1.50 V电位下 (vs.SCE) 可产生电流效率为8%~14%的低密度聚乙烯 (LDPE) [55]。反应中, Ti O2/Ti2O3氧化还原电对有助于CO2自由基阴离子的生成, 而离子液体对CO2的作用保证了电极表面的CO2浓度, 从而该研究揭示了未来精细化合成的重要方向。

2 均相催化剂

在异相催化剂不断深入的同时, 均相催化剂作为CO2电还原的重要分支也在不断前进。该类催化剂具有金属有机框架结构, 通过金属变价实现电子转移, 而配体提供了较理想的电子和空间环境, 可以有效稳定变价金属和其与CO2形成的活化中间体。因此, 对金属中心和配体结构进行优化将有助于提高能量效率和反应速率[56]。

图1简要描述了均相电催化还原CO2过程:均相催化剂在溶液中与CO2结合, 而后在电子驱动下发生还原。依据配体的种类通常可把均相催化剂大体分为以下三种:大环类配体, 联吡啶配体和膦配体[35] (图2) 。

2.1 大环类配体

20世纪70年代, Meshitsuka等[58]尝试采用具有18π电子的酞菁为配体的Co、Ni配合物, 实现了CO2的电催化还原。1980年, Fisher等[59]使用氮杂环钴、镍配合物, 发现在-1.3~-1.6 V (vs.SCE) 下生成CO和H2的混合气体, 其高达98%的电流效率尤为突出。之后, Collin等发现当使用十四元大环镍配合物[Ni (cyclam) ]2+[cyclam=1, 4, 8, 11-四氮杂环十四烷, 图2 (a) ]时, 在汞电极上进行CO2还原, 在-0.86 V (vs.SCE) 下得到产物CO, 电流效率高达96%, 该配体可以较好的稳定Ni I中间态, 而且其具有dz2型亲核多电子平面结构, 可使CO2更易接近活性中心, 促进反应高效进行[60,61]。基于此结构, 在优化Ni中心的电子环境方面进行了诸多拓展。

Saravanakumar等[62]将聚丙烯胺 (PALA) 骨架植入Ni (cyclam) 2+中得到Ni (cyclam) -PALA[图2 (d) ], 该催化剂可以在玻碳电极上将CO2还原成CO (-0.78 V vs.Ag/Ag Cl, p H=8, 50 mmol/L三羟甲基氨基甲烷缓冲液) , 很接近其理论热力学电位值, 且电流效率超过90%。分析得出4-吡啶基团的大π键的电子效应和PALA中质子化氨基与金属中心的相互作用, 可有效稳定还原态Ni, 通过改善Ni中心电子环境以降低电催化过电位。Schneider等[63]探索了一系列与[Ni (cyclam) ]2+结构相似的大环类镍配合物催化剂, 并讨论p H值对产物选择性的影响, 发现[Ni (HTIM) ]2+[HTIM=C-RRSS-2, 3, 9, 10-四甲基-1, 4, 8, 11-四氮杂环十四烷, 图2 (b) ]与[Ni (MTC) ]2+[MTC=2, 3-反式-环己烷-1, 4, 8, 11-四氮杂环十四烷, 图2 (c) ]对CO2还原成CO具有更高催化效率。通过结构分析推断, 两种配合物的几何学特性使其更易在汞电极表面吸附, 同时甲基或环己烷对环拉胺骨架的电子效应是提高催化性能的主要原因。而还原过程随着p H降低 (5~2) , 产物中H2的选择性增加。Thoi等[64]合成了一系列氮杂环吡啶-碳烯镍螯合物[图2 (e) ], 具有对CO选择性高、不含H2、转换频率 (TOF) 为4~6 h-1的优点。值得注意的是, 由于含有烷基链状结构, 当碳链延长时会使NiII/I电对转换电位从-1.69V正移到-1.46 V (vs.SCE) , 利于降低CO2还原过电位, 从而促进能量节约化操作。

卟啉配体的金属配合物对CO2电还原具有催化活性。铁 (0) 卟啉配合物在Bronsted酸如1-丙醇, 2-吡咯烷, 三氟乙醇存在时, 可以将CO2还原为CO。TOF高达350 h-1且单个循环失活率仅为1%, 催化剂寿命显著延长。在汞电极上的还原电位降至1.5 V (vs.SCE) [65]。对于钴卟啉配合物 (Co P, P=porphyrin) , 同样具有CO2电还原为CO能力[66]。最近Leung等[67]使用DFT对钴卟啉催化进行了分析, 确定了电子转移的四个连续步骤, 即 (1) [Co IP]2-与CO2结合成[CoIPCO2]2-; (2) [CoIPCO2]2-质子化生成[CoIIPCOOH]-; (3) C—O断裂得到[CoIIPCO]; (4) CO释放、催化剂还原。同时发现水中氢键作用使中间产物[CoIPCO2]2-和[CoIIPCOOH]-稳定, 有助于CO2中C—O键断裂。

铜配合物具有独特优势, 可在温和条件下直接分离并固定空气中的CO2形成碳酸酯配合物。多齿大环三联吡啶-胺配体铜配合物通过内氢键的相互作用形成双核碳酸铜[68] (如图3所示) , 在-1.0~-1.25 V (vs.Ag/Ag Cl) 迅速响应并形成CO2自由基阴离子, 之后歧化形成CO和CO3[69]。为一碳合成创造了条件。

2.2 膦配体

Simón-Manso等[70]探索了双核Ni (0) 双膦配合物[Ni2 (μ-dppa) 2 (μ-CNR) (CNR) 2][R=Me, nBu, 2, 6-Me2C6H3;dppa=双 (二苯基膦) 胺, 图2 (f) ]对CO2电催化行为, 发现R为正丁基时, 在-0.99 V (vs.Fc+/Fc) 发生不可逆单电子还原, 可产生歧化产物CO和CO32-, 当有水存在时, 增加了生成甲酸的竞争途径。推测在反应过程中双核Ni (0) 可有效活化CO2。该类催化剂可为合成具有CO2催化活性的膦基多核配合物提供了指导。

对于钯配合物, 以三膦基配体可对CO2还原具有较好的活性。Rakowski等[71]发现三膦钯配合物Pd (P3) 可以选择性的将CO2还原成CO, 速率常数可在5~300 (mol/L) -1·s-1之间 (如图4 (a) 所示) 。机理上, 在高酸度时CO2可与Pd (I) 中间体结合, 是速控步骤;而CO2在低酸度下C—O键发生断裂可得到CO。同时, 为防止配合物中的Pd形成二聚体从而降低活性中心数量, R基常使用空间位阻较大的基团, 如环己基等。

将两个单核Pd (P3) 组分通过芳基间位连接, 其空间效应可有效阻止Pd形成二聚体从而大幅提高转化数 (TON) [如图4 (b) 所示], 但金属活性中心间没有协同作用, 还原速率并无明显提升[72]。

膦配体铱配合物提供了将CO2电还原成甲酸的途径[73]。在5%水/乙腈混合体系中以 (POCOP) Ir H2 (在乙腈溶液中以 (POCOP) Ir H2 (Me CN) 形式存在, 如图5a所示) 作为催化剂, 控制电位在-1.45 V (vs.NHE) 电解25 h, 可得产物甲酸, 电流效率达到85%, TON为40。从反应机理进行分析, 整个过程具有两个显著特征: (1) 铱催化作用, 通过Ir (III/I) 变价将CO2选择性还原生成甲酸, 而非CO, 且与铱相连的氢基不会被电解活化而发生析氢反应; (2) 溶液体系中少量的水对反应具有促进作用, a在水的存在下可迅速与CO2作用经历中间态b而生成带有一个单位正电荷且更易得电子Ir (III) 配合物c, 同时产生甲酸根, 另外, 在电解过程中, 水为催化剂a的复原提供了质子。

2.3 联吡啶配体

以联吡啶为配体的配合物中, Re和Mn最具代表性。Re系改性联吡啶基配合物[如图6 (a) 所示]可以有效的将CO2电催化成为CO[74]。Smieia等发现, 当以p Ka (酸度系数) 增加的规律改变取代基团 (X=COOH

