儀器分析實(shí)驗(yàn)——循環(huán)伏安法測(cè)定電極反應(yīng)參數(shù)

1、循環(huán)伏安法測(cè)定電極反應(yīng)參數(shù)班級(jí)：08級(jí)化工一班姓名： 郭鑫民學(xué)號(hào)：282090140一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)循環(huán)伏安法測(cè)定電極反應(yīng)參數(shù)的基本原理2、熟悉伏安法測(cè)量的實(shí)驗(yàn)技術(shù)二、實(shí)驗(yàn)原理循環(huán)伏安法(CV是最重要的電化學(xué)分析研究方法之一。在電化學(xué)、無機(jī)化 學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)的研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。CV方法是循環(huán)變化的電壓施加于工作電極和參比電極之間，記錄工作電極 上得到的電流與施加電壓的關(guān)系曲線。如圖：循環(huán)伏安法典型激發(fā)信號(hào)三角波電位，轉(zhuǎn)換電位為 0.8V和-0.2V (vs.SCE)當(dāng)工作電極被施加的掃描電壓激發(fā)時(shí)， 其上將產(chǎn)生響應(yīng)電流。以該電流(縱 坐標(biāo))對(duì)電位(橫坐標(biāo))作圖，稱為循環(huán)伏安圖。如圖

2、： 0.1mol/LKNO3電解質(zhì) 溶液中，0.006mol/LK3Fe(CN)6在Pt電極上的反應(yīng)所得到的結(jié)果。E/V(vs.SCE)掃描速度：50V/s鉑電極面積 254nm2其電極反應(yīng)為：選擇施加在a點(diǎn)的起始電位E為0.8V，然后沿負(fù)的電位即正向掃描，當(dāng)電位負(fù)到能夠?qū)e（CN） 63-還原時(shí)，在工作電極上發(fā)生還原反應(yīng)：Fe（CN）63-+e=Fe（CN） 64-,陰極電流迅速增加（b-d），電流在d點(diǎn)達(dá)到最高峰，此后由 于電極附近溶液中的Fe（CN）63-轉(zhuǎn)變?yōu)镕e（CN） 64-而耗盡，電流迅速衰減（d-e）； 在f點(diǎn)電壓沿正的方向掃描，當(dāng)電位正到能夠?qū)e（CN） 64-氧化時(shí)，在

3、工作電極表面聚集的將發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe（CN）64-e= Fe（CN）63-，陽極電流迅速增加（i-j ），電流在j點(diǎn)達(dá)到最高峰，此后由于電極附近溶液中的 Fe（CN） 64-轉(zhuǎn)變 為Fe（CN） 663-而耗盡，電流迅速衰減（j-k）；當(dāng)電壓達(dá)到a點(diǎn)的起始電位E 時(shí)便完成了一個(gè)循環(huán)。循環(huán)伏安圖的幾個(gè)重要參數(shù)為：陽極峰電流（ipa）、陰極峰電流（iQ、陽極 峰電位（Epa）陰極峰電位（&c）。對(duì)可逆氧化還原反應(yīng)E=（Epa+Epc）/2。對(duì)于可逆反應(yīng)，陰陽極峰電位的值， E=Ea Epc" 0.056/n（1）峰電位與掃描速度無關(guān)。而峰電流ip=2.69 X 105n3/2A

4、D/2V/2C, ip為峰電流（A），n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，A 為電極面積（cm1）,D為擴(kuò)散系數(shù)（cmi/s ）,V為掃描速度（V/s ）,C為濃度（mol/L ）。 由此可見，i p與V/2和C都是直線關(guān)系。對(duì)于可逆的電極反應(yīng)：i pa/i pc" 1對(duì)一個(gè)簡單的電極反應(yīng)過程，式（1）、（2）是判斷電極反應(yīng)是否可逆體系依據(jù)。三、儀器和試劑環(huán)伏安儀；X-Y記錄儀；玻璃碳圓盤電極（表面積 0.025 cm2 ）;鉑絲電極；飽和甘汞電極；超聲波清洗儀；微量注射器；電解池。0.10 mol/L K4Fe（CN）6； 0.10 mol/L NaCl 。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、指示電極的預(yù)處理 玻璃碳圓盤

5、電極：用 AI2O3粉末（粒徑0.05卩m或牙膏將電極表面拋光，然后在蒸餾水中超聲波清洗，再用蒸餾水清洗，待用。2、 支援電解質(zhì)的循環(huán)伏安圖在電解池中，放入50 mL0.10 mol/L NaCl溶液，插入電極，以新處理的玻璃碳圓盤電極為指示電極，鉑絲電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，通 N2除氧1015min。進(jìn)行循環(huán)伏安儀設(shè)定，掃描速率為50 mV.s-1 ;起始電位為-0.2 V，終止電位為+0.8 V。開始循環(huán)伏 安掃描，記錄循環(huán)伏安圖。3、 K4Fe(CN)6溶液的循環(huán)伏安圖在上述測(cè)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，攪拌溶液

6、，待溶液靜止后，按步驟2,記錄循環(huán)伏安圖。再向溶液中加入500卩L 0.10 mol/L K4Fe(CN)6 溶液，再記錄循環(huán)伏安 圖。重復(fù)此操作兩次。4、 不同掃描速率K4Fe(CN)6溶液的循環(huán)伏安圖在上述一定濃度的K4Fe(CN)6溶液中，以不同掃描速率 10200 mV.s-1，在-0.2 +0.8 V 電 位范圍內(nèi)掃描，分別記錄循環(huán)伏安圖。五、數(shù)據(jù)記錄表1 濃度c對(duì)CV圖參數(shù)的影響(50mV/s)濃度-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掃描速度v對(duì)CV圖參數(shù)的影響(濃度 c均為0.040 molL)掃描速度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 :壓a ( V )0.2620.2730.2780.2820.2870.291圖1.濃度對(duì)峰電流的影響（掃描速度恒為 50mV/s）快速循環(huán)伏安法掃描速率H50wV/S）400. ooao300.0000開關(guān)電til （1）0.8000 開關(guān)電位2 （伏）-o. 2000 掃描速度（伏7）0.0500 等待時(shí)間（秒）口0.000-300. OOOOo.soo0 400 電位/伏-0.200圖2.掃描速度對(duì)峰電流的影響（濃度恒為 0.040mol L-1）快速循環(huán)伏安法01初始電位（伏）0.8000 開關(guān)電，位1（伏川創(chuàng)0E 開關(guān)電位2（伏卜0.20W等待吋間（秒屮0.<100-0.200電位/伏D'0M300 0000250.0000150.000050.0000-50.0000-150.0009-250.00000. g腳六、數(shù)據(jù)處理圖一：濃度C與峰電流的關(guān)系4-0流電峰圖二：掃描速率V與峰電流的關(guān)系A(chǔ) 一-o-流電峰七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、根據(jù)圖一，在相同的掃描速度下，濃度越大電流越大。2、根據(jù)圖二，在相同濃度下，掃