循環(huán)伏安法實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗七、循環(huán)伏安法觀察Fe(CN)63/4及抗壞血酸的電極反應過程一、實驗目的1、學習并理解可逆電極反應的發(fā)生條件。2、學習循環(huán)伏安法測定電極反應參數(shù)的基本原理和方法。3、熟悉儀器的使用并根據(jù)所測數(shù)據(jù)驗證并判斷電極反應是否是可逆反應。二、實驗原理 1、溶液中的電解質(zhì)會離解出陰、陽離子，在外電場作用下發(fā)生定向移動產(chǎn)生電流使整個回路導通。在電場的作用下，陰、陽離子分別向陽極、陰極移動，并在電極表面發(fā)生氧化或還原反應。如果電極反應的速度足夠快以致使得當離子剛移動到電極表面的反應區(qū)便立刻被反應掉，即電極表面總是處于缺少反應物的狀態(tài)，這時電極表面的反應是可逆的，能量損失較小。

2、2、凡是能夠測出電流電壓關系獲得I-U曲線的方法都可成為伏安法。循環(huán)伏安法便是讓電壓做循環(huán)變化同時測出電流的改變的方法。因此對于可逆的電極反應，所獲得的曲線具有某種對稱性，曲線會出現(xiàn)兩個峰，電位差為： 其中，Epa和Epc分別對應陰極和陽極峰電勢。對應的正向峰電流滿足Randles-Savcik方程：其中ip為峰電流（A），n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，A為電極面積（cm2），D為擴散系數(shù)（cm2/s），v1/2為掃描速度（V/s），c為濃度（mol/L）。 3、對本實驗： 該電極反應時可逆的。用循環(huán)伏安法測量時，所得曲線會出現(xiàn)最大值和最小值，比較兩個峰值所對應的電勢之間的差值，若大小為0.056則說明該反

3、應是可逆的；同時根據(jù)Randles-Savcik方程，ip 和v1/2 和濃度c都成直線關系，若兩個峰電流比值接近于1，也可說明該電極反應是可逆的。因此，本實驗中，用循環(huán)伏安法測出峰電流、峰電位是關鍵。三、實驗試劑和儀器 1、伏安儀，工作電極、輔助電極、參比電極，0.5ml移液管，50ml容量瓶，燒杯2、0.50mol/L氯化鉀溶液，0.10mol/L鐵氰化鉀空白溶液，0.10mol/LH3PO4-KH2PO4溶液，0.10mol/L抗壞血酸溶液.四、實驗步驟1、a)移取0.50mol/L氯化鉀溶液20mL于50mL燒杯中，插入工作電極、對電極和參比電極，將對應的電極夾夾在電極接線上，設置好如

4、下儀器參數(shù)： 初始電位：0.60V; 開關電位1：0.60V; 開關點位2：0.0V 電位增量：0.001V； 掃描次數(shù)：1； 等待時間：2 電流靈敏度：10µA 濾波參數(shù)：50Hz; 放大倍率：1； b) 以50mV/s的掃描速度記錄氯化鉀空白溶液的循環(huán)伏安曲線并保存。 c) 向燒杯中加入0.10mL0.10mol/L鐵氰化鉀空白溶液，同樣以50mV/s的掃描速度記錄循環(huán)伏安圖并保存。d) 分別再向溶液中加入0.1、0.2、0.4mL0.10mol/L鐵氰化鉀溶液重復c)操作。e) 分別以5mV/s、10mV/s、20mV/s、50mV/s、100mV/s、200mV/s的掃描速度

5、記錄最后溶液的循環(huán)伏安曲線?？箟难崛芤旱牟僮鞑襟E與過程和鐵氰化鉀溶液相同，但電解液換成0.10mol/LH3PO4-KH2PO4溶液，并按下列儀器參數(shù)記錄。初始電位： 0.0V; 開關電位1：0.0V; 開關點位2：1.0V 電位增量：0.001V； 掃描次數(shù)：1； 等待時間：2 電流靈敏度：10µA 濾波參數(shù)：50Hz; 放大倍率：1注：測定抗壞血酸溶液時，每次啟動掃描前，都要晃動一下溶液。五、實驗數(shù)據(jù)記錄1、不同濃度的鐵氰酸根離子 圖1加入體積/mL掃描速度：50mV/sXY1Y20.10.22565.5438-0.2280.2963-5.2877-0.44910.20.226

6、510.2631-0.15780.2955-8.5330.11220.40.227320.0701-0.14030.2963-15.57892.45610.80.224938.2807-0.40350.2963-28.64816.3508表格12、不同掃描速度同一濃度的鐵氰酸根離子 圖2掃描速度v/(mV/s)加入體積0.80mLXY1Y250.226512.4651-1.09640.2963-9.16663.0263100.227517.5438-1.24560.2955-13.58773.3596200.226524.2105-1.68420.2955-19.52633.921500.22

