实验讲义- 脉冲、方波、线扫、循环伏安

1、脉冲技术实验八 水中铅、镉离子的电化学检测一、实验目的1、学会用脉冲技术测定微量离子的方法;2、熟悉电化学工作站的使用方法一、实验原理差分脉冲极谱法又称为微分脉冲极谱法，它施加于电化学池的电压和时序关 系如图所示。（a）（b）工作电极的电位首先保持在E.，维持T秒，此时不发生电极反应，没有法拉 第电流流过。在T秒时，电极电位突然阶跃至E值，维持4060ms。在加脉冲 期间，在脉冲末期一预定时刻t开始记录通过电化学池的电流。脉冲结束时工作 电极电位又回复到起始电位，开始下一个脉冲周期。每个周期的电极电位保持在 E.的时间及加脉冲的时间，采样电流的时间和脉冲结束的时间完全相同，仅脉冲 电压较前一周

2、期增加AEmV。记录电流的方法有两种，一是在加脉冲后的预定 时刻t至脉冲结束前的一极短时间间隔内记录电流的积分值，由此称为积分极 谱。二是加脉冲后的时间t的电流和加脉冲前瞬间（t）的电流的差值。LK2006A 型记录电流的方式为后者。二、仪器与试剂仪器LK2006A电化学工作站（天津兰力科化学电子高技术有限公司）；三 电极体系：工作电极为银基汞膜电极或已镀好汞膜的玻碳电极，参比电极为饱和 甘汞电极，对电极为伯片电极。试剂 1.00 x10-3 molL-iCd2+标准溶液，1.00 x10-3 molLPb2+标准溶液， 4molL-1盐酸。四、实验步骤1、汞膜电极用湿滤纸沾去污粉擦净电极（银

3、丝）表面，用蒸馏水冲洗后浸入 1：1HNO3中，待表面刚变白后立即用蒸馏水冲洗并沾汞。初次沾汞往往浸润性不 良，可用干滤纸将沾有少许汞的电极表面擦匀擦亮，再用1： 1HNO3把此汞膜溶 解，蒸馏水洗净后重新涂汞膜。每次沾涂一滴汞（约45mg），涂汞需在Na2SO3 除O2的氨水中进行。新制备的汞膜电极应在0.1mol/L KCl （Na2SO3除O2）中于 -1.8V （vs.Ag/AgCl电极）阴极化并正向扫描至-0.2V，如此反复扫描3次左右后 电极便可使用。2、打开LK2006A电化学工作站，选择“脉冲技术”中的“差分脉冲溶出伏安法”。3、设置实验参数：初始电位：-0.10V，电沉积电位

4、：-1.0V，终止电位：-0.10V，电位增量：4mV， 脉冲幅度：20 mV，脉冲宽度：40ms，脉冲间隔：100ms，电沉积时间：60s，平 衡时间：15s，灵敏度：100pA，滤波参数：10Hz，放大倍率：1。另外，需要注意的是，在检测实验开始之前，须先打开LK2006A内置搅拌 器开关（此开关在仪器背面），将搅拌速度值手动调整设置为700 1000转/分。 上述步骤完成后，开始实验，搅拌装置会自动在“溶出过程”中启动，并在“溶出 过程”结束后自动停止，无须通过“手动”按键进行控制。4、准确移取25.0 mL自来水于50 mLl容量瓶中，加1.0mL 4molL-1盐酸、2.0mL Cd

5、2+和Pb2+标准溶液，稀释至刻度。5、将三电极系统插入溶液中，夹好电极夹，并确认电化学工作站与微机系统连 接正常后启动仪器开始测定，并保存。水样要测定4次，取后3次平均值。同时 分别加入Cd（II）、，Pb（II）标准溶液各501。再按上述条件测定4次，取后3次 平均值。6、实验结果示意图：镉峰铅峰注：上述方法与参数同样适用于铜离子的电化学检测。茬分脉冲溶出伏安法-2.WW-3.W成话日磷心I仰（？ tww电g叫饮）4颇概北电主代I加岫日电企皿|世日朝血中网E，世闩flaw、独度淋HJ04OR世皿眼附山1EWBZUJBrEllWlE#5g|15五、结果处理用标准加入法计算水样中Cd、Pb的浓

