实验4循环伏安法判断电极过程

1、一、实验目的1学会使用电化学工作站进行循环伏安法的测定。2掌握用循环伏安法判断电极的可逆性。3测量峰电流和峰电位，了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响。二、实验原理1循环伏安法循环伏安法和单扫描极谱法类似。是在电极上施加一个线性扫描电压，当到达某设定的终止电位后，再反向回扫至某设定的起始电压。进行正向扫描时若溶液中存在氧化态O，电极上将发生还原反应：O ne-R反向回扫时，电极上的还原态R将发生氧化反应：RO ne-图1 循环伏安法的典型激发信号三角波电位，转换电位为0.8 V 和0.2 V（vs.SCE）2测量原理例循环伏安图，图2峰电流表示为：ip2.69×105×n3

2、/2v1/2D1/2Ac其中：ip为峰电流（A，安培）；n为电子转移数；D为扩散系数（cm2·s-1）；v为电压扫描速度（V·s-1）；A为电极面积（cm2）；c为被测物质浓度（mol·L-1）。图2 循环伏安图从循环伏安图可获得氧化峰电流ipa与还原峰电流ipc，氧化峰电位Epa与还原峰电位Epc。对于可逆体系，氧化峰电流ipa与还原峰电流ipc绝对值的比值ipa/ipc1氧化峰电位Epa与还原峰电位Epc电位差：EEpa Epc （V）（T = 298 K）条件电位Eo：Eo由此可判断电极过程的可逆性三、仪器与试剂1仪器：电化学工作站，金元盘电极、铂圆盘电极和

3、玻璃碳电极，铂丝电极和饱和甘汞电极。2试剂：1×10-2mol·L-1 K3Fe(CN)6；1.0 mol·L-1 KNO3。四、实验步骤1溶液的配制取5.0 mL铁氰化钾的原始溶液于100mL容量瓶中，稀释、定容，得到1.0×10-3的Fe(CN)63-溶液；取10mL1.0×10-3的Fe(CN)63溶液于100mL容量瓶中，稀释、定容，得到1.0×10-4的Fe(CN)63-溶液；取10mL1.0×10-4的Fe(CN)63溶液于100mL容量瓶中，稀释、定容，得到1.0×10-5的Fe(CN)63-溶液。2

4、指示电极的预处理金圆盘玻碳电极用Al2O3粉末（粒径0.05 µm）或牙膏将电极表面抛光，然后用蒸馏水清洗。 3支持电解质的循环伏安图 (检测工作电极)在电解池中放入0.1 mol·L-1 KNO3溶液，插入电极，以新处理的金圆盘玻碳电极为指示电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，进行循环伏安仪设定，扫描速率为0.02 V/s；起始电位为0.2 V；终止电位为0.8 V。开始循环伏安扫描，以检验电极表面的光滑程度，循环伏安图应为一条过原点的直线。4.不同速率K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图在电解池中放入1.00×10-3mol/L K3Fe

5、(CN)63溶液，插入铂圆盘（或金圆盘）指示电极，铂丝辅助电极和饱和甘汞电极，通N2除O2。扫描速率20mV/s,从+0.80-0.20V扫描，记录循环伏安图。以不同速率扫描：10mV/s、40mV/s、60mV/s、80mV/s、100mV/s和200mV/s，分别记录从+0.80-0.20V扫描的循环伏安图。5.不同浓度K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图以20mV/s扫描速率，从+0.80-0.20V扫描，分别记录1.00×10-5 mol/L、1.00×10-4mol/L、1.00×10-3mol/L和1.00×10-2mol/L K3Fe(CN)

6、6 +mol/L KNO3溶液的循环伏安图。五、结果处理1.不同扫描速率的循环伏安图及数据：(1)200mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.207ip1(A) = -E-6Ah1(C) = -E-6Ep2(V) = ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-6(2)100mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.2ip1(A) = -E-6Ah1(C) = -E-6Ep2(V) = ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-6(3)80mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.199ip1(A) = -1.980167E-6Ah1(C)

7、= -E-6Ep2(V) = ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-6(4)60mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.201ip1(A) = -E-6Ah1(C) = -E-6Ep2(V) = ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-6(5)40mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.206ip1(A) = -E-6Ah1(C) = -E-6Ep2(V) = ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-6(6)10mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.198ip1(A) = -E-7Ah1(C) = -E-663ip2(A)

8、= E-7Ah2(C) = E-6ipa/AE-7E-6E-6E-6E-6E-6ipc/A-E-7-E-6-E-6-1.980167E-6-E-6-E-6a/Vc/Vv/(mV/s)104060801002002.不同浓度K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图及数据：(1)1.00×10-5mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:58ip1(A) = -E-9Ah1(C) = -E-8Ep2(V) = 0.213ip2(A) = E-9Ah2(C) = E-8(2)1.00×10-4mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.193ip1(A) = -E-8Ah1(C

9、) = -E-7Ep2(V) = ip2(A) = E-8Ah2(C) = E-7(3)1.00×10-3mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.195ip1(A) = -E-7Ah1(C) = -E-6Ep2(V) = 0.087ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-6(4)×10-2mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:08ip1(A) = -3.516266E-6Ah1(C) = -E-537ip2(A) = E-6Ah2(C) = E-63. 分别以ipa和ipc对v1/2作图，并说明峰电流与扫描速率的关系。ipa/AE-7E-6E-6E-6

10、E-6E-6ipc/A-E-7-E-6-E-6-1.980167E-6-E-6-E-6v1/2/(mV/s)1/2101/22*101/22*151/24*51/21010*21/24.计算ipa / ipc，º和。溶液浓度/mol·L-1扫描速率/（mV·s-1）ipa / ipcº1.00×10-310204060801002001.00×10-4201.00×10-2205.从实验结果说明K3Fe(CN)6在KNO3溶液中极谱电极过程的可逆性。答：K3Fe(CN)6在KNO3溶液中极谱电极过程的是可逆的。六、思考题（1）解释K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图形状。在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中的Red被氧化生成Ox，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位到原起始电位期间，在指示电极表面生成的Ox被还原生成Red，产生还原电流。（2）如何用循环伏安法判