线性扫描伏安法与循环伏安法实验

1、课程名称 仪器分析实验 成绩评定实验项目名称 线性扫描伏安法与循环伏安法实验 指导教师实验项目编号 实验项目类型 实验地点学生姓名 学号学院 系化学系专业实验时间2015年11月13日下午11月13日下午 温度C湿度实验目的掌握线性扫描伏安法及循环伏安法的原理；掌握微机电化学分析系统的使用及维护。掌握利用线性扫描伏安法进行定量分析及利用循环伏安法判断电极反应过程。实验原理线性扫描伏安法：线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压，记录工作电极上的电解电 流的方法。记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。可逆电极反应的峰电流如下：i = 2.69 x105 n3 2ADi 2yi

2、2c式中，n为电子交换数；A为电极有效面积；D为反应物的扩散系数；v为 电位扫描速度；c为反应物（氧化态）的本体浓度。当电极的有效面积A不变时， 上式可简化为：i = Kvi 2c即峰电流与电位扫描速度v的1/2次方成正比，与反应物的本体浓度成正比。 这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。可逆电极反应，峰电位与扫描速度无关，E = E121.1RT/ nF电极反应为不可逆时，峰电位E随扫描速度V增大而负（或正）移。 循环伏安法：循环伏安法的原理与线性扫描伏安法相同，只是比线性扫描伏安法多了一个回 扫，所以称为循环伏安法。循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术，也是 电化学表征的主要方法。循环伏

3、安法有两个重要的实验参数，一是峰电流之比， 二是峰电位之差。对于可逆电极反应，峰电流之比i /i （阴极峰电流i与阳极 pc papc峰电流i a之比）的绝对值约等于1。峰电位之差AE （阴极峰电位E与阳极峰 电位E 之差）约为 60mV（25C）,即 AE = 2.22RT/nF。仪器与试剂仪器：电化学分析系统，三电极系统：玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为 参比电极，伯电极为辅助电极。试剂：1.0 x 10-3mol/L K3Fe(CN)6溶液(含 0.1mol/L 的 KCl 的支持电解质)。实验内容与步骤选择仪器使用方法：电位扫描技术一线性扫描伏安法或循环伏安法。参数设置：线性扫描伏安

4、法一初始电位，0.60V；终止电位，-0.12V；扫描速度 根据实验需要设定；灵敏度选择10-4A；滤波参数，50Hz ；放大倍数，1。循环伏安法一初始电位，0.60V；终止电位，0.60V；扫描速度根据实验需要设定； 灵敏度选择10-4A；滤波参数，50Hz ；放大倍数，1。线性扫描伏安法实验：以1.0 x 10-3 mol/L K3 Fe(CN) 6溶液为实验溶液。分别设定扫描速度(V/s)为： 0.02、0.05、0.10、0：20、0.30、0.40、0.50 和 0.60，记录线性扫描伏安图，图1线性扫描伏安图三aPotential / V图1线性扫描伏安图三aPotential /

5、 V扫描速度(V/s)0.020.050.100.200.300.400.50峰电流(ip)/ p a12.7120.1728.0838.9446.8953.4159.01峰电位(Ep)/v0.1410.1390.1320.1330.1320.1290.126表1数据记录0.6063.720.123Nov. 13. 2015 14:55:46Tech; LSVFile: B.blnInit E (V) = 0.6Final E V) = -0.12Scan Rate (V/s) = 0.6 Smpl Interval (V) = 0.001 Oulet Time (s) = 2 Sensiti

6、vity (AA/ = 1 e-48.bin1 .bin2.bin3.bin4.bin5.bin6.bin7.binNov. 13,2015 14:53:34 Tech: LSVFile: 5.binInit E(V) = 0.6Final E(V) =-0.12Scan Rate (V/s) = 0.3 Smpl Interval (V) = 0.001 Quiet Time =2 Sensitivity (A/V) = 1e-4Ep = 0.133V ip = 4.689e-5A Ah = 1.047e-5C图2 0.30V/s线性扫描伏安图 配制系列浓度的 K3Fe(CN) 6溶液(mo