6、度。以g/m表示。六、思考题说明脉冲极谱法的基本原理。安全注意事项：汞膜电极在涂汞、使用和溶解汞的操作中，注意不要把汞遗漏到实验室。不连续使用汞膜电极时，应把电极上的汞溶解除净后保存。方波技术实验九 河水中铜、镉、锌方波溶出伏安法的同时测定一、实验目的1、掌握方波溶出伏安法的基本原理及同时测定水样中铜、镉、锌的实验技术。2、学会LK 98BII微机电化学分析系统的使用方法。二、实验原理在醋酸一醋酸钠缓冲溶液中，铜、镉、锌在一定的电位下被沉积在银基汞膜 电极上，静止后，加上方波扫描电压（电压的类型是在线行变化的直流电压上叠 加高频小振幅的连续方波电压），使沉积的金属重新溶出，并在每个方波改变方

7、向前的瞬间记录溶出电流。此时得一峰形波，波高与被测金属离子的浓度成正比， 借此次可进行定量分析。三、仪器与试剂仪器LK 98BII微机电化学分析系统（天津市兰力科化学电子高科技有限 公司）；三电极系统：银基汞膜电极作工作电极，饱和甘汞电极作参比电极，铂 电极作对极；100叫微量进样器四只；50ml烧杯数只。试剂1.0 x10-3 mol/L醋酸一醋酸钠缓冲溶液；Cd（ II ）,Cu（ II ）,Zn （II）标准溶 液（1.0mg/ml）:用时均配成10pg/ml标准溶液。四、实验步骤1、汞膜电极用湿滤纸沾去污粉擦净电极（银丝）表面，用蒸馏水冲洗后浸入1：1HNO3中，待表面刚变白后立即用蒸

8、馏水冲洗并沾汞。初次沾汞往往浸润性不 良，可用干滤纸将沾有少许汞的电极表面擦匀擦亮，再用1： 1HNO3把此汞膜溶 解，蒸馏水洗净后重新涂汞膜。每次沾涂一滴汞（约45mg），涂汞需在Na2SO3 除O2的氨水中进行。新制备的汞膜电极应在0.1mol/L KCl （Na2SO3除O2）中于 -1.8V （vs.Ag/AgCl电极）阴极化并正向扫描至-0.2V，如此反复扫描3次左右后 电极便可使用。2、打开LK 98BII微机电化学分析系统，选择“方波溶出伏安法”。3、设置实验参数：灵敏度：20A/V，初始电位：0.00V，终止电位：-0.1V，滤波参数：10Hz， 电沉积电位：-1.40V，放大

9、倍率：2，电位增量：6 m V方波周期：100ms，方 波幅度：20 mV,平衡时间：10s，电沉积时间：120s。4、准确移取25.0 ml河水于50 ml容量瓶中，加5ml醋酸一醋酸钠缓冲溶液， 稀释至刻度。5、将三电极系统插入溶液中，夹好电极夹，并确认电化学主机与微机系统连接 正常后启动仪器开始测定，并保存。河水样要测定4次，取后3次平均值。同时 分别加入Cd(II),Cu(II),Zn (II)标准溶液各50叫。再按上述条件测定4次，取后 3次平均值。五、结果处理用标准加入法计算河水中Cd、Cu、Zn的浓度。以pg/ml表示。六、思考题说明方波溶出伏安法的基本原理。线性扫描伏安法实验十

