實驗講義- 脈沖、方波、線掃、循環(huán)伏安_第1頁
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文檔簡介

1、脈沖技術(shù)實驗八 水中鉛、鎘離子的電化學(xué)檢測一、實驗?zāi)康?、學(xué)會用脈沖技術(shù)測定微量離子的方法;2、熟悉電化學(xué)工作站的使用方法一、實驗原理差分脈沖極譜法又稱為微分脈沖極譜法,它施加于電化學(xué)池的電壓和時序關(guān) 系如圖所示。(a)(b)工作電極的電位首先保持在E.,維持T秒,此時不發(fā)生電極反應(yīng),沒有法拉 第電流流過。在T秒時,電極電位突然階躍至E值,維持4060ms。在加脈沖 期間,在脈沖末期一預(yù)定時刻t開始記錄通過電化學(xué)池的電流。脈沖結(jié)束時工作 電極電位又回復(fù)到起始電位,開始下一個脈沖周期。每個周期的電極電位保持在 E.的時間及加脈沖的時間,采樣電流的時間和脈沖結(jié)束的時間完全相同,僅脈沖 電壓較前一周

2、期增加AEmV。記錄電流的方法有兩種,一是在加脈沖后的預(yù)定 時刻t至脈沖結(jié)束前的一極短時間間隔內(nèi)記錄電流的積分值,由此稱為積分極 譜。二是加脈沖后的時間t的電流和加脈沖前瞬間(t)的電流的差值。LK2006A 型記錄電流的方式為后者。二、儀器與試劑儀器LK2006A電化學(xué)工作站(天津蘭力科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司);三 電極體系:工作電極為銀基汞膜電極或已鍍好汞膜的玻碳電極,參比電極為飽和 甘汞電極,對電極為伯片電極。試劑 1.00 x10-3 molL-iCd2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,1.00 x10-3 molLPb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液, 4molL-1鹽酸。四、實驗步驟1、汞膜電極用濕濾紙沾去污粉擦凈電極(銀

3、絲)表面,用蒸餾水沖洗后浸入 1:1HNO3中,待表面剛變白后立即用蒸餾水沖洗并沾汞。初次沾汞往往浸潤性不 良,可用干濾紙將沾有少許汞的電極表面擦勻擦亮,再用1: 1HNO3把此汞膜溶 解,蒸餾水洗凈后重新涂汞膜。每次沾涂一滴汞(約45mg),涂汞需在Na2SO3 除O2的氨水中進(jìn)行。新制備的汞膜電極應(yīng)在0.1mol/L KCl (Na2SO3除O2)中于 -1.8V (vs.Ag/AgCl電極)陰極化并正向掃描至-0.2V,如此反復(fù)掃描3次左右后 電極便可使用。2、打開LK2006A電化學(xué)工作站,選擇“脈沖技術(shù)”中的“差分脈沖溶出伏安法”。3、設(shè)置實驗參數(shù):初始電位:-0.10V,電沉積電位

4、:-1.0V,終止電位:-0.10V,電位增量:4mV, 脈沖幅度:20 mV,脈沖寬度:40ms,脈沖間隔:100ms,電沉積時間:60s,平 衡時間:15s,靈敏度:100pA,濾波參數(shù):10Hz,放大倍率:1。另外,需要注意的是,在檢測實驗開始之前,須先打開LK2006A內(nèi)置攪拌 器開關(guān)(此開關(guān)在儀器背面),將攪拌速度值手動調(diào)整設(shè)置為700 1000轉(zhuǎn)/分。 上述步驟完成后,開始實驗,攪拌裝置會自動在“溶出過程”中啟動,并在“溶出 過程”結(jié)束后自動停止,無須通過“手動”按鍵進(jìn)行控制。4、準(zhǔn)確移取25.0 mL自來水于50 mLl容量瓶中,加1.0mL 4molL-1鹽酸、2.0mL Cd

5、2+和Pb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,稀釋至刻度。5、將三電極系統(tǒng)插入溶液中,夾好電極夾,并確認(rèn)電化學(xué)工作站與微機系統(tǒng)連 接正常后啟動儀器開始測定,并保存。水樣要測定4次,取后3次平均值。同時 分別加入Cd(II)、,Pb(II)標(biāo)準(zhǔn)溶液各501。再按上述條件測定4次,取后3次 平均值。6、實驗結(jié)果示意圖:鎘峰鉛峰注:上述方法與參數(shù)同樣適用于銅離子的電化學(xué)檢測。茬分脈沖溶出伏安法-2.WW-3.W成話日磷心I仰(? tww電g叫飲)4頗概北電主代I加岫日電企皿|世日朝血中網(wǎng)E,世閂flaw、獨度淋HJ04OR世皿眼附山1EWBZUJBrEllWlE#5g|15五、結(jié)果處理用標(biāo)準(zhǔn)加入法計算水樣中Cd、Pb的濃

