循环伏安法测定电极反应全参数-教案设计.doc

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1、实验项目循环伏安法测定电极反应参数一、实验目的（1）了解循环伏安法的基本原理和特点；（2）掌握循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法；（3）学习固体电极表面的处理技术；（4）掌握CHI660E电化学工作站的使用。二、实验原理在电化学分析方法中，凡是以测量电解过程中所得电流-电位（电压）曲线进行测定的方法称为伏安分析法。按施加激励信号的方式、波形及种类的不同，伏安法又分为多种技术，循环伏安法就是其中之一，而且是一种重要的伏安分析方法。先看线性扫描伏安法，若向工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压（图1）,记录电流-电压曲线（图2）进行分析

2、，就叫线性扫描伏安法。图1线性扫描伏安法中所施加的电压-时间曲线图2线性扫描伏安法中所记录的电流-电压曲线循环伏安法就是将线性扫描电位扫到某电位Em后，再回扫至原来的起始电位值Ei，电位与时间的关系如图3所示。电压扫描速度可从每秒毫伏到伏量级。所用的指示电极有悬汞电极、铂电极、金电极或玻璃碳电极等。图3循环伏安法中所施加的电压-时间曲线图4循环伏安法中所记录的电流-电压曲线Cathode阴极Anode阳极当溶液中存在氧化态物质O时，它在电极上可逆地还原生成还原态物质R，O+ne→R当电位方向逆转时，在电极表面生成的R则被可逆地氧化为O,R→O+ne一

3、个三角波扫描，可以完成还原与氧化两个过程，记录出如图4所示的循环伏安曲线。循环伏安法一般不用于定量分析，主要用于研究电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数等。在循环伏安法中，阳极峰电流iPa、阴极峰电流iPc、阳极峰电位Epa、阴极峰电位EPc是最重要的参数,对可逆电极过程来说，循环伏安图如图5A所示，有如下关系：（1）（与扫描速度无关）（2）正向扫描的峰电流ip为：（3）式中各参数的意义为：ip—峰电流（安培）；n—电子转移数；A—电极面积（cm2）D—扩散系数（cm2/s）—扫描速度（V/s）c—浓度（mol/L）从ip的表达式看：ip与1/2

4、和c都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。标准电极电势为：（4）所以对可逆过程，循环伏安法是一个方便的测量标准电极电位的方法。图5不同体系的循环伏安曲线图A：可逆过程；B：准可逆过程；C：不可逆过程对于部分可逆过程（也称准可逆过程），曲线形状与可逆度有关，如图5B所示。一般来说，△EP＞59mV/n,且峰电位随扫描速度的增加而变化，阴极峰变负，阳极峰变正。此外，根据电极反应性质的不同，iPa/iPc可大于1，等于1或小于1，但均与扫描速度的平方根成正比，因为峰电流仍是由扩散速度所控制的。对于不可逆过程，反扫时没有峰，但峰电流仍与扫描速度的平方根成

5、正比，峰电位随扫描速度的变化而变化,如图5C所示。根据Ep与扫描速度的关系，可计算准可逆和不可逆电极反应的速率常数Ks。循环伏安法是用途最广泛的研究电活性物质的电化学分析方法，在分析化学、无机化学、有机化学、生物化学等领域得到了广泛的应用。由于它能在很宽的电位围迅速观察研究对象的氧化还原行为，因此电化学研究中常常首先进行的就是循环伏安行为研究，如电极过程可逆性、电极反应机理、计算电极面积和`扩散系数等电化学参数、吸附现象、催化反应、电化学-化学耦联反应。三、仪器与试剂1.仪器CHI660E型电化学工作站；超声波清洗器；微量移液器；磁力搅拌器；玻碳电极

6、；铂丝电极；银/氯化银电极。2.试剂（1）1.0mol/L硝酸钾溶液;（2）0.10mol/L铁氰化钾标准溶液;（3）3.0mol/L氯化钾溶液;（4）无水乙醇；（5）氧化铝粉；（6）高纯氮气四操作步骤（1）以去离子水冲洗银/氯化银参比电极和铂丝对电极，滤纸吸水。移取1.0mol/L硝酸钾溶液20.00mL于50mL烧杯中。（2）将工作电极（玻碳电极）在含氧化铝粉悬浊液的抛光布上以画圆或8字的方式打磨光亮（至少5分钟），冲洗后，在去离子水和无水乙醇中各超声清洗5分钟左右，放入移取的溶液中，再插入对电极（铂丝电极）和参比电极（银/氯化银电极），将相应颜

7、色的电极夹按照下列对应关系夹在电极上。注意：电极间不要短路，否则会损坏仪器；避免拉扯电极顶端的电线，否则会使信号断路。白色----参比电极（RE）红色---铂电极（AE）绿色---工作电极（WE）黑色---悬空（3）在电脑的桌面上建立一文件夹，并在随后的操作中将相应的数据（后缀：.bin）保存在该文件夹中。因文件较多，文件名应好区分。在实验记录本上预先绘出记录表格，随时记录各实验条件（浓度或速度）下的各测量结果值（Epa,Epc,△Ep,ipa,ipc）（4）点击工作站上的“实验参数”，在出现的窗口中按下列要求设置仪器参数，完成后点击“确认”。Ini

8、t(V)：0.50V;HighE(V)：0.50V;LowE(V)：-0.05V;FinalE(V)：0.5