10、线形扫描伏安法测定氧化锌试剂中的微量铅一、实验目的1、了解线性扫描伏安法的特点和基本原理；2、.掌握线性扫描伏安法的定量分析方法；二、实验原理在稀盐酸溶液中，Pb+2的还原波为一可逆波，峰电位在一0.4V左右(vs: SCE), 在一定条件下，峰电流与溶液中Pb+2的浓度成正比，可用于测定铅的含量。三、仪器与试剂仪器LK2005A电化学工作站(天津市兰力科化学电子高科技有限公司： 三电极系统：悬汞电极作工作电极，Ag-AgCl电极作参比电极，伯电极作对极。试剂Pb (II)标准溶液：称取3.312gPb(NO3)2,加几滴HNO3，用去离子 水溶解后转移至100ml容量瓶中，用水稀至刻度，摇匀

11、，得到1.00 x10-2molL-i Pb (II)标液。使用时稀至含铅(II) 2.00 x10-4 mol-L-1溶液；ZnO：分析纯试 剂四、操作步骤1、选择方法中的线形扫描伏安法，实验条件见表1表1实验条件的设定灵敏度：1uA/V初始电位：-0.300V滤波参数：10Hz终止电位：-0.600V放大倍率：16扫描速度：100mV/s电位增量：1mV2、称取ZnO约0.8g，用25 ml 1 molL-1HCl溶解后，移到100ml容量瓶中， 用去离子水定容，得到0.1 mol-L-1ZnCl2试液。3、移取ZnCl2试液10.0ml通N2除O2 5分钟后测定，测两份平行样。4、 在上

12、试液中加 0.10ml 2.00 x10-4 mol-L-1 Pb (II)溶液，通 N25min 后再测， 读取峰高值并保存。平行测定三次。五、数据处理根据加入标准前后测取的峰高值以及所加入的铅离子标准溶液的体积和浓 度，计算铅的百分含量。注：分析纯ZnO试剂中Pb (II)的最高允许含量为0.01 %。从测定结果看是 否合格？循环伏安法实验十铁氰化钾在玻碳电极上的氧化还原、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、熟悉伏安法测定的实验技术3、学习固体电极表面的处理方法二、实验原理循环伏安法(CV)是将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

13、电压的关系曲线。扫描电压V循环伏安法的典型激发信号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，以电流对电位 作图，称为循环伏安图。典型的循环伏安图如下：对可逆氧化还原电对的式量电位E。与Epc和Epa的关系为:EEpa-Epc2（1）而两峰之间的电位差值为：（2）= E - E泌四关 jJ?jS*l2.jPl-对铁氤化钾电对，其反应为单电子过程，AEp是多少？从实验求出来与理论 值比较。对可逆体系的正向峰电流，由Randles-Savcik方程可表示为：ip = 2.69x105n3/2AD2ui/2c（3）其中：ip为峰电流（A），n为电子转移数，A为电极面积（cm2）, D为扩

14、散系数（cm2/S），u为扫描速度（V / s），c为浓度（mol/L）。根据上式，i与ui/2和c都是直线关系，对研究电极反应过程具有重要意 义。在可逆电极反应过程中，妙1四 1（4）对一个简单的电极反应过程，式（2）和式（4）是判别电极反应是否可逆体系的 重要依据。三、仪器与试剂仪器 LK2005A电化学工作站（天津市兰力科公司）；三电极系统：玻碳电 极为工作电极，Ag/AgCl电极（或饱和甘汞电极）为参比电极，伯电极为对极（伯 丝、伯片、伯柱电极均可）；试剂 1.0 x10-3mol/L K3Fe（CN）6（铁氤化钾）溶液（含 0.2mol/L KNO3）。四、实验步骤1、选择仪器实验方

15、法：电位扫描技术循环伏安法。2、参数设置：初始电位：0.60V；开关电位1： 0.60V；开关电位2： -0.20V； 等 待时间:3-5s；扫描速度：根据实验需要设定；循环次数：2-3次；灵敏度选择： 10pA；滤波参数：50Hz；放大倍数：1.3、操作步骤：i.以1.0 x10-3mol/L K3Fe（CN）6溶液为实验溶液。分别设扫描速度为0.02, 0.05, 0.10，0.20，0.30，0.40，0.50和0.60V/s，记录扫描伏安图，并将实验结果填入 下表（表1）：表1线性扫描伏安法实验结果扫描速度（V/s）0.020.050.100.200.300.400.500.60峰电流

