循环伏安法-仪分试验

循环伏安法-仪分试验 注意事项: 1. 电 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 共四个实验:电位法测量水溶液的pH 值 (1.32)、氟离子选择电极测定饮用 水中的氟 (1.33) 、库仑滴定法测定砷 (1.35)以及循环伏安法 (本讲义); 2. 组号为单数的同学第一周作1.32 和1.33; 双数的同学作1.35 及循环伏安法; 3. 实验两人一组，自由组合。 循环伏安法 【目的】 了解可逆扩散波和可逆吸附波的循环伏安图的特性;学习和掌握循环伏安法的原理和实验技术;了解测算玻碳电极的有效面积的方法。 【原理】 循环伏安法是在固定面积的工作电极和参比电极之间加上对称的三角波扫描电压(见图1)，记录工作电极上得到的电流与施加电位的关系曲线，即循环伏安图(图2)。在三角波的前半部，电极上若发生还原反应(阴极过程)，记录到一个峰形的阴极波;而在三角波的后半部，电极上则发生的是氧化反应(阳极过程)，记录到一个峰形的阳极波。一次三角波电压扫描，电极上完成了一个氧化还原循环。从循环伏安图的波形、氧化还原峰电流的数值及其比值、峰电位等可以判断电极反应的可逆性。 图 1 三角波扫描电压 图2 循环伏安图 电极反应的可逆性主要取决于电极反应速率常数的大小，还与电位扫描速率有关。电极反应可逆性的判据列于表1。 表1 电极反应可逆性的判据 可逆电荷跃迁准可逆 不可逆 OneR， OneR，, 电位响应E与υ无关。25ºC时，随υ移动。低υ时，ΔE接近移向Eυ增加10倍，Epppp 596030的性质 ΔE=mV,与υ无关于mV,但随υ增加而增加，阴极化mV pnn,n 接近于不可逆 111电流函数222(/)i,(/)i,(/)i,与υ无关 与υ无关 与υ无关 ppp性质 阳极电流反扫时没有氧化电ii/1,ii/1,，与υ无关 仅在,=0.5时， papc,,papc,,与阴极电流 流比的性 质 1 12上述判据仅限于扩散波，即峰电流和扫速的平方根成正比关系的体系。 , 对于可逆扩散波，峰电流ip(A) 53/21/21/225:C时，i=(2.69，10)nADυCpoo 22其中A为电极的有效面积(cm)，D为反应物的扩散系数(cm/s)，n为电极反应的电子转o3移数，υ为扫速(V/s)，C为反应物的浓度(mol/cm)。 o 对于反应物吸附在电极上的可逆吸附波，理论上其循环伏安图上下左右对称，峰后电流降至基线，其峰电流可表示为: 2()nF,,, iAp4RT 式中Г是电活性物在电极上的吸附量，A为电极面积，υ为扫速。可见，峰电流与υ成正 12比，而不是扩散波中所见到的与成正比。 , 因而，对于一个电活性物质，要判断其电极反应是否可逆，首先需要根据峰电流和扫速的关系判断所得到的伏安图是扩散波还是吸附波，然后再根据相应的判据进行判断。 与汞电极相比，物质在固体电极上伏安行为的重现性差，其原因与固体电极的表面状态直接有关，因而了解固体电极表面处理的方法和衡量电极表面被净化的程度，以及测算电极有效表面积的方法，是十分重要的。一般对这类问题要根据固体电极材料不同而采取适当的方法。 -/4-3对于碳电极，一般以Fe(CN)的氧化还原行为作电化学探针。首先，固体电极表面的6 第一步处理是进行机械研磨、抛光至镜面程度。通常用于抛光电极的材料有金钢砂、CeO、2ZrO、MgO和,-AlO粉及其抛光液。抛光时总是按抛光剂粒度降低的顺序依次进行研磨，223 如对新的电极表面先经金钢砂纸粗研和细磨后，再用一定粒度的,-AlO粉在抛光布上进行23 抛光。抛光后先洗去表面污物，再移入超声水浴中清洗，每次2,3分钟，重复三次，直至清洗干净，(若需要，可用乙醇、稀酸和水彻底洗涤)，得到一个平滑光洁的、新鲜的电极表面。