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1、1 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程 一、实验原理一、实验原理 1.循环伏安法 循环伏安法是将循环变化的电压施加于工作电极和对电极之间,记录工作电极 上得到的电流与施加电压的关系曲线。此方法也称为三角波线性电位扫描方法。 图 1-1 表明了施加电压的变化方式。选定电位扫描范围 E1E2 和扫描速率, 从起 始电位 E1 开始扫描到达 E2 , 然后连续反向在扫描从 E2 回到 E1。由图 1-2 可见, 循环伏安图有两个峰电流和两个峰电位。ipc和 ipa分别表示阴极峰值电流和阳极峰 值电流，对应的阴极峰值电位与阳极峰值电位分别为 Epc和 Epa。 图
2、 1-1 循环伏安法的典型激发信号 图 1-2 K3Fe(CN)6 在 KCL 溶液中的循环伏安图 2.判断电极可逆性 根据 Nernst 方程,在实验测定温度为 298K 时,计算得出 Ep = Epa- Epc59/n mV (1-1) 阳极峰电流 ipa 和阴极峰电流 ipc 满足以下关系： ipc/ipa 1 (1-2) 同时满足以上两式，即可认为电极反应是可逆过程。如果从循环伏安图得出的 Ep/mv = 55/n65/n 范围，也可认为电极反应是可逆的。 3.计算原理 铁氰化钾离子-亚铁氰化钾离子氧化还原电对的标准电极电位 Fe(CN)63- + e- = Fe(CN)64- =0.
3、36v 电极电位与电极表面活度的 Nernst 方程： 峰电流与电极表面活度的 Randles-Savcik 方程： ip= 2.69105n3/2ACD1/2v1/2 二、实验仪器与试剂二、实验仪器与试剂 0 Ox pa Red CRT In FC 010203040 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 E / V t s s 正正向向扫扫描描 逆逆向向扫扫描描 E1 E2 E1 0.60.50.40.30.20.10.0-0.1-0.2 -20 -10 0 10 20 阳极 i / A A 阴极 / v ipc ipa pc pa a b c d e f g h i j k 2 仪器
4、： CHI660 电化学工作站，电解池 铂盘工作电极 铂丝辅助电极 Ag/AgCl 参比电极。 试剂：铁氰化钾溶液:0.1mol/L； 硝酸钾溶液：1.0mol/L 三、实验步骤三、实验步骤 1Pt 工作电极预处理 不同粒度的 -Al2O3粉，抛光，洗去表面污物，再超声水浴中清洗，每次 23 分钟，重复三次，得到平滑光洁和新鲜的电极表面。 2铁氰化钾试液的配制 准确移取 0mL ,0.25 mL ,0.50 mL ,1.0 mL 和 2.0 mL 溶度为 2.0x10-2M 的铁氰化 钾标准液于 10 mL 的小烧杯中，加入 1.0M 的氯化钾溶液 1.0 mL，再加蒸馏水稀释 至 10 mL
5、。因此，5 种铁氰化钾试液的浓度依次是： 0M , 0.510-3M , 1.010-3M , 2.0 10-3M , 4.0 10-3M。 3. 将铁氰化钾标准溶液转移至 10 mL 电解池中，插入三支电极，在“实验”菜单中 选择“实验方法”，选择“循环伏安法”，点“确定”，设置实验参数：起始电位（+0.6 V） ；终止电位（-0.2 V） ；静止时间（2 s） ；扫描时间（任意扫速） ；扫描速度（0.1 V/s） ；灵敏度（1.0e-3） ；循环次数（1） ；是否敲击（不敲击） ；通氮时间（0） ；氮 气（不保持） ，点“确定”。从“实验”菜单中选择“开始实验”，观察循环伏安图，记 录峰电
6、流和峰电位。 4. 考察峰电流与扫描速度的关系，使用上述溶液，分别以不同的扫描速度： 0.1、0.2、0.5 V/s（其他实验条件同上）分别记录从0.6V -0.2V 扫描的循环伏安 图，记录峰电流。 5. 考察峰电流与浓度的关系，分别准确移取上述溶液 1.00、2.00、5.00 mL，置于 3 只 10 mL 容量瓶中，分别用去离子水定容，摇匀，以 0.1 V/s 的扫描速度（灵敏 度调为 1.0e-4，其他实验条件同上）分别记录从0.6V -0.2V 扫描的循环伏安图， 记录峰电流。 四、数据处理四、数据处理 1. 计算阳极峰电位与阴极峰电位的差E。 2. 计算相同实验条件下阳极峰电流与
7、阴极峰电流的比值 ipa / ipc。 3. 相同 K3Fe(CN)6浓度下，以阴极峰电流或阳极峰电流对扫描速度的平方根作图， 说明二者之间的关系。 4. 相同扫描速度下，以阴极峰电流或阳极峰电流对 K3Fe(CN)6的浓度作图，说明 3 二者之间的关系。 5. 根据实验结果说明 K3Fe(CN)6在 KNO3溶液中电极反应过程的可逆性。 五、实验结果与讨论五、实验结果与讨论 相关图表如下 研究同一扫描速度下，峰电流与铁氰化钾的浓度关系： （1）以 25m V/s 速度扫描时，峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系： 铁氰化钾浓度 c(x10-3M)00.51.02.04.0 阳极峰电流值ip