16、（ip）峰电位（Ep）ii.配置系列浓度的K3Fe（CN）6（铁氤化钾）溶液（含0.2mol/L KNO3）：1.0 x10-3, 2.0 X10-3, 4.0 X10-3, 6.0 x10-3, 8.0 x10-3, 1.0 x10-2mol/L 固定扫描速度为0.10V/S，记录各个溶液的扫描伏安图。将实验结果填入下表（表2）：表2不同浓度溶液的峰电流浓度(mol/L)1.0 x10-32.0 x10-34.0 x10-36.0 x10-38.0 x10-31.0 x10-2峰电流（ip）iii以1.0 x10-3mol/L K3Fe（CN）6（铁氤化钾）溶液为实验溶液，改变扫描速度，将

17、实验结果填入下表（表3）：表3不同扫速下的峰电流之比和峰电位之差扫描速度（V/s）0.020.050.100.200.300.400.500.60峰电流之比（I iPc/iPa 1）峰电位之差（AEp）五、数据处理：1、将表1中的峰电流对扫描速度v的1/2次方作图（ip-v1/2）得到一条直线，说 明什么问题？2、将表1中的峰电位对扫描速度作图（Ep-v）,并根据曲线解释电极过程。3、将表2中的峰电流对浓度作图（ip-C）,将得到一条直线。试解释之。4、表3中的峰电流之比值几乎不随扫描速度的变化而变化，并且接近于1,为 什么？5、以表3中的峰电位之差值对扫描速度作图（AEp-v）,从图上能说明

18、什么问题？六、思考题1、解释溶液的循环伏安图的形状.2、如何利用循环伏安法判断电极过程的可逆性实验十二 银在氢氧化钾溶液中的电化学行为研究一、实验目的通过银在氢氧化钠溶液中的循环伏安曲线，判断电极体系发生的电化学反 应，加深理解极化过程对电极电势的影响。二、实验原理电位从-0.20V开始向电位正方向扫描，此时研究电极表面是金属银。在0.12V 以后电流逐渐上升，出现一个比较低、比较平的电流峰，这是金属银Ag氧化成 氧化银Ag2O所引起的阳极电流峰，其反应方程是为：2Ag + 2OH 一 Ag 2 O + H2 O + 2e（1）该反应的平衡电势为E vs.Ag/AgCl = 0.122 V。可

19、见曲线上开始出现电流峰的电 eq势与平衡电势偏离很小，说明此时反应极化很小，这同金属Ag的导电性很好有 关。但是电流始终未达到很大的数值，表现为一个很低、很平的电流峰，这是因 为反应式（1）的产物Ag2O以成相膜的形式覆盖在电极表面上，使电极导电性 迅速下降，阻碍了反应（1）的进行。当电势扫描至0.57V左右时，一个新的阳极电流峰开始出现，这是由于Ag2O 氧化为AgO所引起的，其反应方程式为：Ag2O + 2OH一 2AgO + H2O + 2e（2）该反应的平衡电势为E vs.Ag/AgCl= 0.346V。显然，曲线上开始出现第二个 eq氧化峰的电势远比其平衡电势更正，说明此时反应极化很

20、大，这是因为此时Ag2O 均匀地覆盖在银丝电极表面上，而Ag2O的电阻率极高（7x 108Q.cm），大大增 加了电极的电阻极化。但是该电流峰远较第一个氧化峰高，这是因为随着反应的 进行，Ag2O逐渐转化成电阻率较小的AgO（1104Q. cm），电阻极化迅速下降， 极化电流迅速增大。当电势扫描至0.75V左右时，电流又开始上升，同时可看到在电极表面上有 气体逸出，这时的电流用于析出氧气，其反应方程式为：4OH一 2H2O + O2 + 4e（3）当扫描至1.0V时，电势开始换向，进行反向扫描。当电势反向扫描至0.33V左 右时，开始出现阴极电流峰，这是由AgO还原成Ag2O所引起的，即反应式（2） 的逆反