同样是联吡啶基催化剂, Mn作为地球上含量排名第三的过渡金属, 体现了更大的优势。联吡啶锰配合物[如图6 (b) 单核、6 (c) 双核]与联吡啶铼配合物具有相似的结构。而通过比较研究, 在保证选择性和电流效率一致的情况下, Mn催化剂比Re催化剂具有更低的过电位 (减少0.40 V) [75]。

2.4 其他均相催化剂

最近, Angamutha等[76]合成一种新型双核铜配合物用于吸收CO2并使其转化成内草酸。如图7所示, Cu (I) 配合物a置于空气中, 可专一与CO2作用形成b而不受O2影响, 这条途径提供了一种低能稳定CO2自由基阴离子的过程;之后b通过二聚作用形成四核草酸根桥联配合物c。由于整个过程在乙腈中进行, 当加入Li Cl O4时, c可以与之反应并生成Li2C2O4沉淀。最后在电位为-0.03 V (vs.NHE) 下, Cu (II) 脱去Me CN被还原成Cu (I) , 催化剂复原。该过程的优势在于可利用铜配合物的特性, 在较低过电位下简单而有效的将CO2还原成草酸。但存在的缺点是TOF较低且生成的Li2C2O4附着在电极上会影响电子传递。

吡啶及其衍生物同样具有电催化CO2的能力。Seshadri等[77]首次以吡啶作为均相催化剂对CO2进行还原, 以氢化后的Pd为电极, 在过电位仅为0.2 V条件下, 得到6电子产物甲醇, 电流效率约30%。而后Barton等[78]将吡啶用于p-Ga P光电催化系统, 得到了电流效率接近100%的甲醇, 过电位为0.3 V。针对上述结果, Cole等[79]深入讨论了该过程反应机理 (如图8所示) , 得出吡啶自由基可以与相关中间产物 (甲酸、甲醛) 相互作用, 通过连续电子传递得到6电子还原产物甲醇。该过程证明了在没有变价金属参与下, 简单小分子有机物同样具有高效催化CO2的能力。

Smith等[80]发现一些富含氮基如苯并咪唑和吡啶/联吡啶的高聚物, 对CO2也具有相类似的电催化活性。相比较而言, 含有联吡啶的高聚物具有更高的催化电流, 可以推断含氮基团越多电子传递能力越强。

3 CO2的光电催化

以电化学理论为基础, 其衍生学科光电催化还原CO2也得到了初步发展。光电还原常采用双金属、n型或p型半导体或过渡金属配合物作为催化剂, 以光为主要的能量来源[81]。最近, Ampelli等[82]提出了光电催化 (PEC) 反应器的新颖概念, 见图9。以Ti O2为阳极, 通过光解水产生电子和质子, 而后传递到阴极诱导阴极催化还原CO2。利用已报道的Fe/CNT或Pt/CNT可作为阴极膜电极催化剂主要得到6电子还原产物异丙醇。

在光电催化基础上, Bensaid等[9]进一步提出了人工树叶的概念, 为模拟自然界光合作用提供了前瞻性的想法;与此同时, 利用辐射技术的辐射电催化也有望提供一条新的还原途径, 促使革命性变革的到来[83]。

4 总结与展望

CO2的电催化还原是未来解决能源环境问题的一项重要技术, 其以大量廉价的CO2作为碳资源制备高附加值化工产品具有较强的经济效益。本文以异相、均相催化两方面作为关键技术综述了CO2电催化还原的研究进展, 同时对新兴的光电催化技术进行了简要的介绍。

从关键技术来看, 异相电催化通过电极改性提高CO2的催化效率仍是未来研究主体, 而催化剂的纳米化则是该领域的重点突破方向, 同时增大比表面积提高活性位点数量, 以增加发生多电子反应的几率, 为电极催化剂的改性提供了广阔的空间。此外, 电解质溶液的影响有助于界面协同, 促进CO2电还原的高效进行, 新型离子液体有助于降低反应过电位、生成精细产品, 从而为电还原CO2的资源化利用提供了可能, 促进产物的选择性、均一化将成为未来的重点。但其机理仍须精确调控。

对于均相催化, 已明显表现出产物专一、高电流效率优势, 但现有问题在于电还原CO2中反应速率较慢且往往只发生2电子还原过程, 难以得到更高级多电子产物, 同时均相催化基于自身特点, 仍难于将催化剂与产物进行分离与回收。因此, 在均相催化的分子水平上深入认识CO2电还原过程, 开发新型均相催化剂以实现多电子的转移及质子耦合电子转移 (PCET) 过程将是未来的发展方向。该方向的另一重要进展在于将促进人类对自身新陈代谢认识, 逐渐开启CO2电还原在人工体液的研究, 使人类实现对自身及生物多样性的认识。未来, 通过均相催化剂的固定化, 实现部分异相催化优势可有效克服分离与回收、低反应速率难题, 并发挥均相催化高效长寿命的优势, 从而实现由分子水平向纳米水平的过渡, 促进反应的高效进行。

电化学或光电化学反应器的设计及建造将为CO2的电催化还原过程的工业化提供重要的工程技术支持, 将更有希望真正的实现人工“碳循环”, 促进人类自身的可持续发展。同时也有助于促使人类更好地认识生命新陈代谢过程, 从而为实现模拟绿色植物的光合作用、动植物的新陈代谢提供前沿基础。在此意义而言, CO2的电催化还原已超越了现有能源、环境、经济的范畴, 将为人类生物、医学等领域打开前进的大门, 创造广阔的发展空间。

摘要：二氧化碳回收及利用是控制全球气候变暖的一项紧迫任务, 具有能源、环境、经济多重现实意义。电催化方法可以在温和条件下使二氧化碳还原为高附加值的燃料、精细化工产品, 具有广阔应用前景。针对二氧化碳电催化关键技术, 从异相和均相催化剂两个方面进行了综述, 并扼要介绍了光电催化的前沿进步。在未来研究中, 从分子水平上认识催化机理, 对现有异相、均相催化剂针对性改性, 是开发新型高效、长寿催化剂的关键, 也是低过电位下选择性生成燃料的核心技术。现有电化学、光电化学反应器的设计与建造为二氧化碳的电催化转化提供重要的工程技术支持, 同时为人工“碳循环”和人类自身的可持续发展进行了前沿探索, 将为人类未来生存提供广阔的发展空间。

3.用二氧化碳制造日用化学品 篇三

长期以来，研究人员一直在寻找这样的材料，其中的灵感来自于植物，因为它们能利用大气中的二氧化碳制造一系列有用的物质。但是之前的各种方法总是不尽如人意。比如，需要大量的能量以及集中的二氧化碳流，而不是捕捉空气中的二氧化碳。这其中一个很大的问题在于材料通常都会先与氧气反应，因为它的活性更大而且量也更足。大气中氧气的含量为20％，而二氧化碳的浓度仅为万分之几。

有了新的材料，“需要投入的能量就很低，”位于华盛顿州里奇兰德的西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest NationalLaboratory)高级科学家丹尼尔·杜波依斯(DanielDuBois)表示，但他并没有参与这项研究，“它能束缚并直接减少大气中二氧化碳含量的事实令人震惊。我从没想过能做到这一点。”

当这种铜材料暴露在空气中时，它会与两个二氧化碳分子结合形成草酸盐。然后研究人员将其暴露在锂盐中，去除表面上的草酸盐，形成草酸锂。只要给这种铜通上低压电，它就又能回到初始状态，并且可以再次捕捉二氧化碳。荷兰莱顿大学的无机化学高级讲师伊丽莎白·鲍曼(Elisabeth Bouwman)说，草酸锂很容易转化为草酸，草酸是家庭清洁剂如除锈剂的一种成分。她领导的研究小组发现了这种材料。草酸也可以用来制造乙二醇，它是一种防冻剂，也是一些常见塑料的原料。

