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1、word实验项目 循环伏安法测定电极反响参数一、 实验目的1了解循环伏安法的根本原理和特点；2掌握循环伏安法测定电极反响参数的根本原理与方法；3学习固体电极外表的处理技术；4掌握CHI660E电化学工作站的使用。二、 实验原理在电化学分析方法中，但凡以测量电解过程中所得电流-电位电压曲线进展测定的方法称为伏安分析法。按施加激励信号的方式、波形与种类的不同，伏安法又分为多种技术，循环伏安法就是其中之一，而且是一种重要的伏安分析方法。先看线性扫描伏安法，假如向工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压图1,记录电流-电压曲线图2进展分析，就叫线性扫描伏安法。图1 线性扫描伏安法中所施加的电压
2、-时间曲线 图2线性扫描伏安法中所记录的电流-电压曲线循环伏安法就是将线性扫描电位扫到某电位Em后，再回扫至原来的起始电位值Ei，电位与时间的关系如图3所示。电压扫描速度可从每秒毫伏到伏量级。所用的指示电极有悬汞电极、铂电极、金电极或玻璃碳电极等。图3 循环伏安法中所施加的电压-时间曲线 图4循环伏安法中所记录的电流-电压曲线Cathode阴极 Anode阳极当溶液中存在氧化态物质O时，它在电极上可逆地复原生成复原态物质R， O + ne R当电位方向逆转时，在电极外表生成的R如此被可逆地氧化为O, R O + ne一个三角波扫描，可以完成复原与氧化两个过程，记录出如图4所示的循环伏安曲线。循
3、环伏安法一般不用于定量分析，主要用于研究电极反响的性质、机理和电极过程动力学参数等。在循环伏安法中，阳极峰电流iPa、阴极峰电流iPc、阳极峰电位Epa、阴极峰电位EPc是最重要的参数,对可逆电极过程来说，循环伏安图如图5A所示，有如下关系： 1 与扫描速度无关 2 正向扫描的峰电流ip为： 3 式中各参数的意义为： ip 峰电流安培； n 电子转移数； A电极面积cm2 D 扩散系数cm2/s 扫描速度V/s c 浓度mol/L从ip的表达式看：ip与1/2和c都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。标准电极电势为：4所以对可逆过程，循环伏安法是一个方便的测量标准电极电位的方法。图5 不同
4、体系的循环伏安曲线图A：可逆过程；B：准可逆过程；C：不可逆过程对于局部可逆过程也称准可逆过程，曲线形状与可逆度有关，如图5B所示。一般来说，EP59mV/n,且峰电位随扫描速度的增加而变化，阴极峰变负，阳极峰变正。此外，根据电极反响性质的不同，iPa / iPc可大于1，等于1或小于1，但均与扫描速度的平方根成正比，因为峰电流仍是由扩散速度所控制的。对于不可逆过程，反扫时没有峰，但峰电流仍与扫描速度的平方根成正比，峰电位随扫描速度的变化而变化, 如图5C所示。根据Ep与扫描速度的关系，可计算准可逆和不可逆电极反响的速率常数Ks。循环伏安法是用途最广泛的研究电活性物质的电化学分析方法，在分析化
5、学、无机化学、有机化学、生物化学等领域得到了广泛的应用。由于它能在很宽的电位围迅速观察研究对象的氧化复原行为，因此电化学研究中常常首先进展的就是循环伏安行为研究，如电极过程可逆性、电极反响机理、计算电极面积和扩散系数等电化学参数、吸附现象、催化反响、电化学-化学耦联反响。三、仪器与试剂1. 仪器CHI660E型电化学工作站；超声波清洗器；微量移液器；磁力搅拌器；玻碳电极；铂丝电极；银/氯化银电极。2. 试剂11.0mol/L硝酸钾溶液;20.10 mol/L铁氰化钾标准溶液;33.0mol/L氯化钾溶液;4无水乙醇；5氧化铝粉；6高纯氮气四 操作步骤1以去离子水冲洗银/氯化银参比电极和铂丝对电
6、极，滤纸吸水。移取1.0mol/L硝酸钾溶液20.00 mL于50 mL烧杯中。2将工作电极玻碳电极在含氧化铝粉悬浊液的抛光布上以画圆或8字的方式打磨光亮至少5分钟，冲洗后，在去离子水和无水乙醇中各超声清洗5分钟左右，放入移取的溶液中，再插入对电极铂丝电极和参比电极银/氯化银电极，将相应颜色的电极夹按照如下对应关系夹在电极上。注意：电极间不要短路，否如此会损坏仪器；防止拉扯电极顶端的电线，否如此会使信号断路。 白色-参比电极RE红色-铂电极AE 绿色-工作电极 WE黑色-悬空3在电脑的桌面上建立一文件夹，并在随后的操作中将相应的数据后缀：.bin保存在该文件夹中。因文件较多，文件名应好区分。在