将处理好的碳电极放入含一定浓度的KFe(CN)和支持电解质的水溶液中，观察其伏安曲36 线。如得到如图所示的曲线，其阴、阳极峰对称，两峰的电流值相等(i / i=1)，峰电位pcpa差,E约为70 mV(理论值约60 mV，由于IR降的影响，实际测量值还与电极面积的大小p 有关)，即说明电极表面已处理好，否则需重新抛光，直到达到要求。 -3图3 菲醌的结构式 图4 1.0，10 M KFe(CN), 0.1 M KCl, 0.05 V/s. 36 2 本实验拟通过研究KFe(CN)和菲醌两种电活性物质在不同扫速下在玻碳电极上的电36 化学响应，了解可逆扩散波和可逆吸附波的性质。 【仪器和试剂】 1. CHI 630A 电化学系统，玻碳电极(d = 4mm) 为工作电极，饱和甘汞电极为参比电 极，铂丝电极为辅助电极; -42. 固体铁氰化钾、HSO 溶液;1.0，10 mol/L 菲醌的乙醇溶液。 24 3. 100 mL 容量瓶、50 mL 烧杯、玻棒。 【实验内容】 (1)KFe(CN) 溶液的循环伏安图 36 1. 配制5 mM KFe(CN) 溶液(含0.1 M HSO)，倒适量溶液至电解杯中; 3624 2. 将玻碳电极在麂皮上用抛光粉抛光后，再用蒸馏水清洗干净; 3. 依次接上工作电极、参比电极和辅助电极; 4. 开启电化学系统及计算机电源开关，启动电化学程序，在菜单中依次选择Setup、 Technique、CV、Parameter ，输入以下参数: 5. 点击Run 开始扫描，将实验图存盘后，记录氧化还原峰电位E、E 及峰电流I、I; pcpapcpa6. 改变扫速为0.05、0.1 和0.2 V/s，分别作循环伏安图; 7. 将四个循环伏安图叠加，打印。 Init E (V) 0.8 V Segment 2 High E (V) 0.8 V Smpl Interval (V) 0.001 Low E (V) 0 V Quiet Time (s) 2 Scan Rate (V/s) 0.02 V Sensitivity (A/V) 2e?5 (2)菲醌的循环伏安图 -6 1. 配制10.0 mL含0.1 M HSO和1.0，10mol / L菲醌的溶液; 24 2. 将玻碳电极在麂皮上用抛光粉抛光后，再用蒸馏水超声清洗干净; 3( 将工作电极在菲醌溶液中浸泡10 min; 4( 选择起始电位为0.6 V，终止电位为-0.2 V，Sensitivity(A/V)为5e?6，其他操作同(1)， 选择0.01、0.02、0.05、0.1和0.2 V/s五个不同扫速分别作循环伏安图; 5( 将五个循环伏安图叠加，打印。 【数据处理】 (1) 从以上所作的循环伏安图上分别求出E, E, ΔE,i,i,i/i等参数，并列表表示。 ppcpapcpapcpa1/2 (2) 绘制KFe(CN)的氧化还原峰电流i、i 分别与υ的关系曲线，并计算所使用的玻36pcpa-6碳电极的有效面积。(所用参数:电子转移数n=1，KFe(CN)的扩散系数D=7.6，10 36o2cm/s，25 :C) 1/2(3) 绘制菲醌的i、i与相应υ、υ的关系曲线。 pcpa (4) 从以上数据及有关曲线判断KFe(CN)和菲醌电极反应的可逆性。 36 【思考题】 1( 从循环伏安图可以测定那些电极反应的参数,从这些参数如何判断电极反应的可逆 3 性, 2( 如何判断碳电极表面处理的程度, 参考文献 1( 董绍俊，车广礼，谢远武，化学修饰电极，北京:科学出版社，1995 2(阿伦. J.巴德，拉里. R.福克纳(著)，邵元华，朱果逸，董献堆，张柏林(译)，电化学方法原理和应用(第二版)，2005 4