4.初三化学二氧化碳和一氧化碳教案 篇四

一、二氧化碳的性质

1、物理性质

颜色、状态、气味、 密度、 溶解性

无 气体 无 比空气大 能溶于水

2、化学性质

(1)二氧化碳和水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊试液变红色

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3= H2O+ CO2↑

(2)二氧化碳和石灰水反应

CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O

(3)在一般情况下二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，不供给呼吸。

3、二氧化碳的用途

(1)二氧化碳可以制汽水。

(2)干冰升华吸热，可用于人工降雨。

(3)二氧化碳是温室肥料。

(4)、二氧化碳可用来灭火等用途

二、一氧化碳的性质

1、物理性质

颜色、状态、气味、 密度、 溶解性

无 气体 无 比空气略小 难能溶于水

2、化学性质

(1)一氧化碳的毒性

一氧化碳极易与血液中的`血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能很好的与氧气结合，造成生物体内缺氧而中毒。

(2)一氧化碳的可燃性

点燃

2CO+O2===2CO2

(3)一氧化碳的还原性

△

CO+CuO===Cu+CO2

3、一氧化碳的用途

有利的一面: 如作为能源、冶炼金属等。

5.二氧化硫的性质和作用教案 篇五

[学习目标]

1、了解二氧化硫的性质和作用，了解酸雨的形成、危害及防治方法。

2、通过对酸雨的形成、危害及防治方法的讨论，掌握证明二氧化硫性质的实验方法；通过实验、查阅、讨论、探究方法等学习过程，初步学会搜索、自学；学习提出问题、解决问题。

3、通过防治酸雨和环境污染的学习和教育，增强环保意识、社会责任感、参与意识，形成牢固的“可持续发展”观。通过与同学共同合作、探究学习，学会倾听、欣赏、分享，增强团队精神。

[自主学习] [知识准备] 复习有关概念：酸性氧化物、pH、酸性溶液，催化剂等。

[网络搜索] 有关环保网站：中国环境保护网（http:///）,美国环保署少年环保（http://www.epa.gov/kids）。

[我的问题]

1、2、[探究学习] 问题1：什么是酸雨？ 问题解决设想：

1、网上搜索。

2、实验：⑴向蒸馏水中不断吹入二氧化碳（人体呼出气），用pH试纸测定；

⑵在充有二氧化硫的针筒里吸入蒸馏水，用pH试纸测定；

结论：

问题2：硫酸型酸雨是如何形成的？ 问题解决设想：

1、阅读教材或资料查阅。

2、实验：在两支试管中分别加入5 mLSO2溶液，再分别滴加BaCl2溶液；再在其中一支中滴加0.5mL3%的过氧化氢溶液，振荡，放置片刻后滴加稀盐酸。结论： 问题3：酸雨有哪些危害？

问题解决设想：

1、阅读教材、查阅资料或社会调查。

2、实验：⑴在SO2溶液中放入一片树叶；⑵在稀硫酸中放入一块混凝土或铁制品。结论：

问题4：酸雨如何防治？ 问题解决设想：

1、网上搜索。

2、实验：⑴在SO2溶液中滴加澄清石灰水；⑵在SO2溶液中加入浓氨水，并分别测定加入前后溶液的pH；⑶在SO2溶液中加入氧化镁。结论：1、2、3、4、5、问题5：酸雨的检测：

问题解决设想：实验：⑴在SO2溶液中滴加品红溶液，振荡，然后加热试管，观察溶液颜色的变化。⑵测定SO2溶液的pH，滴加过氧化氢溶液，振荡后再测定溶液的pH。结论：

[合作学习] [知识整理] SO2的性质

一、SO2的酸性氧化物的通性：（填写有关化学方程式）⑴与水反应： ；

⑵与氧化钙反应： ； ⑶与石灰水反应： ； ⑷与少量氨水反应：。

二、SO2的氧化还原性：（填写有关化学方程式）

SO2主要以还原性为主，可还原卤素单质、强氧化性酸、某些氧化性强的金属阳离子。⑴与氧气发生催化氧化： ； ⑵与氯水反应： ；

⑶与过氧化氢溶液的反应： ；

类似亚硫酸及其盐在酸性条件下也具有较强的还原性（为什么？并举例说明）。SO2遇强还原剂才显示氧化性。

⑷与硫化氢反应：。

三、SO2的漂白性：

与 等有机色素会形成 而使之褪色，但 又会恢复颜色。

[自我检测]（课堂练习）

A、B两种气体都是污染大气的主要污染物，国家《环境保护法》严禁未经处理就把它们排放到空气中。A是一种单质，其水溶液具有杀菌消毒作用，B是形成酸雨的主要污染物。请写出下列变化的化学方程式：

⑴A用于工业上制取漂白精： ； ⑵B的水溶液露置在空气中酸性增强： ；⑶A、B都能分别使品红试液褪色，但两者水溶液混合后却不能使品红褪色且溶液酸性增强： ；

[课题研究]（课后可分组选做）

课题1：收集当地的雨水样品，测定其pH。如果是酸雨，分头了解产生的原因，向有关部门提出防治对策的建议。

课题2：最近有科学家提议：将报废的混凝土（即拆掉的旧建筑物的主要部分）抛入酸化的湖中，来治理酸雨污染的湖水。这一治理方案你认为是否可行？

6.化学教案二氧化硫 篇六

近年来,由于稀土具有很强的荧光性能,所以稀土掺杂化合物也越来越引起人们的兴趣。稀土荧光纳米结构在形成多层薄膜、光学薄膜、平面波导和光子带隙材料方面有着潜在的应用价值[5,6,7,8,9]。本文我们用纳米碳球为模板通过超声辅助法合成含量不同的镝掺杂二氧化钛空心球,对比研究了它们的结构、形貌及荧光性能,结果表明其荧光性能在低掺杂量时有显著增强。

1 试验

1.1 纳米碳球的制备

本文采用经典方法合成胶体碳球,将6 g葡萄糖加入到40 m L去离子水中配制成透明溶液,然后转入50 m L不锈钢高压反釜(聚四氟乙烯内衬)中密封,置于180℃恒温反应4.5 h,让反应釜自然冷却至室温,将灰褐色沉淀物离心分离,并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各3次,最后将产物于80℃真空干燥4 h。

1.2 镝离子掺杂二氧化钛球的制备

取碳球0.1 g,经超声分散到20 m L无水乙醇中。缓慢将1 m L钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)滴加到上述溶液中超声10 min,接着将0.1 M Dy(NO3)3溶液缓慢滴加到上述混合溶液中,其中钛/镝的初始摩尔比为1%、2%、3%。然后,分别将上述溶液搅拌1 h,静置10 h。最后,离心分离,分别用去离子水洗和无水乙醇3次。室温放置12 h,80℃真空干燥5 h,600℃焙烧2 h,得到镝掺杂二氧化钛纳米空心球。

2 结果与讨论

2.1 镝离子在镝掺杂的二氧化钛空心球中的含量(EDX谱图表)

表1显示了镝掺杂二氧化钛空心球中的各元素相对含量。通过使用带有X射线能谱仪(OXFORD IE 250)的环境电子扫描显微镜(FEI Quanta 200)并采用选区定量扫描分析方法完成元素含量测定。

2.2 X-射线物相分析

对所制的镝掺杂二氧化钛纳米空心球,用X射线衍射仪进行扫描分析,结果如图1所示。

由图1b、c、d可以看出,除了一些无定型和一些微小的无法辨认的衍射峰外,所有掺杂镝的Ti O2衍射峰都和面心四方锐钛矿型Ti O2的标准晶面衍射峰相对应,这与标准XRD的JCPDS卡(No.21-1272)标准数据吻合,没有Dy2O3衍射峰出现,说明镝离子离子已进入Ti O2晶格。而未掺杂镝的Ti O2(图1a)除了四方锐钛矿型(A)外还出现了金红石相(R)的衍射峰。这可能是由于镝离子进入了Ti O2的晶格或晶面间隙而引起。这也意味着Ti O2的相转移(A→R)因镝离子的掺杂而被抑制且抑制效应随着稀土离子掺杂量的增大而增强。随着镝离子的增加(图1 b、c、d),通过计算,样品(a)晶胞参数为a=b=4.5868,c=5.7752,样品(b)晶胞参数为a=b=3.8099,c=9.357,样品(c)晶胞参数为a=b=3.7819,c=9.257,样品(d)晶胞参数为a=b=3.5948,c=11.8789,α=β=γ=90°。从上面的分析数据可以看出镝离子的注入导致二氧化钛晶格畸变,且镝离子掺杂量的越大二氧化钛晶格畸变越大。

