线性扫描伏安法与循环伏安法实验

大学本科实验报告专用纸大学本科实验报告专用纸 课程名称 仪器分析实验 成绩评定 实验项目名称 线性扫描伏安法与循环伏安法实验 指导教师 实验项目编号 实验项目类型 实验地点 学生姓名 学号 学院 系 化学系 专业 实验时间2015年11月13日下午 11月13日下午 温度 湿度 一 实验目的一 实验目的 1 掌握线性扫描伏安法及循环伏安法的原理 2 掌握微机电化学分析系统的使用及维护 3 掌握利用线性扫描伏安法进行定量分析及利用循环伏安法判断电极反应过程 二 实验原理二 实验原理 1 线性扫描伏安法 线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压 记录工作电极上的电解 电流的方法 记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图 可逆电极反应的峰电流如下 cvADnip 2121235 1069 2 式中 为电子交换数 为电极有效面积 为反应物的扩散系数 nAD 为电位扫描速度 为反应物 氧化态 的本体浓度 当电极的有效面积不vcA 变时 上式可简化为 cKvip 21 即峰电流与电位扫描速度 的 1 2 次方成正比 与反应物的本体浓度成正v 比 这就是线性扫描伏安法定量分析的依据 可逆电极反应 峰电位与扫描速度无关 nFRTEEp 1 1 21 电极反应为不可逆时 峰电位随扫描速度 增大而负 或正 移 p Ev 2 循环伏安法 循环伏安法的原理与线性扫描伏安法相同 只是比线性扫描伏安法多了一个回 扫 所以称为循环伏安法 循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术 也 是电化学表征的主要方法 循环伏安法有两个重要的实验参数 一是峰电流之 比 二是峰电位之差 对于可逆电极反应 峰电流之比 阴极峰电流 papc ii 与阳极峰电流之比 的绝对值约等于 1 峰电位之差 阴极峰电位 pc i pa i p E 与阳极峰电位之差 约为 60mV 25 即 pc E pa EnFRTEp 22 2 大学本科实验报告专用纸大学本科实验报告专用纸 附页附页 三 仪器与试剂三 仪器与试剂 1 仪器 电化学分析系统 三电极系统 玻碳电极为工作电极 饱和甘汞电极 为参比电极 铂电极为辅助电极 2 试剂 mol L K3 Fe CN 6 溶液 含 0 1mol L 的 KCl 的支持电解质 3 100 1 四 实验内容与步骤四 实验内容与步骤 选择仪器使用方法 电位扫描技术 线性扫描伏安法或循环伏安法 参数设置 线性扫描伏安法 初始电位 0 60V 终止电位 0 12V 扫描速度 根据实验需要设定 灵敏度选择 10 4A 滤波参数 50Hz 放大倍数 1 循环伏安法 初始电位 0 60V 终止电位 0 60V 扫描速度根据实验需要设 定 灵敏度选择 10 4A 滤波参数 50Hz 放大倍数 1 1 线性扫描伏安法实验 以mol L K3 Fe CN 6 溶液为实验溶液 分别设定扫描速度 V s 为 3 100 1 0 02 0 05 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 和 0 60 记录线性扫描伏安图 将从上面各图中得到的实验记录结果填入表 1 扫描速度为 0 30V s 的伏安图 如图 2 所示 表 1 数据记录 图 1 线性扫描伏安图 扫描速度 V s 0 020 050 100 200 300 400 500 60 峰电流 ip A 12 7120 1728 0838 9446 8953 4159 0163 72 峰电位 Ep V 0 1410 1390 1320 1330 1320 1290 1260 123 大学本科实验报告专用纸大学本科实验报告专用纸 附页附页 图 2 0 30V s 线性扫描伏安图 配制系列浓度的 K3 Fe CN 6 溶液 mol L 含 0 1mol L 的 KCl 固定扫描速度 3 100 1 3 100 2 3 100 4 3 100 6 3 100 8 2 100 1 为 0 10V s 记录各个溶液的线性扫描图 将各实验结果填入表 2 中 表 2 数据记录 图 3 0 10V s 线性扫描伏安图 浓度 mol L 3 100 1 3 100 2 3 100 4 3 100 6 3 100 8 2 100 1 峰电流 ip A 28 0855 23105 1151 4194 0234 3 大学本科实验报告专用纸大学本科实验报告专用纸 附页附页 2 循环伏安法实验 以mol L K3 Fe CN 6 溶液为实验溶液 改变扫描速度 将实验结 3 100 1 果填入表 3 中 扫描速度为 0 10V s 的循环伏安图如图 5 所示 图 4 循环伏安图 表 3 数据记录 图 5 0 10V s 循环伏安图 扫描速度 V s 0 020 050 100 200 300 400 500 60 峰电流之比 ip ipa A 1 0081 0151 0131 0121 0131 0221 0191 016 峰电位之差 mV p E 6868768186949896 大学本科实验报告专用纸大学本科实验报告专用纸 附页附页 五 数据处理及结果分析五 数据处理及结果分析 1 将表 1 中的峰电流对扫描速度 的次方作图 得到一条直线 说 v2 1 21 vip 明什么问题 峰电流与扫描速度 的次方成正比 说明电极电流是扩散控制 v2 1 2 将表 1 中的峰电位对扫描速度作图 EP v 并根据曲线解释电极过程 峰电位 EP随扫描速度增大而负移 说明电极反应为不可逆过程 3 将表 2 中的峰电流对浓度作图 ip c 将得到一条直线 试解释之 在一定的扫描速度下 峰电流与浓度成正比 灵敏度高 4 表 3 中的峰电流之比值几乎不随扫描速度的变化而变化 并且接近于 1 为什么 大学本科实验报告专用纸大学本科实验报告专用纸 附页附页 还原峰电流 ipc与氧化峰电流 ipa之比 ipc ipa 1 可判断此反应为可逆 反应 5 以表 3 中的峰电位之差值对扫描速度作图 v 从图上能说明什 p E 么问题 远大于 60mV 故判断此反应不可逆 p E 六 思考题六 思考题 1 请就图 5 简述循环伏安法的原理 步骤及各部分曲线的含义 答 电流电压曲线包括两个分支 前半部分电位向阴极方向扫描 电活性 物质在电极上还原 产生还原波 后半部分电位向阳极方向扫描时 还原产物 又重新在电极上氧化 产生氧化波 因此一次三角波扫描 完成一个还原和氧 化过程的循环 该法称为循环伏安法 其电流 电压曲线称为循环伏安图 如 果电活性物质可逆性差 则氧化波与还原波的高度就不同 对称性也较差 2 简述可逆电极过程的诊断标准 答 还原峰电流 ipc与氧化峰电流 ipa之比 ipc ipa 1 氧化峰与还原峰峰 电位之差约为 60mV 25 则电极反应为可逆过程 p E 3 简述利用线性扫描伏安法进行定量分析的理论依据 答 可逆电极反应的峰电流如下 cvADnip 2121235