实验4循环伏安法判断电极过程.docx

实验4 循环伏安法判断电极过程一、实验目的1学会使用电化学工作站进行循环伏安法的测定。2掌握用循环伏安法判断电极的可逆性。3测量峰电流和峰电位，了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响。二、实验原理1循环伏安法循环伏安法和单扫描极谱法类似。是在电极上施加一个线性扫描电压，当到达某设定的终止电位后，再反向回扫至某设定的起始电压。进行正向扫描时若溶液中存在氧化态O，电极上将发生还原反应：O ne- R反向回扫时，电极上的还原态R将发生氧化反应：R O ne-图1 循环伏安法的典型激发信号三角波电位，转换电位为0.8 V 和0.2 V（vs.SCE）2测量原理例循环伏安图，图2峰电流表示为：ip2.69105n3/2v1/2D1/2A c其中：ip为峰电流（A，安培）；n为电子转移数；D为扩散系数（cm2s-1）；v为电压扫描速度（Vs-1）；A为电极面积（cm2）；c为被测物质浓度（molL-1）。图2 循环伏安图从循环伏安图可获得氧化峰电流ipa与还原峰电流ipc，氧化峰电位Epa与还原峰电位Epc。对于可逆体系，氧化峰电流ipa与还原峰电流ipc绝对值的比值ipa / ipc 1氧化峰电位Epa与还原峰电位Epc电位差：EEpa Epc 2.2 （V）（T = 298 K）条件电位Eo：Eo由此可判断电极过程的可逆性三、仪器与试剂1仪器：电化学工作站，金元盘电极、铂圆盘电极和玻璃碳电极，铂丝电极和饱和甘汞电极。2试剂：110-2molL-1 K3Fe(CN)6；1.0 molL-1 KNO3。四、实验步骤1溶液的配制取5.0 mL铁氰化钾的原始溶液于100mL容量瓶中，稀释、定容，得到1.010-3的Fe(CN)63-溶液；取10mL1.010-3的Fe(CN)63溶液于100mL容量瓶中，稀释、定容，得到1.010-4的Fe(CN)63-溶液；取10mL1.010-4的Fe(CN)63溶液于100mL容量瓶中，稀释、定容，得到1.010-5的Fe(CN)63-溶液。2指示电极的预处理金圆盘玻碳电极用Al2O3粉末（粒径0.05 m）或牙膏将电极表面抛光，然后用蒸馏水清洗。3支持电解质的循环伏安图 (检测工作电极)在电解池中放入0.1 molL-1 KNO3溶液，插入电极，以新处理的金圆盘玻碳电极为指示电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，进行循环伏安仪设定，扫描速率为0.02 V/s；起始电位为0.2 V；终止电位为0.8 V。开始循环伏安扫描，以检验电极表面的光滑程度，循环伏安图应为一条过原点的直线。4.不同速率K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图在电解池中放入1.0010-3mol/L K3Fe(CN)6+0.50mol/L KNO3溶液，插入铂圆盘（或金圆盘）指示电极，铂丝辅助电极和饱和甘汞电极，通N2除O2。扫描速率20mV/s,从+0.80-0.20V扫描，记录循环伏安图。以不同速率扫描：10mV/s、40mV/s、60mV/s、80mV/s、100mV/s和200mV/s，分别记录从+0.80-0.20V扫描的循环伏安图。5.不同浓度K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图以20mV/s扫描速率，从+0.80-0.20V扫描，分别记录1.0010-5 mol/L、1.0010-4mol/L、1.0010-3mol/L和1.0010-2mol/L K3Fe(CN)6 +0.50mol/L KNO3溶液的循环伏安图。五、结果处理1.不同扫描速率的循环伏安图及数据：(1)200mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.207ip1(A) = -2.984227E-6Ah1(C) = -1.250004E-6Ep2(V) = 0.034ip2(A) = 2.433237E-6Ah2(C) = 1.331639E-6(2)100mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.2ip1(A) = -2.217506E-6Ah1(C) = -1.754294E-6Ep2(V) = 0.052 ip2(A) = 1.958818E-6Ah2(C) = 1.874141E-6(3)80mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.199ip1(A) = -1.980167E-6Ah1(C) = -1.927066E-6Ep2(V) = 0.046ip2(A) = 1.756623E-6Ah2(C) = 2.200851E-6(4)60mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.201ip1(A) = -1.707508E-6Ah1(C) = -2.276677E-6Ep2(V) = 0.053ip2(A) = 1.564985E-6Ah2(C) = 2.412016E-6(5)40mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.206ip1(A) = -1.324649E-6Ah1(C) = -2.777265E-6Ep2(V) = 0.051ip2(A) = 1.333941E-6Ah2(C) = 3.115400E-6(6)10mV/s峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.198ip1(A) = -6.508464E-7Ah1(C) = -5.301448E-6Ep2(V) = 0.063ip2(A) = 7.874717E-7Ah2(C) = 6.701664E-6ipa/A7.874717E-71.333941E-61.564985E-61.756623E-61.958818E-62.433237E-6ipc/A-6.508464E-7-1.324649E-6-1.707508E-6-1.980167E-6-2.217506E-6-2.984227E-6a/V-0.0630.0510.0530.0460.0520.034c/V0.1980.2060.2010.1990.20.207v/(mV/s)104060801002002.不同浓度K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图及数据：(1)1.0010-5mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.058ip1(A) = -8.616674E-9Ah1(C) = -1.737758E-8Ep2(V) = 0.213ip2(A) = -2.419881E-9Ah2(C) = -1.717810E-8(2)1.0010-4mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.193ip1(A) = -8.604121E-8Ah1(C) = -2.653760E-7Ep2(V) = 0.084ip2(A) = 7.961938E-8Ah2(C) = 2.678795E-7(3)1.0010-3mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.195ip1(A) = -9.418454E-7Ah1(C) = -3.277157E-6Ep2(V) = 0.087ip2(A) = 8.871576E-6Ah2(C) = 3.4910264E-6(4)1.0010-2mol/L峰电位,峰电流,半峰面积:Ep1(V) = 0.008ip1(A) = -3.516266E-6Ah1(C) = -1.011444E-5Ep2(V) = -0.037ip2(A) = 3.333940E-6Ah2(C) = 9.842362E-63. 分别以ipa和ipc对v1/2作图，并说明峰电流与扫描速率的关系。ipa/A7.874717E-71.333941E-61.564985E-61.756623E-61.958818E-62.433237E-6ipc/A-6.508464E-7-1.324649E-6-1.707508E-6-1.980167E-6-2.217506E-6-2.984227E-6v1/2/(mV/s)1/2101/22*101/22*151/24*51/21010*21/24.计算ipa / ipc，和。溶液浓度/molL-1扫描速率/（mVs-1）ipa / ipc1.0010-3101.790.0360.037201.480.0640.048400.830.0960.075600.780.1120.084800.840.1230.0831000.740.1220.0832000.700.1360.0931.0010-4200.830.0900.0231.0010-2200.950.0220.0295.从实验结果说明K3Fe(CN)6在KNO3溶液中极谱电极过程的可逆性。答：K3Fe(CN)6在KNO3溶液中极谱电极过程的是可逆的。六、思考题（1）解释K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图形状。在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中的Red被氧化生成Ox，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位到原起始电位期间，在指示电极表