2.3 SEM和TEM形貌表征

从图2的SEM照片可以看出,纳米碳球模板(图2a)的直径大约为200~300 nm,当通过掺杂镝且经过600℃焙烧2 h后,镝掺杂二氧化钛球(图2b~d)的直径变为约180 nm。这种现象同样能在图3中得到证实。这是因为镝-钛共沉淀在碳球上的量过少,在焙烧去除碳模板时二氧化钛或镝掺杂的二氧化钛发生了收缩所造成的。

2.4 紫外可见光谱分析

纳米二氧化钛是一种宽禁带半导体材料,在光催化、环境保护、日用化工等方面都有着广泛的应用。因此,对制备试样作光吸收特性的测试,有重要的意义。图4显示了样品材料的带隙宽和量子效应变化。

从图4我们可以看出掺杂镝的二氧化钛球(图4a~c)的紫外可见吸收比纯二氧化钛球在波长333 nm以下有明显增强,这可以归因为镝掺杂的二氧化钛球纳米球体中的纳米晶存在量子效应[5],而纯二氧化钛的紫外可见吸收谱图没有显示出这一特点。这进一步说明了镝的注入掺杂使得二氧化钛的吸收波长从紫外向可见区域扩展,近而使得掺杂镝的二氧化钛球可潜在应用到热门的太阳能电池等领域。

2.5 荧光光谱分析

图5显示了在酒精体系中样品的激发光谱和发射光谱图,图5(b)表示在激发波长为245 nm时所得样品的发射光谱图。由于Dy3+离子为4f9电子体系,从(6F11/2,6H2/9)的超灵敏跃迁要比其它的跃迁更加强烈,例如:6H15/2→4G11/2(426 nm),6H15/2→4I15/2(454 nm)的跃迁主要是原子能级的跃迁,这一事实早已为早期的研究者所报导[6,7,8]。从图5(b)中,我们得到了一个在430 nm附近的强发射峰。我们将这个发射谱带归为Dy3+的基态6H15/2向高能级(4G11/2)跃迁引起。也就是在激发波长为245 nm时,我们得到了一个宽而强的发射峰在430 nm(6H15/2→4G11/2,6H15/2→4I15/2)附近。同时,我们也可以看到纯二氧化钛在430 nm也有较强的发射峰,这是可能是Ti O2的d-d跃迁所引起的。从图5(b)中,我们还发现一个有趣的现象,那就是在镝的量在0%~2.05%范围内,随着镝的掺杂量的增加其相应发射峰强度也随之增大。这一现象主要归因于Dy3+的长寿命,较高发射能,高带隙宽度和高结晶相[9]。

3 结论

7.化学教案二氧化硫 篇七

上教版初中化学新教材为什么要在二氧化碳之前冠以“奇妙”二字，二氧化碳究竟奇在哪里，妙在何处？教学中应如何体现教材的编写意图？怎样才能更好地落实新课标的教学要求？本节课在教学内容的选择上，力求打破以往二氧化碳教学中过于注重学科知识的思维定势，不仅充分关注学生的已知，尽可能将新知识的学习建立在学生已有知识和经验的基础上，而且加强了化学与社会实际的联系，使学生感受化学学习的意义和价值，从而激发学生的学习兴趣，调动他们的参与热情；不仅强调对二氧化碳性质和用途等具体知识的系统学习，而且重视以二氧化碳为载体，进一步引导学生加强对化学学科研究物质过程和方法的体验和学习。本节课在方式设计上，力求突破传统二氧化碳教学从性质到用途以及先物理性质后化学性质的教学模式，采用情景创设、实验探究等方式引导学生从化学的视角领略二氧化碳的奇妙，激发学生的学习动机和探究欲望，通过观察思考、自主阅读、动手操作、讨论交流等活动，引导学生在体验和感悟二氧化碳的种种奇妙的同时，归纳总结二氧化碳的有关性质、用途及其在自然界的循环等。

［教学准备］

试剂：紫色石蕊试液、稀盐酸、稀醋酸、澄清的石灰水、二氧化碳（分别充满试管、软塑料瓶和集气瓶）。

仪器：带导管的胶塞、玻璃导管、试管、试管夹、酒精灯。

用品：可乐饮料一瓶、小蜡烛（两支）、火柴、梯状白铁皮架。

［过程设计］

参考文献：

[1]王后雄.化学问题解决的策略研究[J］,化学教学,2008(1)

8.二氧化碳制取教案 篇八

一、教学目标

1、知识与技能目标

使学生掌握在实验室中制取二氧化碳的药品、原理、装置、检验及验满等知识，同时培养学生逐步学会分析问题，探究实验，设计实验的能力。

2、过程与方法目标

（1）知道在实验室中制取气体的过程和方法；

（2）初步学会运用比较、归纳、概括等方法分析问题，获取信息，初步学会设计实验。

3、情感态度与价值观目标

通过实验激发学生学习化学的兴趣和探究欲望，培养学生进行实验探究的意识和勤于思考的科学精神。

二、教学重、难点

重点：实验室制取二氧化碳的药品、原理、装置、操作及检验和验满的方法。

难点：实验室制取二氧化碳的装置设计与探究。

三、教学用具

实验所需的实验用品：大理石、稀盐酸、集气瓶、玻璃片、澄清的石灰水、大试管、导管、火柴等。

四、教学过程 ：

【引言】通过对已经学过的制取氧气和氢气了解实验室制取气体的一般思路和方法是：

1.首先了解在实验室的条件下，用什么药品，通过什么化学反应制取这种气体。

2.根据反应物的状态、反应条件和生成气体的物理性质，来设计实验装置，决定采用什么方法收集。

3.需要通过什么实验来验证制得的气体就是所要制的气体。二氧化碳是一种有广泛用途的气体，实验室中如何制取二氧化碳呢？想一想到目前为止，我们在前面的学习中，有哪些化学反应能够放出二氧化碳呢？

（学生讨论，并列举学过的可以得到二氧化碳的方法。教师在黑板上逐一记录）

1.木炭燃烧

C+O2--CO2 2.蜡烛燃烧 石蜡+ O2--CO2+H2O 3.碱式碳酸铜热分解

4.人或动物的呼吸

【教师】：上述第一个反应中反应物碳价格便宜，但反应前必须制备好氧气，操作麻烦，且收集二氧化碳气体很不方便；第二个反应中反应物蜡烛价格便宜，但生成的二氧化碳气体中混有较多的水蒸气，且产生的二氧化碳气体不好收集；第三个反应操作简单方便，但是含有杂质太多。上述四个反应都不适合实验室制取，查资料发现，用含有碳酸跟的盐与酸反应也可以反应制取CO2，例如：

5、Na2CO3+2HCl＝2NaCl+ CO2↑+H2O

6、CaCO3 + H2SO4 ==CaSO4+ H2O + CO2↑

7、CaCO3 + 2HCl ==CaCl2 + H2O + CO2↑

[演示试验]：取三支试管编号A、B、C，A装有碳酸钠与稀盐酸，B装有碳酸钙与稀硫酸，C装有大理石与稀盐酸，观察反应现象，记录。[学生活动]：

①观察A、B两支试管中产生气体的程度，思考碳酸钠和盐酸反应生成的二氧化碳是否容易收集。

②观察A、B两支试管中产生气体，大理石跟稀H2SO4反应一段时间就停止放出气体。（解释：由于CaCO3和H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水，覆盖在大理石表面，阻止大理石和H2SO4接触，反应就停止了，所以不能用稀H2SO4与CaCO3反应制取。）

评价每一种制得二氧化碳的方法是否可以作为二氧化碳的实验室制法最后选择在实验室中可用大理石或石灰石与稀盐酸反应来制取二氧化碳。

【教师】：通过实验室中制取二氧化碳的药品的选择，你能从中得到什么启示呢？ 【学生】：思考……

然后师生一起总结：在选择制取气体的反应物时应考虑到反应物的价格是否廉价，操作是否简单方便，反应速度是否快慢适中，产生的气体是否容易收集收集等因素。引导学生讨论作为实验室制法的条件是：