6、度。以g/m表示。六、思考題說明脈沖極譜法的基本原理。安全注意事項:汞膜電極在涂汞、使用和溶解汞的操作中,注意不要把汞遺漏到實驗室。不連續(xù)使用汞膜電極時,應(yīng)把電極上的汞溶解除凈后保存。方波技術(shù)實驗九 河水中銅、鎘、鋅方波溶出伏安法的同時測定一、實驗?zāi)康?、掌握方波溶出伏安法的基本原理及同時測定水樣中銅、鎘、鋅的實驗技術(shù)。2、學(xué)會LK 98BII微機電化學(xué)分析系統(tǒng)的使用方法。二、實驗原理在醋酸一醋酸鈉緩沖溶液中,銅、鎘、鋅在一定的電位下被沉積在銀基汞膜 電極上,靜止后,加上方波掃描電壓(電壓的類型是在線行變化的直流電壓上疊 加高頻小振幅的連續(xù)方波電壓),使沉積的金屬重新溶出,并在每個方波改變方

7、向前的瞬間記錄溶出電流。此時得一峰形波,波高與被測金屬離子的濃度成正比, 借此次可進(jìn)行定量分析。三、儀器與試劑儀器LK 98BII微機電化學(xué)分析系統(tǒng)(天津市蘭力科化學(xué)電子高科技有限 公司);三電極系統(tǒng):銀基汞膜電極作工作電極,飽和甘汞電極作參比電極,鉑 電極作對極;100叫微量進(jìn)樣器四只;50ml燒杯數(shù)只。試劑1.0 x10-3 mol/L醋酸一醋酸鈉緩沖溶液;Cd( II ),Cu( II ),Zn (II)標(biāo)準(zhǔn)溶 液(1.0mg/ml):用時均配成10pg/ml標(biāo)準(zhǔn)溶液。四、實驗步驟1、汞膜電極用濕濾紙沾去污粉擦凈電極(銀絲)表面,用蒸餾水沖洗后浸入1:1HNO3中,待表面剛變白后立即用蒸

8、餾水沖洗并沾汞。初次沾汞往往浸潤性不 良,可用干濾紙將沾有少許汞的電極表面擦勻擦亮,再用1: 1HNO3把此汞膜溶 解,蒸餾水洗凈后重新涂汞膜。每次沾涂一滴汞(約45mg),涂汞需在Na2SO3 除O2的氨水中進(jìn)行。新制備的汞膜電極應(yīng)在0.1mol/L KCl (Na2SO3除O2)中于 -1.8V (vs.Ag/AgCl電極)陰極化并正向掃描至-0.2V,如此反復(fù)掃描3次左右后 電極便可使用。2、打開LK 98BII微機電化學(xué)分析系統(tǒng),選擇“方波溶出伏安法”。3、設(shè)置實驗參數(shù):靈敏度:20A/V,初始電位:0.00V,終止電位:-0.1V,濾波參數(shù):10Hz, 電沉積電位:-1.40V,放大

9、倍率:2,電位增量:6 m V方波周期:100ms,方 波幅度:20 mV,平衡時間:10s,電沉積時間:120s。4、準(zhǔn)確移取25.0 ml河水于50 ml容量瓶中,加5ml醋酸一醋酸鈉緩沖溶液, 稀釋至刻度。5、將三電極系統(tǒng)插入溶液中,夾好電極夾,并確認(rèn)電化學(xué)主機與微機系統(tǒng)連接 正常后啟動儀器開始測定,并保存。河水樣要測定4次,取后3次平均值。同時 分別加入Cd(II),Cu(II),Zn (II)標(biāo)準(zhǔn)溶液各50叫。再按上述條件測定4次,取后 3次平均值。五、結(jié)果處理用標(biāo)準(zhǔn)加入法計算河水中Cd、Cu、Zn的濃度。以pg/ml表示。六、思考題說明方波溶出伏安法的基本原理。線性掃描伏安法實驗十