7、l/L)(含 0.1mol/L 的 KC1) : 1.0 x 10-3、 2.0 x 10-3、4.0 x 10-3、6.0 xiof 8.0 x 10-3、1.0 x 10-2。固定扫描速度为 0.10V/s, 记录各个溶液的线性扫描图。将各实验结果填入表2中。浓度/(mol/L)峰电流浓度/(mol/L)峰电流(ip)/ 时1.0 x 10-32.0 x10-34.0 x10-36.0 x 10-38.0 x 10-328.0855.23105.1151.4194.01.0 x 10-2234.3图3 0.10V/s线性扫描伏安图Nov. 13,2015 15:28:48Tech: LSV

8、File: 005Init E (V) = 0.6Final E (V) = -0.12Scan Rate (V/s) = 0.1Smpl Interval (V) = 0.001Quiet Time (s) = 2Sensitivity (A/V) = 1e-4一 005 3.bin004.bin005.bin001.bin002.bin003.binPotential / V循环伏安法实验：以1.0 x 10-3 mol/L K3 Fe(CN) 6溶液为实验溶液，改变扫描速度，将实验结果填入 表3中。扫描速度为0.10V/s的循环伏安图如图5所示。7.06.05.04.03.07.06.0

9、5.04.03.02.01.00-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0File: 08Init E(V) = 0.6High E(V) = 0.6Low E (V) = -0.3Init P/N = NScan Rate (V/s) = 0.6Segment = 2Smpl Interval (V) = 0.001Quiet Time (s) = 2Sensitivity (A/V) = 1e-408O1.bin02.bin03.bin04.bin05.bin06.bin07.bin0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.100-0.10 -0.20 -0.30Pote

10、ntial / V图4循环伏安图扫描速度(V/s)峰电流之比(p扫描速度(V/s)峰电流之比(p/pa) /PA峰电位之差(AE)/mV0.020.050.100.200.300.400.501.0081.0151.0131.0121.0131.0221.019686876818694980.601.01696Nov. 13,2015 15:03:27 Tech: CVFile: 03.binInit E (V) = 0.6High E(V) = 0.6Low E (V) = -0.3 Init P/N = NScan Rate (V/s) = 0.1Segment = 2Smpl Inter

11、val (V) = 0.001Quiet Time (s) = 2Sensitivity (AA/) = 1e-4Segment 1:Ep = 0.134V ip = 2.798e-5AAh = 1.935e-5CSegment 2:Ep = 0.208V ip = -2.762e-5AAh = -1.776e-5CPotential V图5 0.10V/s循环伏安图数据处理及结果分析1.将表1中的峰电流对扫描速度v的1/2次方作图（i V12 ）得到一条直线，说明什么问题？峰电流与扫描速度v的1/2次方成正比，说明电极电流是扩散控制。2.将表1中的峰电位对扫描速度作图（Ep-v），并根据曲线

12、解释电极过程。峰电位E随扫描速度增大而负移，说明电极反应为不可逆过程。P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。在一定的扫描速度下，峰电流与浓度成正比，灵敏度高。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？还原峰电流i与氧化峰电流i之比i /i 21,可判断此反应为可逆反应。 pcpapc pa以表3中的峰电位之差值对扫描速度作图（KEv）,从图上能说明什么问题?5io5)5jo55io59争8&7 76 & 5544扫描速度气远大于60mV，故判断此反应不可逆。六思考题请就图5简述循环伏安法的原理，步骤及各部分曲线的含义。答：电流电压曲线包括两个分支，前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在 电极上还原，产生还原波，后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又重新在 电极上氧化，产生氧化波。因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧化过程的循 环，该法称为循环伏安法，其电流一电压曲线称为循环伏安图。如果电活性物质 可逆性差，则氧化波与还原波的高度就不同，对称性也较差。简述可逆电极过程的诊断标准。答：还原峰电流ic与氧化峰电流ia之比ic/i 21，氧化峰与还原峰峰电位之 差AE约为60mV如50，则电极反应为可逆过程。简述利