1.制取应简便迅速；

2.所制得的气体纯度高，符合演示实验的需要； 3.操作简单、安全，易于实现。【板书】第四节二氧化碳的实验室制法

【板书】

1、原理：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑ 【板书】

2、反应装置：

引导学生从熟悉的制取氧气和氢气反应装置来思考，学生回答、教师归纳。

【讲解】因为实验室制取二氧化碳和实验室制取氢气的反应药品状态，反应条件类似，故可以采用相似的装置来制取。【教师】：搭建好发生装置 【板书】收集方法：

根据CO2的物理性质，采用什么方法来收集CO2呢？

【教师】气体收集方法主要取决于气体的密度和气体在水中的溶解性。

结论：所以二氧化碳采用向上排空气法，不能用排水法。

【教师】：搭建好收集装置

【提问】：(1)如何检验生成的气体是二氧化碳？(2)如何证明集气瓶中充满了二氧化碳？ 【教师】：实验演示，收集二氧化碳 【板书】 二氧化碳的检验方法

1.检验方法：将生成的气体通人澄清的石灰水中，如

果石灰水变浑浊，则证明该气体为CO2。

2.验满方法：将燃着木条放在集气瓶口，如木条熄灭，证明瓶内充满CO2。

【教师】：实验演示，检验、验满二氧化碳

五、布置作业

课后思考：如何正确选择制取气体的发生装置和收集装置？

9.二氧化碳的性质教案 篇九

龙洲九年制学校 李如艳 教学目标： ⑴知识与技能：

了解二氧化碳的性质和用途。

能设计和完成一些简单的化学实验，表达所观察到的实验现象，分析实验结论。⑵过程与方法：

通过实验，训练学生实验观察能力和语言表述能力；通过探究活动过程，即观察－分析、讨论-归纳、总结-理解和运用，体验化学方法的科学性。⑶情感态度与价值观：

创设问题的情景，丰富学生的科学体验，激发学生探究的兴趣和学习的动机；通过大气中二氧化碳的含量的增多对气候的不良影响，来帮助学生初步树立环保意识；对二氧化碳存在的辩证理解，帮助学生树立应用一分为二的科学观念看待问题的方法。（4）教学重、难点：

重点：二氧化碳的性质及用途

难点：二氧化碳与水、石灰水的化学反应原理

三、教法手段与方法分析：

本节课以教师引导探究为基本策略，通过实验、多媒体演示等教学手段，让学生在获得知识的同时，体验探究的方式方法。课上实验分为演示实验和学生分组实验，让学生亲自参与，从已知到未知，从感性到理性。其中，采取了比较法、讨论法、归纳法、练习法等。

四、学法指导：

要想处理好“教”与“学”的关系，必须重视学生学习方法的指导。学会学习的目的不是掌握知识，而是掌握获得知识的途径。本节课引导学生探究的目的就是让学生学会探究。

五、教学过程设计

（一）趣味问答 引入新知 〘导入〙

谜语：农民伯伯说它是“植物的粮仓”；消防官兵赞美它是“灭火先锋”；建筑师称它为“天然的粉刷匠”；环境师则认为它是造成全球变暖的“罪魁祸首”。你们知道“他”是谁吗？

再请同学们深深呼一口气，它的成分中含有什么气体？

对于二氧化碳我们并不陌生，它出现在我们生活的每个角落。现在先请同学们看一短片——《死狗洞》。〖课件〗——《死狗洞》 〖提问〗你能揭开这个谜吗？

〖提问〗二氧化碳究竟起了什么作用？ 〖课件〗

按体积计算，二氧化碳在空气中占0.03%，如果超过1%时，就对人类有害处；达到4%～5%时，人会感到气喘、头痛、眩晕；达到10%时，人就会窒息（可以先不说）死亡。我们都知道，汽水里也含有大量的二氧化碳，喝汽水为什么不会使人致死？

现在我们就来更深入地了解一下奇妙的二氧化碳。〘课题〙 二氧化碳的性质

（二）动脑动手 实验探究

〖提问〗

1、研究物质的性质从几方面入手？

2、研究物理性质从几方面入手？

3、研究化学性质的重点在哪里？ 首先研究二氧化碳的物理性质： 〖展示〗一瓶二氧化碳气体 〖演示1〗

⑴向一瓶二氧化碳气体中加入适量的水，迅速盖上玻璃片，震荡，玻璃片被吸住。（说明二氧化碳溶于水，P内

⑵再向瓶中伸入燃着的木条，木条熄灭。（说明瓶内有较多的二氧化碳气体，通常状况下，1体积溶1体积二氧化碳气体）〖演示3〗

⑶向一口袋中倒入二氧化碳气体，口袋下沉。（二氧化碳密度大于空气）〖板书〗〖课件〗

一、物理性质：

无色气体、能溶于水、密度大于空气的密度 〖提问〗

参考氧气、氢气的收集方法，如何收集二氧化碳气体？为什么？（一般情况下，二氧化碳只用向上排空气法来收集。）

和氧气、氢气类似，在加压降温冷却的情况下，二氧化碳气体会冷却成无色液体、雪花状固体。二氧化碳固体俗称“干冰”，其含义“外形似冰，融化无水”，干冰在101KPa，-78.5℃升华。〖板书〗 干冰易升华

二、化学性质

现在来进一步探讨二氧化碳的化学性质 〖演示4〗 ⑴蜡烛熄灭

〖课件〗蜡烛熄灭:向盛有燃着的阶梯蜡烛的烧杯里倾倒二氧化碳气体的实验，了解二氧化碳是否支持燃烧。ａ）蜡烛熄灭——二氧化碳一般不可燃，也不助燃。ｂ）熄灭顺序（下面先灭，上面后灭）——二氧化碳密度大于空气的密度

在久未开启的菜窖、干涸的深井登出一定要防止二氧化碳含量过高而危及生命。

假设这两个集气瓶中的气体是我们出去郊游所遇到的两个山洞中的气体样品，请你设计并确定哪个山洞可以进入。〖学生实验1〗灯火试验

〖提问〗 若进入不熟悉的山洞，应选用“手电”或“火把”哪一种做照明工具更科学？为什么？

⑵二氧化碳和水反应：

介绍一种酸碱指示剂——紫色石蕊试液。石蕊是一种植物的色素，它遇酸变成红色。〖演示5〗

ａ）取两支试管分别加入少量水、醋酸，向其中分别滴加石蕊试液，观察颜色变化。

水 + 石蕊 → 紫 醋酸 +石蕊 → 红（说明溶液显酸性）

ｂ）取一支试管加入少量〖演示1〗中的水溶液，向其中滴加石蕊试液，观察颜色变化。

碳酸+石蕊 → 红（说明溶液显酸性）〖板书〗 CO2 + H2O = H2CO3

c）在酒精灯上分别加热滴有石蕊试液的醋酸和碳酸溶液，观察颜色变化。

滴有石蕊试液的醋酸→ 红（不变色）

滴有石蕊试液的碳酸溶液→ 紫（由红变紫）（说明溶液不显酸性）

〖板书〗 H2CO3 = H2O + CO2↑

〖课件〗二氧化碳和水反应及碳酸受热分解 〖课件〗小魔术——紫色小花变红

①2朵喷湿的紫色小花放入盛有CO2的集气瓶中，小花变红，猜测谁把小花变红？

②把变红的小花放在吹风机下吹干后会出现什么变化？为什么？

⑶二氧化碳与石灰水反应 〖提问〗

①如何验证反应中有二氧化碳生成？

②如何检验你们呼出的气体中含有二氧化碳？ 〖学生实验2〗向澄清石灰水中吹入二氧化碳 〖课件〗二氧化碳与石灰水反应 〖板书〗 Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O 〖课件〗

① 试设计家庭化学实验证明碳酸饮料中的二氧化碳存在。

将碳酸饮料中的二氧化碳气体导入到盛有石灰水的容器中，以检验二氧化碳的存在。

②二氧化碳最显著的特点（区别于其他气体）就是能够与澄清的石灰水反应。

化学方程式为：Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O 以下三个问题都要根据这一反应原理来解释: ①鉴定气体是二氧化碳