8、a(x10-5A)0-2.2-4.6-9.0-17.4 阴极峰电流值ipc(x10-5A)03.46.59.916.1 图 4-1 25m V/s 速度扫描时峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系图 （2）以 5 0mV/s 速度扫描时，峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系： 铁氰化钾浓度 c(x10-3M)00.51.02.04.0 阳极峰电流值ipa(x10-5A)0-3.5-5.8-11.8-20.4 阴极峰电流值ipc(x10-5A)04.78.712.221.0 图 4-2 50m V/s 速度扫描时峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系图 （3）以 100mV/s 速度扫描时，峰
9、电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系： 铁氰化钾浓度 c(x10-3M)00.51.02.04.0 阳极峰电流值ipa(x10-5A)0-5.1-9.5-15.1-27.2 阴极峰电流值ipc(x10-5A)07.611.316.727.2 4 图 4-3 100m V/s 速度扫描时峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系图 （4）以 200mV/s 速度扫描时，峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系： 铁氰化钾浓度 c(x10-3M)00.51.02.04.0 阳极峰电流值ipa(x10-5A)0-6.5-11.3-18.4-33.3 阴极峰电流值ipc(x10-5A)09.714.320.
10、733.5 图 4-4 200m V/s 速度扫描时峰电流 ip与铁氰化钾的浓度 c 关系图 2.研究同一浓度下，峰电流与扫描速度的平方根之间的关系： （1）铁氰化钾浓度为 0M 时，峰电流 ip与扫描速度的平方根 v1/2之间的关系： 扫描速度的平方根 v1/2 (mV/s) 1/2 57.071014.14 阳极峰电流值ipa(x10-5A)0000 阴极峰电流值ipc(x10-5A)0000 5 图 4-5 铁氰化钾浓度为 0M 时峰电流ip与扫描速度的平方根 v1/2关系图 （2）铁氰化钾浓度为 0.5x10-3M 时，峰电流 ip与扫描速度的平方根 v1/2之间的关 系： 扫描速度的
11、平方根 v1/2 (mV/s) 1/2 57.071014.14 阳极峰电流值ipa(x10-5A)-2.2-3.5-5.1-6.5 阴极峰电流值ipc(x10-5A)3.44.77.69.7 图 4-6 铁氰化钾浓度为 0.5x10-3M 时峰电流ip与扫描速度的平方根 v1/2关系图 （3）铁氰化钾浓度为 1.0x10-3M 时，峰电流 ip与扫描速度的平方根 v1/2之间的关系： 扫描速度的平方根 v1/2 (mV/s) 1/2 57.071014.14 阳极峰电流值ipa(x10-5A)-4.6-5.8-9.5-11.3 阴极峰电流值ipc(x10-5A)6.58.711.314.3
12、图 4-7 铁氰化钾浓度为 1.0x10-3M 时峰电流ip与扫描速度的平方根 v1/2关系图 （4）铁氰化钾浓度为 2.0x10-3M 时，峰电流ip与扫描速度的平方根 v1/2之间的关系： 6 扫描速度的平方根 v1/2 (mV/s) 1/2 57.071014.14 阳极峰电流值ipa(x10-5A)-9.0-11.8-15.1-18.4 阴极峰电流值ipc(x10-5A)9.912.216.720.7 图 4-8 铁氰化钾浓度为 2.0x10-3M 时峰电流ip与扫描速度的平方根 v1/2关系图 （5）铁氰化钾浓度为 4.0x10-3M 时，峰电流 ip与扫描速度的平方根 v1/2之间的关系： 扫描速度的平方根 v1/2 (mV/s) 1/2 57.071014.14 阳极峰电流值ipa(x10-5A)-17.4-20.4-27.2-33.3 阴极峰电流值ipc(x10-5A)16.121.027.233.5 图 4-9 铁氰化钾浓度为 4.0x10-3M 时峰电流ip与扫描速度的平方根 v1/2关系图 六、结论与可行性分析六、结论与可行性分析 用循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程，实验操作简单，数据易得，测试 结果很好，可行性好，可以广泛应用于电化学及其相关领域。