7、实验记录本上预先绘出记录表格，随时记录各实验条件浓度或速度下的各测量结果值Epa, Epc, Ep, ipa, ipc4点击工作站上的“实验参数，在出现的窗口中按如下要求设置仪器参数，完成后点击“确认。Init (V)： 0.50V; High E(V)： 0.50V; Low E(V)：-0. 05V;Sweep Segments: 2 Sample Interval(V): 0.001 Quiet Time(sec)： 2Sensitivity(A/V)： 1e5点击“运行实验。仪器将 以50mV/s的扫描速度记录硝酸钾空白溶液的循环伏安曲线，命名并保存至相应文件夹。 10mL-加0.05
8、0mL1号样6用微量移液器向烧杯中参加 0.10mol/L铁氰化钾标准溶液，置于磁力搅拌器上，搅拌混合均匀后，点击“运行实验，记录循环伏安图的相应数据，并保存该文件。7分别再向溶液中参加0.10、0.20、0.20、0.20mL0.10mol/L铁氰化钾溶液重复6操作。注：浓度比例是1:2:4:6:810mL-再加-0.050 2号样； 0.103号样； 0.104号样 ； 0.10mL5号样。8分别以5mV/s、10mV/s、20mV/s、50mV/s、100mV/s、200mV/s的扫描速度记录最后溶液的循环伏安曲线。五 数据处理:-设计成两个表格！ 1. 列表总结铁氰化钾的测量结果Epa
9、, Epc, Ep, ipa, ipc，并对照可逆反响的性质进展分析。2. 一样扫描速度下步骤7，以ipa或ipc对铁氰化钾溶液的浓度作图并拟合，说明两者之间的关系。3. 一样铁氰化钾浓度下步骤8，绘制ipa或ipc与相应1/2为扫描速度的关系曲线并拟合，说明两者之间的关系。六 须知事项1. 指示电极外表抛光清洗应耐心细致，否如此将严重影响实验结果；2. 为了使液相传质过程只受扩散控制，应在参加电解质和溶液处于静止下进展实验；3. 不同扫描之间，为使电极外表恢复初始状态，应将电极提起后再放入溶液中，或将溶液搅拌，等溶液静止后再扫描；4. 防止电极夹头互相接触导致仪器短路。七 思考题1如何根据体
10、系的循环伏安曲线，判断电极过程的可逆性？2电化学实验中，一般如何处理固体电极外表。3本实验使用的是三电极体系还是两电极体系，并指出具体的电极分别是什么。4铁氰化钾的循环伏安曲线有何特点？并说明其可能的反响机理。数据记录与处理表一铁氰化钾浓度对循环伏安图的影响序号12345铁氰化钾浓度mmol/LEpcVEpaVIpcAIpaAEpmV？Ipc/ Ipa？由表一数据可见，Ep?mV； Ipc/ Ipa1所以，所研究的铁氰化钾体系为 可逆反响过程 。作图 图1 横坐标：铁氰化钾浓度mmol/L；纵坐标：IpcA 一条直线由图1可知，峰电流Ip与铁氰化钾浓度有良好的线性关系, CV法可用于定量分析
11、。表二 扫速对电化学参数的影响铁氰化钾浓度mmol/LV/smV/s51020501002001/2mV1/2/s1/210EpcVEpaVIpcAIpaAEpmV由表二的数据可见，随着扫描速度的增加，阴极峰峰电位Epc变负 ；阳极峰峰电位Epa 变正; Ep 变大。 ？ ？作图 图2 横坐标：1mV/s； 纵坐标：IpcA 光滑的曲线作图 图3 横坐标：1/2mV1/2/s1/2； 纵坐标：IpcA 一条直线由图2，3可知，峰电流Ip与扫描速度的平方根呈良好的线性关系，所以所研究的铁氰化钾体系是受扩散控制的过程。原始数据表一铁氰化钾浓度对循环伏安图的影响序号12345铁氰化钾浓度mmol/LEpcVEpaVIpcAIpaAEpmV6364696869Ipc/ Ipa表二 扫速对电化学参数的影响铁氰化钾浓度mmol/LV/smV/s51020501002001/2mV1/2/s1/210IpcAIpaAEpcVEpaVEpmV636464707580 /