②盛放石灰水的烧杯壁上会生成一层白膜。③为了使石灰浆[Ca(OH)2]抹的墙快点干燥，常在室内生个炭火盆，开始放炭火盆时，墙壁反而潮湿。〖课件〗

一、物理性质：

无色气体、能溶于水、密度大于空气的密度

二、化学性质：

二氧化碳一般不可燃，也不助燃。二氧化碳和水反应：CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 = H2O + CO2↑

二氧化碳与石灰水反应：Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O 性质决定用途。〖课件〗二氧化碳的用途 〖课件〗探究实验——喷泉：

二氧化碳气体 极易与氢氧化钠溶液反应，当将滴管里的氢氧化钠溶液按入烧瓶中时，烧瓶中的二氧化碳气体迅速与与氢氧化钠溶液反应，从而使烧瓶内的压强迅速减小：此时移开橡皮管上的夹子，外界的大气压大于烧瓶内的气压，于是将烧杯中的水压入 烧瓶，形成美丽的喷泉。（酚酞溶液遇碱性变红，故喷泉呈红色。）

〖学生实验〗二氧化碳与氢氧化钠溶液反应

（三）课堂反馈，巩固新知 〖幻灯片〗

有三瓶无色气体分别是空气、氧气、二氧化碳，怎样鉴别？

用燃着的木条分别放入集气瓶中，若木条没有变化，则该气体就是空气；若木条燃烧更旺，则该气体就是氧气；若木条熄灭，则该气体就是二氧化碳。〖家庭实验〗 自制汽水：

取一个洗刷干净的汽水瓶，瓶里加入占80%容积的冷开水，再加入2g白糖和少量果味香精，然后加入2g碳酸氢钠，搅拌溶解后，迅速加入柠檬酸，并立即将瓶盖压紧，使生成的气体不能逸出而溶解在水里，将瓶子放置在冰箱中降温。取出后，打开瓶盖就可以饮用。〘作业〙

1、教材97-98页，1-6。

2、探究作业：

结合生活经验，查阅资料或上网，试写出氧气和二氧化碳在自然界中的循环小论文。

3、通过学习本节课，思考一个道理：是不是无毒就一定无害？

（四）板书设计

二氧化碳

一、物理性质

颜色 气味 状态 密度 溶解性： 无色 无味 气态 比空气大 能溶于水

二、化学性质

1、不支持燃烧，不燃烧 2.与水发生反应 CO2 + H2O ＝ H2CO3 3.与石灰水发生反应 CO2 + Ca(OH)2＝CaCO3↓+ H2O

三、用途：灭火、人工降雨等

九、教学反思

1、从生活走进科学、从科学走向社会。科学来源于生活，又服务于生活，生活中处处有科学。教学中，利用蕴含科学道理的谜语和动画短片，把学生的思维巧妙地引入本节课所要研究的主题，激发他们强烈的学习欲望和问题意识。从他们已有的对二氧化碳的认识（经验性常识）出发，带领学生深入学习科学知识，进而进一步思考生活中的常识性问题，树立起科学观念，培养学生“学科学、用科学”的意识。

2、从突出教师的教转向注重学生的学。在教学中选择了小组合作探究的教学方法，组织学生开展小组实验探究与讨论，让学生在讨论与动手实践中不断发现问题、提出问题，积极主动地探究问题的答案。教学过程中，教师是学生学习的引导者、组织者和合作者。

10.化学教案二氧化硫 篇十

11、废水水质：废水水质情况见表1

表1：水质情况表

采样点污 染 物

COD mg/LBOD5mg/L磷酸盐mg/LZn

mg/L石油类mg/LPH

范围平均范围平均

电泳污水1826-24122234894.7-1181.91094.62

前处理污水80.8-160.4130.27.536

其他车间

污水25.47.6157

电泳、前处理混合污水1132554.65207-7.5

2、试验工艺及装置

2.1试验工艺采用物化一生化。物化采用絮凝反应沉淀，生化采用生物接触氧化法。

2.2治理机理

2.2.1化学絮凝

在电泳废水中，含有一定量的油漆等有机物，它们以细小颗粒与胶体微粒形式存在，在废水中加入絮凝剂后，便发生下列变化：

（1）胶粒失去稳定性，产生由最初凝聚而生成的微粒之间的聚附作用。

（2）由聚附作用所生成的微粒与废水中原有悬浮微粒之间的粘着作用生成绒粒。

（3）绒粒对水中溶解质及绒粒之间的吸咐作用。

由于这几种作用，使废水中细小颗粒胶体物质、有机物等一同沉淀，同时也加速了悬浮颗粒的沉降。

2.2.2生物氧化

电泳污水由于加入有机溶剂，可生化性好（BOD：COD=0.49），微生物对污水中的有机物进行好氧分解，其中一部分有机物氧化分解成简单的无机物，同时释放出一定能量，作为细菌自身生命活动的能源并将另一部分有机物作为其生长繁殖所需要的构造物质合成新的原生质。

2.3试验装置

2.3.1物化处理装置

试验用搅拌机些单位1台

大烧杯 1000ml、500ml、200ml 各8个

酸度计 1台

移液管1ml、2.5ml、10ml 各2支

量筒1000ml 12个

温度计、秒表各1个

絮凝剂：硫酸铝、 聚合氯化铝、聚合硫酸铁、石灰乳

2.3.2生化处理装置

容积为4000ml圆柱形玻璃筒（内装弹性填料）1个

微型气泵 1台

高位水槽 1个

生物显微镜 1台

3、试验方法、条件

3.1物化试验

3.1.1絮凝剂的选择

絮凝剂和助凝剂的选择和用量要根据不同废水的试验资料加以确定，选择的原则是：价格便宜、易购、用量少、效率高、生成的絮凝体密实，沉淀迅速，易与水分离等。

试验选用絮凝剂为：硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁。

3.1.2絮凝过程

絮凝沉淀分为混合、反应、沉淀三个阶段。

混合阶段：将配制药液（10%浓度）加入到污水中快速搅拌0.5min，搅拌器转速300r/min。

反应阶段：促使失去稳定的胶体粒子碰撞结合，成为可见矾花绒粒，慢速搅拌10min，转速50 r/min。

沉淀阶段：形成较大的矾花绒体后，静置分离1小时后，取上清液进行分析。

3.2生化试验

3.2.1挂膜与驯化：在生物接触氧化装置内加入葡萄糖、尿素、生活污水

营养配合比：BOD5：N：P=100：5：1

水气比：水：气=1：30

PH值： 6—8

温度：15—25℃

第二天即加入少量经絮凝后的电泳、磷化混合污水，每天逐步加大污水比例，第15天即全部进污水，弹性填料上已长有明显的生物膜，生物显微镜检查，生物相正常，挂膜及驯化结束。

3.2.2运行测试

生化装置运行时，按不同时间在处理装置出口处采样经沉淀后取上清液进行分析。

4、试验结果

4.1物化试验结果

4.1.1投药量试验结果见表2

表2 投药量试验情况

水样

编号123456789

絮凝剂投加量100mg/L150mg/L200mg/L250mg/L300mg/L350mg/L400mg/L450mg/L500mg/L

聚合氯化铝矾花

不形成矾花

不形成矾花

不形成少量

矾花少量

矾花矾花多水清矾花多水清矾花多水清/

硫酸铝矾花

不形成矾花

不形成矾花

不形成少量

矾花少量

矾花矾花多水稍清矾花多水清矾花多水清/

聚合硫酸铁矾花

不形成矾花

不形成矾花

不形成矾花

不形成少量

矾花少量

矾花少量

矾花矾花多水稍清矾花多水清

注：1、试验水样为电泳、前处理混合水样

2、以上各水样均加入25 mg/L石灰乳

4.1.2污水絮凝测试结果见表3

4.2生化试验结果

生物接触氧化试验采样分析COD净化效果见表4。

表3：污水絮凝净化结果

污水种类投药种类投药量（mg/L）处理效果

COD磷酸盐锌

外观进水

（mg/L）

出水（mg/L）去除率（%）进水（mg/L）出水（mg/L）去除率（%）进水（mg/L）出水（mg/L）去除率（%）

混合污 水聚铝350絮凝好水清1201761.936.650.198201

石灰乳25

硫酸铝400絮凝好水清120176436.4

石灰乳25

聚铁500絮凝好水清12017813550.1397.4

石灰乳25

表4：生物接触氧化净化COD效果

日期2003年COD

进水mg/LCOD净化效果mg/L

停3h去除率（%）停5h去除率（%）停7h去除率（%）停9h去除率（%）

4月25日456.2120.773.590.5780.188.1180.683.0281.8

4月26日556149.573.1127.577.174.886.5

4月27日603.1186.968107.182.274.787.6

5月5日777.2116.385101.886.987.288.684.289.1

5、试验小结：

5.1试验结果表明湖南某汽车有限公司电泳生产线废水采用化学絮凝一生物接触氧化组合工艺进行处理，COD、PO43-、Zn2+、PH等项指标均可达（GB8978—96）污水综合排放标准中的一级标准。

