电催化合成过氧化氢是近年来能源化学领域的研究热点，其在高考化学实验中的结合点主要体现在反应机理、催化剂设计、实验操作及现象分析等方面。以下从实验设计、核心考点和高考命题方向三个角度进行阐述：

一、实验设计与操作结合

1. 电催化装置搭建

高考可能设计以电解水或氧还原反应（ORR）为基础的电化学实验，例如：

  • 装置构成：三电极体系（工作电极、对电极、参比电极）、电解质溶液（如碱性或酸性介质）、气体扩散电极等。
  • 操作重点：电极预处理（如催化剂负载）、电流密度控制、气体产物的收集与检测（如排水法收集氧气，碘量法测定H₂O₂浓度）。

    • 2. 催化剂性能对比实验

  • 实验设计：对比不同催化剂（如贵金属、金属硫族化合物NiSe₂、SnS₂等）对H₂O₂选择性的影响，考察催化剂的分散度与活性位点暴露的关系。
  • 现象观察：通过电流-电压曲线（LSV）分析催化活性，或通过颜色变化（如H₂O₂与KI淀粉试纸反应显蓝）定性检测产物。

    • 3. 反应条件优化

  • 变量控制：研究pH值、电解液浓度、温度对H₂O₂产率的影响，结合数据绘制趋势图，体现“控制变量法”的应用。

    • 二、核心考点与理论结合

    1. 反应机理与方程式书写

  • 氧还原反应（2e⁻ ORR）：重点考查电极反应式书写，如酸性介质中：

    • [

    ext{O}_2 + 2

    ext{H}^+ + 2

    ext{e}^

  • rightarrow

    ext{H}_2

    ext{O}_2

    • ]

    需注意电子转移数与产物选择性的关系。

    2. 催化剂作用机制

  • 活性位点设计：通过引入缺陷（如氧空位）或调控电子结构（如硫族化合物）增强催化剂本征活性，结合火山图分析最佳吸附强度。
  • 稳定性与成本：对比贵金属与非贵金属催化剂的优缺点，体现绿色化学理念。

    • 3. 能量转化与效率计算

  • 法拉第效率：通过电荷量与产物量的关系计算H₂O₂的法拉第效率，联系电化学基本定律。

    • 三、高考命题方向与典型题型

    1. 实验方案设计题

  • 示例：设计实验验证催化剂对H₂O₂选择性的影响，要求写出步骤、预期现象及结论。
  • 关联考点：控制变量、对比实验、数据记录。

    • 2. 反应原理综合题

  • 示例：结合热力学（ΔG计算）与动力学（活化能分析），解释电催化法比传统蒽醌法的优势。
  • 延伸：对比H₂O₂在消毒、能源存储中的应用，体现“化学与STSE”联系。

    • 3. 数据分析与图像题

  • 典型题型：根据电流密度-电位曲线判断催化性能优劣，或通过产率-时间曲线分析催化剂稳定性。

    • 四、教学建议与备考策略

    1. 实验操作强化

  • 掌握电化学工作站使用、旋转圆盘电极技术等基础操作，熟悉H₂O₂的定量检测方法（如分光光度法）。

    • 2. 跨模块知识整合

  • 将电催化与化学平衡（如选择性控制）、反应热力学（如ΔG与电势关系）结合，构建系统性知识网络。

    • 3. 关注前沿研究

  • 引入最新成果（如单原子催化剂、反应介质调控策略），分析其对高考命题的启发。

    • 电催化合成H₂O₂的实验与高考结合点涵盖装置设计、反应机理、催化剂优化及数据分析，需通过典型实验强化学生对电化学原理的理解，并注重跨模块知识整合。高考命题可能以“探究类实验”或“工业流程分析”形式呈现，需从理论推导和实证分析两方面备考。