2-試驗(yàn)八鐵氰化鉀體系的循環(huán)伏安試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)八鐵甄化鉀體系的循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和掌握循環(huán)伏安法的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。,了解可逆體系的循環(huán)伏安圖的特性。、實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)循環(huán)伏安法（CV）是最重要的電分析化學(xué)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)域中廣泛應(yīng)用。由于它儀器簡單、操作方便、圖譜解析直觀，常常是首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法。CV方法是將循環(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電壓的關(guān)系曲線。這種方法也常稱為三角波線性電位掃描方法。圖1,Pt電極在5.0X10-4mol/LK3Fe（CN）6+0.4mol/LKNO3溶液中的CV。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（縱坐標(biāo)）對電位（橫坐標(biāo)）作圖，所得的圖形稱為循環(huán)伏安圖。典型的循環(huán)伏安圖如圖（1）所示。該圖是在0.4mol/LKNO3電解質(zhì)溶液中,5.0父10-4mol/LK3Fe（CN）6在Pt工作電極上的反應(yīng)所得到的結(jié)果由圖（1）可見，掃描電位從起始電位E1（a點(diǎn)，E=+0,5V）開始沿負(fù)電位的方向變化(如箭頭所指方向)，當(dāng)電位至Fe(CN):一可還原時，即析出電位，將產(chǎn)生陰極電流(b點(diǎn))。其電極反應(yīng)為：Fe111(CN)63-+e->Fen(CN)e4-在析出電位后隨著電位的變負(fù)，陰極電流迅速增加(bid).直至電極表面的Fe(CN)63-濃度趨近零，電流在d點(diǎn)達(dá)到最高峰。然后電流迅速衰減(dig),這是因?yàn)殡姌O表面附近溶液中的Fe(CN)63-幾乎全部電解轉(zhuǎn)變?yōu)镕e(CN)64-而耗盡，即所謂的貧乏效應(yīng)。當(dāng)電壓掃描至-0.05V(f點(diǎn))處，雖然已經(jīng)轉(zhuǎn)向開始陽極化掃描，但這時的電極電位仍相當(dāng)?shù)呢?fù)，擴(kuò)散至電極表面的56?即63-仍在不斷還原，故仍呈現(xiàn)陰極電流，而不是陽極電流。當(dāng)電極電位繼續(xù)正向變化至Fe(CN)；-的析出電位時，聚集在電極表面附近的還原產(chǎn)物53?264-被氧化，其反應(yīng)為：Fe1(CN)e4-+e+>Fe"(CN『這時產(chǎn)生陽極電流(itk)。陽極電流隨著掃描電位的正移迅速增加，當(dāng)電極表面的Fe(CN)64「濃度趨于零時，陽極化電流達(dá)到峰值(j點(diǎn))。隨著掃描電位繼續(xù)正移，電極表面附近的Fe(CN)64-耗盡.陽極電流衰減至最小(k點(diǎn))。當(dāng)電位掃至+0.5V時.完成第一次循環(huán)，獲得了循環(huán)伏安圖。簡而言之，在電位變負(fù)時，F(xiàn)e(CN)e3-在電極上還原產(chǎn)生陰極電流而指示電極表面附近它的濃度變化的信息。在電位變正時，產(chǎn)生的Fe(CN)64-重新氧化產(chǎn)生陽極電流而指示它是否存在和變化。因此，CV能迅速提供電活性物質(zhì)電極反應(yīng)過程的可逆性，化學(xué)反應(yīng)歷程、電極表面吸附等許多信息。循環(huán)伏安圖中可得到的幾個重要參數(shù)是：陽極峰電流(ipa).陰極峰電流(ipc),陽極峰電位(Epa)和陰極峰電位(Epc)。TOC\o"1-5"\h\z對可逆體系氧化還原電對的式量電位Eo與Epa和Epc的關(guān)系可表示為：Eo=(Epa+Epc)/2(1)而兩峰之間的電位差值為：Ep=Epa-Epc:0.056V/n(2)對可逆體系的正向峰電流，由Randles-Savcik方程可表示為：ip=2.69x105n3/2AD/2v1/2c(3)其中：ip為峰電流(A),n為電了轉(zhuǎn)移數(shù)，A為電極面積(cm2),D為擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s),v為掃描速度(V/s),c為濃度(mol/L).根據(jù)(3)式，ip與v1/2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，ipa/ipcri(4)對一個簡單的電極反應(yīng)過程，式(2)和式(4)是判斷電極反應(yīng)是否是可逆體系的重要依據(jù)。三、儀器和試劑1、儀器CHI電化學(xué)工作站，玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，珀絲電極為輔助電極。100m醉量瓶；小燒杯；移液管；2、試劑&Fe(CN)6；KNQ四、操作步驟1、玻碳電極的預(yù)處理用A12O粉末將電極表面拋光(或用拋光機(jī)處理)，然后用蒸儲水沖洗，再用超聲波清洗。2、&Fe(CN)6溶液的循環(huán)伏安圖配制5.0X10-4mol/LRFe(CN)6溶液(含0.4mol/LKNQ,倒適量溶液于電解池中，放入處理好的工作電極，參比電極和輔助電極。開啟電化學(xué)系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)電源開關(guān)，啟動電化學(xué)程序，在菜單中依次選擇Setup、Technique>CV、Parameter,輸入以下參數(shù):InitE(V)0.6Segment2HighE(V)0.6SampleInterval(V)0.005LowE(V)-0.2QuietTime(s)2ScanRate(V/s)0.02Sensitivity(A/V)2e-5(1)點(diǎn)擊Run開始掃描，將實(shí)驗(yàn)圖存盤后，記錄氧化還原峰電位及峰電流(2)改變掃描速度為0.05、0.1和0.2V/s,分別作伏安圖。(3)將4個伏安圖疊加，打印。五、數(shù)據(jù)處理1、從&Fe(CN)6溶液的循環(huán)伏安圖測定ipa、ipc和Epa、Epc值。2、計(jì)算ipa/ipc值、Eo'值和△E值.3、分別以ipa和ipc對v1/2作圖，說明峰電流與掃描速率間的關(guān)系。4、從實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明K3Fe(CN)6在KNO溶液中電極過程的可逆性。六、思考題1、對一個簡單的電極反應(yīng)過程，判斷電極反應(yīng)是否是可逆體系的重要依據(jù)有哪些？2、電極的預(yù)處理過程中要注意什么問題？3、鐵氟化鉀體系的循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)中，改變掃描速度對氧化、還原峰電流有何影響？七、附注1、儀器簡介：電化學(xué)工作站為通用電化學(xué)測量系統(tǒng)，內(nèi)含快速數(shù)字信號發(fā)生器，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電位電流信號濾波器，多級信號增益，iR降補(bǔ)償電路以及恒電位儀/恒電流儀。儀器由外部計(jì)算機(jī)控制，在視窗操作系統(tǒng)下工作。儀器軟件具有很強(qiáng)的功能，包括方便的文件管理，全面的實(shí)驗(yàn)控制，靈活的圖形顯示。2、儀器操作將電極夾頭夾到電解池上，設(shè)定實(shí)驗(yàn)技術(shù)和參數(shù)后，便可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。若要停止實(shí)驗(yàn)，可用Stop(停止)命令或按工具欄上相應(yīng)的鍵。如果實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)電流溢出(Overflow,經(jīng)常表現(xiàn)為電流突然成為一水平直線或得到警告），應(yīng)停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可利用儀器軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲、打印等工作。3、儀器使用注意事項(xiàng)：儀器的電源應(yīng)采