7、5737.1526-1.58420.2987-29.91053.9211000.223249.6807-2.20520.3004-40.36146.41572000.218463.7814-1.05260.3036-51.15787.7894 表格23、不同濃度的抗壞血酸 圖3加入體積/mL掃描速度mV/sXY1Y20.10.3627-4.9263-1.27360.20.3694-8.4912-1.241050.40.3815-15.4315-1.41050.60.4069-27.8508-1.3859 表格34、不同掃描速度同一濃度的抗壞血酸 圖4掃描速度v/(mV/s)加入體積mLXY1Y

8、250.3694-10.2666-0.8684100.3922-13.6807-0.9087200.4019-18.3508-1.0877500.4404-26.6842-1.51871000.4618-34.6491-1.66662000.4832-45.5087-1.5842 表格4其中X表示橫坐標電勢E（V），Y表示縱坐標電流I（A），表格所示分別對應于峰電勢Ep和峰電流Ip。六、數(shù)據(jù)處理 1、驗證鐵氰酸根離子電極反應的可逆性 （1）不同體積的鐵氰酸根離子加入燒杯中后所引起的總體積的變化忽略不計，認為電解質(zhì)溶液總體積維持恒定，為V0=20.00mL，則加入鐵氰酸根離子后濃度變?yōu)椋?（2）

9、峰電流Ip的計算： 峰電勢Ep的計算：Ep=X （3）根據(jù)以上公式可得不同濃度鐵氰酸根離子在同一掃描速度情況下表格1的計算結(jié)果：（a）濃度c/(mol/L)掃描速度：50mV/sEp/VIpa/Ipc峰電勢/V峰電流/AEpaEpcIpaIpc0.00050.29630.22564.83865.77180.07070.0.0010.29550.22658.645210.42090.0690.0.0020.29630.227318.03520.21040.0690.0.0040.29630.224934.998938.68420.07140.（b）峰電流Ip與濃度c的關系如下：由以上表格中的數(shù)據(jù)

10、計算可得，結(jié)果不太理想，與理論值差別較大（0.056和1.0），但考慮到數(shù)據(jù)的采集和儀器本身的原因，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以認為鐵氰酸根離子的電極反應是近似可逆的；由上述曲線可知Ip與c的關系滿足Randles-Savcik方程。2、同一濃度不同掃描速度下鐵氰酸根離子的電極反應類似于上一步的處理過程，由表格2可得如下結(jié)論： （1）原始數(shù)據(jù)處理如下掃描速度v/(mV/s)濃度0.004mol/LEp/VIpa/Ipc峰電勢/V峰電流/AEpaEpcIpaIpc50.29630.226512.192913.56150.06980.100.29550.227516.947318.78940.0680

11、.200.29550.226523.447325.89470.0690.500.29870.225733.731538.73680.0730.1000.30040.223246.777151.88590.07720.2000.30360.218458.947269.8430.08520.由計算結(jié)果可知當掃描速度達到200mV/s時，Ipa/Ipc及Ep與理論值偏差較大，可能是掃描速度過快，遠超出了離子的響應速度。（2）作峰電流Ip與掃描速度平方根v1/2曲線，如下 由上述曲線可知Ip與v的關系也近似滿足Randles-Savcik方程，但是Ipa偏差稍微大一些。3、不同濃度抗壞血酸在同一掃描速

12、度下的電極反應 （1）由圖3可知，每次掃描時只出現(xiàn)一個峰，因此抗壞血酸在此條件下的電極反應是不可逆的。（2）按照表格1的處理方法，由表格3得濃度c/(mol/L)掃描速度：50mV/s峰電勢Ep/V峰電流Ip/A0.00050.36273.65270.0010.36947.250150.0020.381514.0210.0040.406926.4649（3）作Ip-c曲線，如下 Ip與c的關系滿足Randles-Savcik方程。4、同一濃度抗壞血酸在不同掃描速度下的電極反應 （1）由圖4可知，每次掃描時只出現(xiàn)一個峰，因此在該條件下抗壞血酸的電極反應是不可逆的。 （2）類似于表格1的處理方法，

13、由表格4 可得 掃描速度v/(mV/s)濃度c=0.004mol/L峰電勢Ep/V峰電流Ip/A50.36949.3982100.392212.772200.401917.2631500.440425.16551000.461832.98252000.483243.9245 （3）作Ip-v1/2曲線，如下Ip與v的關系也滿足Randles-Savcik方程。七、討論1、由于讀取圖像數(shù)據(jù)本身的原因，使得在驗證鐵氰酸根離子電極反應的可逆性時誤差較大。雖然在驗證Ep和Ipa/Ipc時與理論值相差較大，但是每一個Ep和Ipa/Ipc都很接近，2、在測量抗壞血酸的電極反應數(shù)據(jù)時，每次測量前都應該將溶液搖勻，因