仪器分析实验——循环伏安法测定电极反应参数

1、循环伏安法测定电极反应参数班级：08级化工一班姓名： 郭鑫民学号：282090140一、实验目的1、学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理2、熟悉伏安法测量的实验技术二、实验原理循环伏安法(CV是最重要的电化学分析研究方法之一。在电化学、无机化 学、有机化学、生物化学的研究领域广泛应用。CV方法是循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间，记录工作电极 上得到的电流与施加电压的关系曲线。如图：循环伏安法典型激发信号三角波电位，转换电位为 0.8V和-0.2V (vs.SCE)当工作电极被施加的扫描电压激发时， 其上将产生响应电流。以该电流(纵 坐标)对电位(横坐标)作图，称为循环伏安图。如图

2、： 0.1mol/LKNO3电解质 溶液中，0.006mol/LK3Fe(CN)6在Pt电极上的反应所得到的结果。E/V(vs.SCE)扫描速度：50V/s铂电极面积 254nm2其电极反应为：选择施加在a点的起始电位E为0.8V，然后沿负的电位即正向扫描，当电位负到能够将Fe（CN） 63-还原时，在工作电极上发生还原反应：Fe（CN）63-+e=Fe（CN） 64-,阴极电流迅速增加（b-d），电流在d点达到最高峰，此后由 于电极附近溶液中的Fe（CN）63-转变为Fe（CN） 64-而耗尽，电流迅速衰减（d-e）； 在f点电压沿正的方向扫描，当电位正到能够将Fe（CN） 64-氧化时，在

3、工作电极表面聚集的将发生氧化反应：Fe（CN）64-e= Fe（CN）63-，阳极电流迅速增加（i-j ），电流在j点达到最高峰，此后由于电极附近溶液中的 Fe（CN） 64-转变 为Fe（CN） 663-而耗尽，电流迅速衰减（j-k）；当电压达到a点的起始电位E 时便完成了一个循环。循环伏安图的几个重要参数为：阳极峰电流（ipa）、阴极峰电流（iQ、阳极 峰电位（Epa）阴极峰电位（&c）。对可逆氧化还原反应E=（Epa+Epc）/2。对于可逆反应，阴阳极峰电位的值， E=Ea Epc" 0.056/n（1）峰电位与扫描速度无关。而峰电流ip=2.69 X 105n3/2A

4、D/2V/2C, ip为峰电流（A），n为电子转移数，A 为电极面积（cm1）,D为扩散系数（cmi/s ）,V为扫描速度（V/s ）,C为浓度（mol/L ）。 由此可见，i p与V/2和C都是直线关系。对于可逆的电极反应：i pa/i pc" 1对一个简单的电极反应过程，式（1）、（2）是判断电极反应是否可逆体系依据。三、仪器和试剂环伏安仪；X-Y记录仪；玻璃碳圆盘电极（表面积 0.025 cm2 ）;铂丝电极；饱和甘汞电极；超声波清洗仪；微量注射器；电解池。0.10 mol/L K4Fe（CN）6； 0.10 mol/L NaCl 。四、实验步骤1、指示电极的预处理 玻璃碳圆盘

5、电极：用 AI2O3粉末（粒径0.05卩m或牙膏将电极表面抛光，然后在蒸馏水中超声波清洗，再用蒸馏水清洗，待用。2、 支援电解质的循环伏安图在电解池中，放入50 mL0.10 mol/L NaCl溶液，插入电极，以新处理的玻璃碳圆盘电极为指示电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，通 N2除氧1015min。进行循环伏安仪设定，扫描速率为50 mV.s-1 ;起始电位为-0.2 V，终止电位为+0.8 V。开始循环伏 安扫描，记录循环伏安图。3、 K4Fe(CN)6溶液的循环伏安图在上述测定后的溶液中，用微量注射器加入500卩L 0.10 mol/L K4Fe(CN)6溶液，搅拌溶液

6、，待溶液静止后，按步骤2,记录循环伏安图。再向溶液中加入500卩L 0.10 mol/L K4Fe(CN)6 溶液，再记录循环伏安 图。重复此操作两次。4、 不同扫描速率K4Fe(CN)6溶液的循环伏安图在上述一定浓度的K4Fe(CN)6溶液中，以不同扫描速率 10200 mV.s-1，在-0.2 +0.8 V 电 位范围内扫描，分别记录循环伏安图。五、数据记录表1 浓度c对CV图参数的影响(50mV/s)浓度-1(mol)0.0200.0400.0600.080-6i pc( x 10 A)88.3746160.384246.624324.462_6i p< x 10 A)-89.16

7、67-169.351-252.219-327.048Epc( V )0.1370.1340.1350.136氐(V )0.2460.2620.2680.273表2扫描速度v对CV图参数的影响(浓度 c均为0.040 molL)扫描速度v(V / s )0.0500.1000.1250.1500.1750.200石0.2240.3160.3540.3870.4180.447i pc( x 10-6A)160.384212.832232.658247.269262.333273.838i p< x 10-6A)-169.351-221.786-238.952-254.838-267.005-

8、273.778氐(V )0.13410.115r 0.1080.1030.098r 0.091 :压a ( V )0.2620.2730.2780.2820.2870.291图1.浓度对峰电流的影响（扫描速度恒为 50mV/s）快速循环伏安法扫描速率H50wV/S）400. ooao300.0000开关电til （1）0.8000 开关电位2 （伏）-o. 2000 扫描速度（伏7）0.0500 等待时间（秒）口0.000-300. OOOOo.soo0 400 电位/伏-0.200图2.扫描速度对峰电流的影响（浓度恒为 0.040mol L-1）快速循环伏安法01初始电位（伏）0.8000 开关电，位1（伏川创0E 开关电位2（伏卜0.20W等待吋间（秒屮0.<100-0.200电位/伏D'0M300 0000250.0000150.000050.0000-50.0000-150.0009-250.00000. g脚六、数据处理图一：浓度C与峰电流的关系4-0流电峰图二：扫描速率V与峰电流的关系A 一-o-流电峰七、实验结论1、根据图一，在相同的扫描速度下，浓度越大电流越大。2、根据图二，在相同浓度下，扫