5.2聚铝絮凝电泳前处理混合废水投药量350mg/L,COD净化率为36.6%，硫酸铝投药量400mg/L，COD净化率为36.4%。聚铁投药量500mg/L，COD净化率35%，聚铁投药量>聚铝、硫酸铝，聚铝与硫酸铝两者比较，硫酸铝价格较低，但块状物较多，不易溶化，聚铝较易溶化。

5.3生物接触氧化在水气比1：30时，污水进水浓度COD为456.2~777.2mg/L；停7h，出水COD74.7~88.1mg/L，符合（GB8978-96）中的一级排放标准。

6、工程的应用

6.1工程设计处理能力某汽车有限公司，电泳生产线污水处理量40m3/h

6.2治理工艺

6.2.1工艺流程说明及设计参数

主要处理过程为：电泳污水与前处理混合污水进入初沉池，停留时间1.8h，再流入调节池，停留时间12h，污水由调节池泵入气浮，选用压力溶气气浮，停留时间1h，回流比30%，泵前加药，反应槽与气浮槽合建，钢结构，污水在气浮中进行渣水分离，泥渣上浮撇渣机将渣括入污泥浓缩池，气浮出水，因污水中含有机溶剂，COD、BOD5仍很高，须进一步进行生化处理。

水解酸化池：ABR池型结构，污水停留时间8小时，容积负荷2kgCOD/m3•d，利用酸化水解菌将废水中高分子难降解有机物转化为易被微生物降解的有机物，使出水可生化性同时得到改善。

生物接触氧化池：停留15小时，BOD容积负荷0.9kgBOD/m3•d，水气比1：28，弹性填料，微孔曝气。

二沉池：采用斜管沉淀池，倾角60ºΦ50孔经斜管蜂窝填料，废水停留时间1小时。

集水池：接纳二沉池出水，供应气浮溶气水及过滤池反冲洗水，V=250m3。

过滤池：设两座。滤速8m/h，以进一步除去污水中细小悬浮物，设反冲泵1台，反冲洗强度14L/s.m2。清水回用池：V=185m3，净化后污水在池内用泵抽至车间回用，或排放。

隔油池：接受机加工车间等污水，停留2小时。

7、结论

7.1由于考虑到磷化电泳生产线水质成份复杂，变化大，故在设计时增加水解酸化工艺。

参考文献：

（1）张学敏，涂装工艺学，化学工业出版社，2004

11.化学教案二氧化硫 篇十一

电催化氧化法属于一种高级氧化技术, 它广泛适用于有机污染物的降解, 具有降解效率高, 设备简单, 无二次污染, 易于与其他方法相结合等优点而日益受到人们的关注[6,7,8]。电催化氧化法降解有机污染物是一个很复杂的过程, 有研究认为[9,10], 降解机理是利用在阳极产生的具有强氧化能力的羟基自由基 (·OH) 对废水中的有机污染物进行氧化降解。电催化氧化技术的核心是阳极材料的选择, PbO2电极由于电催化活性高, 稳定性强, 导电性好而在电化学催化降解有机污染物方面有着广阔的应用前景[11], 但传统PbO2电极存在比较脆、易脱落、降解中间产物会在电极表面吸附等缺点, 从而使电极使用寿命短, 催化活性降低[12]。因此, 许多研究者致力于PbO2电极的改性研究, 以期开发出综合性能优良的阳极材料[13,14,15]。本工作采用脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO) 改性PbO2电极, 并进行甲基橙的降解研究。

1 实验材料和方法

1.1 电极制备

将用砂纸打磨过的不锈钢板经过除油、水洗处理后置于电镀液中, 以同等面积的不锈钢板为阴极进行电镀。电镀液基本组成:190g·L-1Pb (NO3) 2, 0.5g·L-1NaF, 15g·L-1Cu (NO3) 2, 电流密度为20mA·cm-2, 温度控制在60℃, 电镀60min得未改性PbO2电极。镀液中分别添加不同浓度的AEO, 其他条件完全相同镀得改性PbO2电极。

1.2 电极性能表征

1.2.1 电化学性能表征

用CHI660D电化学工作站进行电化学测试, 采用三电极体系, 分别以AEO改性PbO2电极或未改性PbO2电极为工作电极, 有效面积为1cm×1cm, 其余部分蜡封, 相同面积纯铂片为辅助电极, 饱和甘汞电极为参比电极, 于不同介质溶液中进行阳极极化曲线扫描和循环伏安曲线扫描。

1.2.2 表面形貌表征

采用XL30型扫描电镜获取电极表面SEM图像, 系统电压30kV。

1.2.3 电极物相测试

采用D/max-3B型X射线衍射仪测试电极表面物相性能, 扫描范围5~80°。

1.3 甲基橙的降解

配制10mg·L-1甲基橙溶液作为模拟废水 (以下简称模拟废水) , 加入5g·L-1Na2SO4为支持电解质, 分别以石墨电极、AEO改性PbO2电极和未改性PbO2电极为阳极, 相同面积的不锈钢板为阴极, 极板间距为2cm, 磁力搅拌下电催化降解250mL模拟废水, 考察不同电极材料对降解的影响。

对处理的模拟废水定时取样, 用紫外-可见分光光度计于甲基橙的最大吸收波长460nm处测定吸光度, 根据式 (1) 计算脱色率 (η) 。

式中:A0为降解开始时模拟废水的吸光度;At为降解反应t时刻的模拟废水的吸光度。

2 结果与分析

2.1 阳极极化曲线分析

添加AEO和未添加AEO制得的PbO2电极在0.5mol·L-1H2SO4溶液中的阳极极化曲线如图1 (a) , 在甲基橙模拟废水中的阳极极化曲线如图1 (b) 。

(a) 0.5mol·L-1H2SO4溶液; (b) 甲基橙模拟废水 (a) in 0.5mol·L-1H2SO4solution; (b) in simulated methyl orange wastewater

由图1 (a) 可见, 0.5mol·L-1H2SO4溶液中, 未改性PbO2电极的析氧电位为2.0V, AEO改性后PbO2电极的析氧电位为2.3V。由图1 (b) 可见, 甲基橙模拟废水中, 未改性PbO2电极的析氧电位为1.6V, AEO改性后PbO2电极的析氧电位为1.75V。这说明无论是在H2SO4溶液还是在模拟废水溶液中, AEO的加入均能有效提高PbO2电极的析氧电位。

有机污染物在阳极氧化降解过程中的主要竞争副反应是析氧反应, 析氧电位越高, 析氧副反应就越不易发生, 在相同的阳极电位下就有利于羟基自由基、过氧化氢等中间氧化剂的形成, 促使溶液中的有机物被间接氧化降解, 有效提高电流效率[16]。由此可以表明改性PbO2电极有望在处理模拟废水时取得较好的效果。