10、線形掃描伏安法測定氧化鋅試劑中的微量鉛一、實驗?zāi)康?、了解線性掃描伏安法的特點和基本原理;2、.掌握線性掃描伏安法的定量分析方法;二、實驗原理在稀鹽酸溶液中,Pb+2的還原波為一可逆波,峰電位在一0.4V左右(vs: SCE), 在一定條件下,峰電流與溶液中Pb+2的濃度成正比,可用于測定鉛的含量。三、儀器與試劑儀器LK2005A電化學(xué)工作站(天津市蘭力科化學(xué)電子高科技有限公司: 三電極系統(tǒng):懸汞電極作工作電極,Ag-AgCl電極作參比電極,伯電極作對極。試劑Pb (II)標(biāo)準(zhǔn)溶液:稱取3.312gPb(NO3)2,加幾滴HNO3,用去離子 水溶解后轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中,用水稀至刻度,搖勻

11、,得到1.00 x10-2molL-i Pb (II)標(biāo)液。使用時稀至含鉛(II) 2.00 x10-4 mol-L-1溶液;ZnO:分析純試 劑四、操作步驟1、選擇方法中的線形掃描伏安法,實驗條件見表1表1實驗條件的設(shè)定靈敏度:1uA/V初始電位:-0.300V濾波參數(shù):10Hz終止電位:-0.600V放大倍率:16掃描速度:100mV/s電位增量:1mV2、稱取ZnO約0.8g,用25 ml 1 molL-1HCl溶解后,移到100ml容量瓶中, 用去離子水定容,得到0.1 mol-L-1ZnCl2試液。3、移取ZnCl2試液10.0ml通N2除O2 5分鐘后測定,測兩份平行樣。4、 在上

12、試液中加 0.10ml 2.00 x10-4 mol-L-1 Pb (II)溶液,通 N25min 后再測, 讀取峰高值并保存。平行測定三次。五、數(shù)據(jù)處理根據(jù)加入標(biāo)準(zhǔn)前后測取的峰高值以及所加入的鉛離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積和濃 度,計算鉛的百分含量。注:分析純ZnO試劑中Pb (II)的最高允許含量為0.01 %。從測定結(jié)果看是 否合格?循環(huán)伏安法實驗十鐵氰化鉀在玻碳電極上的氧化還原、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)循環(huán)伏安法測定電極反應(yīng)參數(shù)的基本原理2、熟悉伏安法測定的實驗技術(shù)3、學(xué)習(xí)固體電極表面的處理方法二、實驗原理循環(huán)伏安法(CV)是將循環(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

13、電壓的關(guān)系曲線。掃描電壓V循環(huán)伏安法的典型激發(fā)信號當(dāng)工作電極被施加的掃描電壓激發(fā)時,其上將產(chǎn)生響應(yīng)電流,以電流對電位 作圖,稱為循環(huán)伏安圖。典型的循環(huán)伏安圖如下:對可逆氧化還原電對的式量電位E。與Epc和Epa的關(guān)系為:EEpa-Epc2(1)而兩峰之間的電位差值為:(2)= E - E泌四關(guān) jJ?jS*l2.jPl-對鐵氤化鉀電對,其反應(yīng)為單電子過程,AEp是多少?從實驗求出來與理論 值比較。對可逆體系的正向峰電流,由Randles-Savcik方程可表示為:ip = 2.69x105n3/2AD2ui/2c(3)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

14、散系數(shù)(cm2/S),u為掃描速度(V / s),c為濃度(mol/L)。根據(jù)上式,i與ui/2和c都是直線關(guān)系,對研究電極反應(yīng)過程具有重要意 義。在可逆電極反應(yīng)過程中,妙1四 1(4)對一個簡單的電極反應(yīng)過程,式(2)和式(4)是判別電極反應(yīng)是否可逆體系的 重要依據(jù)。三、儀器與試劑儀器 LK2005A電化學(xué)工作站(天津市蘭力科公司);三電極系統(tǒng):玻碳電 極為工作電極,Ag/AgCl電極(或飽和甘汞電極)為參比電極,伯電極為對極(伯 絲、伯片、伯柱電極均可);試劑 1.0 x10-3mol/L K3Fe(CN)6(鐵氤化鉀)溶液(含 0.2mol/L KNO3)。四、實驗步驟1、選擇儀器實驗方

15、法:電位掃描技術(shù)循環(huán)伏安法。2、參數(shù)設(shè)置:初始電位:0.60V;開關(guān)電位1: 0.60V;開關(guān)電位2: -0.20V; 等 待時間:3-5s;掃描速度:根據(jù)實驗需要設(shè)定;循環(huán)次數(shù):2-3次;靈敏度選擇: 10pA;濾波參數(shù):50Hz;放大倍數(shù):1.3、操作步驟:i.以1.0 x10-3mol/L K3Fe(CN)6溶液為實驗溶液。分別設(shè)掃描速度為0.02, 0.05, 0.10,0.20,0.30,0.40,0.50和0.60V/s,記錄掃描伏安圖,并將實驗結(jié)果填入 下表(表1):表1線性掃描伏安法實驗結(jié)果掃描速度(V/s)0.020.050.100.200.300.400.500.60峰電流