2.2 电极表面SEM分析

未经改性PbO2电极和改性PbO2电极降解甲基橙实验前后的扫描电镜图如图2和图3。图2 (a) , (b) 显示, 降解实验使用前, 未改性PbO2电极表面普遍存在肉眼可见的针孔状缺陷, 结构疏松, 表面粗糙, 晶粒大小不均匀;图2 (c) 显示, 降解实验使用后, 该电极表面晶型较模糊, 有一些细小的“残渣”状物质附着, 并可见电极表面的孔洞, 这可能是腐蚀介质的腐蚀以及析氧反应产生的氧向内层基底扩散造成的。图3 (a) , (b) 显示, 改性PbO2电极表面未见针孔状缺陷, 晶粒尺寸虽没有明显变化, 但镀层结晶更均匀致密, 表面平整有光泽;图3 (c) 显示, 降解实验使用后, 该电极表面依然可见完整的晶型, 相邻晶体的接界情况也很清晰, 电极表面未见其他物质附着, 仅有很轻微的孔洞出现。其可能的原因是表面活性剂AEO分子中含有大量极性的醚键和长链烷基, 因而亲水和亲油性都比较强, 致使其在固体表面具有优良的吸附和包覆作用, 这样所形成的立体屏蔽能力有效抑制了晶粒的团聚, 使得电极表面结构平整致密均匀。另一方面, 表面活性剂还可能改变了电极/溶液界面的双电层结构, 改善了电极表面的微观电流分布[17]。

上述结果表明, 在降解甲基橙过程中, 未改性PbO2电极粗糙的表面使有机物 (“残渣”状物质) 易于附着, 且更容易受到析氧反应和腐蚀介质的腐蚀。有机物的电催化降解主要取决于水分子在阳极表面反应产生羟基自由基等强氧化剂的多少, 而“残渣”状物质在电极表面的附着会阻碍此反应的发生, 从而使电极的催化活性下降。与之相比, 改性电极表面细腻光滑, 不易吸附有机物, 也较少受到析氧反应和腐蚀介质的腐蚀, 因而在作为阳极使用时, 会具有更强的电催化活性, 并有效延长电极的使用寿命。

图2未改性PbO2电极的SEM照片 (a) , (b) 降解实验前; (c) 降解实验后Fig.2 SEM images of pure PbO2electrode (a) , (b) before degradation experiments; (c) after degradation experiments

图3 AEO改性PbO2电极的SEM照片 (a) , (b) 降解实验前; (c) 降解实验后Fig.3 SEM images of PbO2electrode modified by AEO (a) , (b) before degradation experiments; (c) after degradation experiments

2.3 XRD分析

图4为改性和未改性PbO2电极的XRD图谱, 由图4可见, 未改性和改性PbO2电极材料均在2θ为25.5, 32.0, 36.1, 49.0, 62.5°等位置出现了衍射峰, 与PDF卡片#41-1492比较可知, 这些衍射峰与四方晶型β-PbO2的特征衍射峰完全相符, 说明电极表面确为β-PbO2。图中也可明显看到AEO改性电极各衍射峰强度与未改性电极不同, 说明AEO的加入能改变晶体的生长取向。改性电极图谱中的最强衍射峰出现在2θ=36.1°处, 对应晶面为 (111) , 而未改性电极最强衍射峰出现在2θ=62.5°处对应的 (301) 晶面。这说明AEO的添加使得β-PbO2晶体在 (111) 晶面择优生长, 而在 (301) 晶面的生长则得到了部分抑制。这主要是由于AEO在晶体表面的吸附和包覆造成的。

2.4 循环伏安曲线分析

两种电极在10mg·L-1甲基橙的Na2SO4溶液中的循环伏安曲线如图5。由图5可见, 改性和未改性PbO2电极的循环伏安曲线在析氧电位之前都有氧化峰出现, 说明均有氧化反应发生。在两种PbO2电极的曲线上, 于0.8V (vs.SCE, 下同) 附近都出现一弱氧化峰。因为PbO2属于非化学计量的化合物, 晶格中会有一些低价态存在的Pb (Ⅱ) , 此峰应该与这些低价态存在的Pb (Ⅱ) 被吸附态羟基自由基氧化为Pb (Ⅳ) 有关 (式2) 。还可观察到未改性PbO2电极的曲线上在1.2~1.6V有一宽而弱的氧化峰, 而改性PbO2电极的曲线上则在1.3, 1.6V分别出现两个较强的氧化峰, 这些氧化峰对应于吸附态羟基自由基和溶液中羟基自由基的生成[18] (式 (3) , 式 (4) ) , 活泼的羟基自由基一经生成, 即可氧化溶液中的甲基橙。图中明显看到改性PbO2电极的峰电流高于未改性PbO2电极, 说明与未改性PbO2电极相比, 改性PbO2电极表面产生的羟基自由基更多, 或者溶液中甲基橙更容易与改性PbO2电极表面新产生的羟基自由基发生氧化反应, 从而使氧化电流增强, 电极的催化活性明显提高。

图6 (a) 为不同扫描速率下, 电极在含有甲基橙的5g·L-1Na2SO4溶液的循环伏安曲线。图6 (a) 可明显看到, 随着扫描速率的增大, 峰电流也随之增大, 这是因为扫描速率越大, 达到相同的电位所需的时间就越少, 扩散层越薄, 扩散流量越大, 从而使电流密度增大。图中还可看到, 随扫描速率的增大, 峰值向扫描方向移动, 说明甲基橙在电极表面的氧化是不可逆的。

图6甲基橙溶液中改性PbO2电极循环伏安曲线 (a) 不同扫描速率; (b) 以30mV·s-1速率连续扫描Fig.6 Cyclic voltammograms of modified PbO2electrode in solution of methyl orange (a) at different scan rates; (b) consecutive scan at 30mV·s-1

甲基橙模拟有机废水溶液的多次扫描循环伏安曲线如图6 (b) 。图中可见, 随着扫描次数的增加, 峰电流1逐渐升高, 这对应于Pb (Ⅱ) 氧化为Pb (Ⅳ) 的活化过程, 峰电流2在5次循环过程中基本保持不变, 说明改性PbO2电极能够稳定地产生吸附态的羟基自由基, 使甲基橙不断降解, 峰电流3则会随扫描次数增加而减小, 甚至基本消失, 这可能与甲基橙的氧化产物在电极表面聚合, 黏附在电极表面有关。

2.5 甲基橙模拟废水的降解

为比较不同电极材料降解甲基橙的情况, 分别用改性PbO2电极、未改性PbO2电极和石墨电极为阳极, 进行甲基橙模拟废水降解实验, 不同电极材料对模拟废水的脱色率如图7。结果表明, 处理250mL甲基橙模拟废水, 改性PbO2电极的电催化活性最高, 电解12min时, 脱色率就可达到94.4%, 电解15min时, 脱色率几乎达到100%;同样电解12min, 使用未改性PbO2电极做阳极, 脱色率为78.5%, 电解21min时, 脱色率接近100%;而以石墨电极作为阳极, 电解24min, 甲基橙模拟有机废水脱色率也只有39%。未改性PbO2电极能够在短短12min去除大部分甲基橙, 脱色率约是石墨电极的3倍, 说明PbO2电极具有较高的电催化活性, 而改性PbO2电极比未改性PbO2电极甲基橙脱色率还要高15%, 说明AEO的添加能够显著提高PbO2电极的电催化活性。这与改性PbO2电极所表现出的电化学性能相符。应该说, AEO对二氧化铅镀层晶面取向的影响可能是电极电催化活性提高的主要原因。

3 结论

(1) 在镀液中添加AEO, 阳极氧化法制备出改性PbO2电极。通过SEM可以观察到改性PbO2电极均匀致密, 表面平整, 用于甲基橙的降解实验后该电极表面形貌未发生根本变化。AEO的加入能改变晶体的生长取向。

(2) 阳极稳态极化曲线分析可知改性电极具有较高的析氧电位, 循环伏安曲线表明改性PbO2电极上的氧化峰电流高于未改性PbO2电极, 并且甲基橙的氧化降解是不可逆的过程, 说明改性PbO2电极比未改性PbO2电极具有更好的电催化活性。

(3) 改性PbO2电极降解甲基橙效果优于未改性的PbO2电极和石墨电极。

摘要：采用阳极氧化法在不锈钢基体上制备了脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO) 改性PbO2电极。通过SEM图像和XRD图谱分别考察了电极的表面形貌和物相组成, 采用稳态极化法和循环伏安法分析了电极在甲基橙模拟废液中的电化学特性, 并对质量浓度为10mg·L-1的甲基橙模拟废水进行了电催化降解实验。结果表明, 与未改性PbO2电极相比, 改性PbO2电极表面平整致密, 具有较高的析氧电位和较高的氧化峰电流, 有利于有机物的降解。降解实验结果表明改性电极的电催化活性高于未改性电极和石墨电极。