16、(ip)峰電位(Ep)ii.配置系列濃度的K3Fe(CN)6(鐵氤化鉀)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 固定掃描速度為0.10V/S,記錄各個溶液的掃描伏安圖。將實驗結(jié)果填入下表(表2):表2不同濃度溶液的峰電流濃度(mol/L)1.0 x10-32.0 x10-34.0 x10-36.0 x10-38.0 x10-31.0 x10-2峰電流(ip)iii以1.0 x10-3mol/L K3Fe(CN)6(鐵氤化鉀)溶液為實驗溶液,改變掃描速度,將

17、實驗結(jié)果填入下表(表3):表3不同掃速下的峰電流之比和峰電位之差掃描速度(V/s)0.020.050.100.200.300.400.500.60峰電流之比(I iPc/iPa 1)峰電位之差(AEp)五、數(shù)據(jù)處理:1、將表1中的峰電流對掃描速度v的1/2次方作圖(ip-v1/2)得到一條直線,說 明什么問題?2、將表1中的峰電位對掃描速度作圖(Ep-v),并根據(jù)曲線解釋電極過程。3、將表2中的峰電流對濃度作圖(ip-C),將得到一條直線。試解釋之。4、表3中的峰電流之比值幾乎不隨掃描速度的變化而變化,并且接近于1,為 什么?5、以表3中的峰電位之差值對掃描速度作圖(AEp-v),從圖上能說明

18、什么問題?六、思考題1、解釋溶液的循環(huán)伏安圖的形狀.2、如何利用循環(huán)伏安法判斷電極過程的可逆性實驗十二 銀在氫氧化鉀溶液中的電化學(xué)行為研究一、實驗?zāi)康耐ㄟ^銀在氫氧化鈉溶液中的循環(huán)伏安曲線,判斷電極體系發(fā)生的電化學(xué)反 應(yīng),加深理解極化過程對電極電勢的影響。二、實驗原理電位從-0.20V開始向電位正方向掃描,此時研究電極表面是金屬銀。在0.12V 以后電流逐漸上升,出現(xiàn)一個比較低、比較平的電流峰,這是金屬銀Ag氧化成 氧化銀Ag2O所引起的陽極電流峰,其反應(yīng)方程是為:2Ag + 2OH 一 Ag 2 O + H2 O + 2e(1)該反應(yīng)的平衡電勢為E vs.Ag/AgCl = 0.122 V。可

19、見曲線上開始出現(xiàn)電流峰的電 eq勢與平衡電勢偏離很小,說明此時反應(yīng)極化很小,這同金屬Ag的導(dǎo)電性很好有 關(guān)。但是電流始終未達(dá)到很大的數(shù)值,表現(xiàn)為一個很低、很平的電流峰,這是因 為反應(yīng)式(1)的產(chǎn)物Ag2O以成相膜的形式覆蓋在電極表面上,使電極導(dǎo)電性 迅速下降,阻礙了反應(yīng)(1)的進(jìn)行。當(dāng)電勢掃描至0.57V左右時,一個新的陽極電流峰開始出現(xiàn),這是由于Ag2O 氧化為AgO所引起的,其反應(yīng)方程式為:Ag2O + 2OH一 2AgO + H2O + 2e(2)該反應(yīng)的平衡電勢為E vs.Ag/AgCl= 0.346V。顯然,曲線上開始出現(xiàn)第二個 eq氧化峰的電勢遠(yuǎn)比其平衡電勢更正,說明此時反應(yīng)極化很

20、大,這是因為此時Ag2O 均勻地覆蓋在銀絲電極表面上,而Ag2O的電阻率極高(7x 108Q.cm),大大增 加了電極的電阻極化。但是該電流峰遠(yuǎn)較第一個氧化峰高,這是因為隨著反應(yīng)的 進(jìn)行,Ag2O逐漸轉(zhuǎn)化成電阻率較小的AgO(1104Q. cm),電阻極化迅速下降, 極化電流迅速增大。當(dāng)電勢掃描至0.75V左右時,電流又開始上升,同時可看到在電極表面上有 氣體逸出,這時的電流用于析出氧氣,其反應(yīng)方程式為:4OH一 2H2O + O2 + 4e(3)當(dāng)掃描至1.0V時,電勢開始換向,進(jìn)行反向掃描。當(dāng)電勢反向掃描至0.33V左 右時,開始出現(xiàn)陰極電流峰,這是由AgO還原成Ag2O所引起的,即反應(yīng)式(2) 的逆反

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