可逆体系的循环伏安研究样本.doc

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实验报告: 可逆体系的循环伏安研究
一． 实验目的
1. 掌握循环伏安法的研究电极过程的基本原理;
2. 学习使用CHI660电化学综合分析仪;
3. 测定K3Fe( CN) 6体系在不同扫描速率时的循环伏安图。
二． 实验原理
1.循环伏安法的基本原理: 根据研究体系的性质, 选择电位扫描范围和扫描速率, 从选定的起始电位开始扫描后, 研究电极的电位按指定的方向和速率随时间线性变化, 完成所确定的电位后, 会自动以相同的扫描速率返回。
2.循环伏安扫描图:
⑴在扫描电位范围内, 若某一电位值时出现电流峰, 说明在次电位时发生了电极反应。
⑵正向扫描对应于阴极过程, 发生还原反应: O+zeˉ→R, 得上半部分的还原波; 反向扫描对应于阳极过程, 发生氧化反应: R-zeˉ→O, 得下半部分的氧化波。
⑶可逆判断: 计算阳极峰电位Epa与阴极峰电位Epc的差△Ep, 比较阳极峰电流ipa与阴极峰电流ipc数值大小, 根据Nernst方程, 当△Ep的数值接近2.3RT/zF且ipa与ipc的数值相等或接近时, 电极反应是可逆过程。
三． 仪器与试剂
CHI660电化学综合分析仪、 铂丝电极、 饱和甘汞电极、 超级恒温槽、 双层三口瓶、 电子天平、 容量瓶( 100mL) 、 烧杯、 KNO3溶液( 0.4mol/L) 、 K3Fe( CN) 6标准溶液( 0.050mol/L) H2SO4溶液( 1.0mol/L)
四． 实验步骤
1.调节并控制恒温槽水浴温度, 将恒温水通入三颈瓶的恒温夹套中。
2.电极: 金( 研究电极) ——绿色夹; 铂丝( 辅助电极) ——红色夹; 饱和甘汞电极( 参比电极) ——白色夹。
3.活化电极:
⑴活化溶液: 使用3.0mol/dm3硫酸溶液, 配40置1.0mol/dm3硫酸溶液mL。
⑵测量参数: IintE( V) 为1.2V; highE( V) 为1.2V; lowE( V) 为-1.2V; Initial Scan为Negative; Scan Rate( v/s) 为0.1~0.5; Sweet Segments为50; Sanple Internal( v) 为0.001; Quiet Time( S) 为2;Sensetivity为1.e—0.002。
4.测量:
⑴测量溶液: 0.0005mol铁氰化钾溶解于约70mL水中, 再加入0.0005mol亚铁氰化钾, 溶解; 再加入0.004mol硝酸钾, 溶解; 放入100ml容量瓶, 稀释至刻度。
⑵测量参数: IintE( V) 为0.5V; highE( V) 为0.5V; lowE( V) 为-0.2V; Initial Scan为Negative; Scan Rate( v/s) 为0.05~0.8; Sweet Segments为2; Sanple Internal( v) 为0.001; Quiet Time( S) 为2;Sensetivity为1.e-0.005。
⑶改变扫描速率v( v/s) 分别为50、 100、 200、 250、 300、 400、 500、 600、 700、 800时的循环伏安扫描图。
五． 实验数据处理分析
1. v=50mV/s

2. 数据记录
K4Fe(CN)6·3H2O:0.2135g K3Fe(CN)6:0.1640g KNO3:0.4025g
v/(V/s)
Epc/V
Ipc/A
Epa/V
Ipa/A
△Ep/V
v/(V/s-1)1/2
Ipc/v1/2
Ipa/v1/2
0.05
0.132
3.914e-05
0.255
-4.238e-05
0.123
0.2236
1.750e-04
-1.895e-04
0.1
0.121
5.343e-05
0.262
-5.529e-05
0.141
0.3162
1.690e-04
-1.748e-04
0.2
0.110
7.007e-05
0.273
-6.971e-05
0.163
0.4472
1.567e-04
-1.559e-04
0.25
0.103
7.588e-05
0.278
-7.428e-05
0.175
0.5000
1.518e-04
-1.486e-04
0.3
0.097
8.057e-05
0.280
-7.821e-05
0.183
0.5477
1.471e-04
-1.428e-04
0.4
0.091
8.792e-05
0.289
-8.332e-05
0.198
0.6324
1.390e-04
-1.317e-04
0.5
0.079
9.297e-05
0.296
-8.628e-05
0.217
0.7071
1.315e-04
-1.220e-04
0.6
0.080
9.712e-05
0.295
-8.832e-05
0.215
0.7745
1.254e-04
-1.140e-04
0.7
0.071
9.971e-05
0.303
-8.915e-05
0.232
0.8366
1.192e-04
-1.066e-04
0.8
0.068
1.014e-04
0.308
-8.892e-05
0.240
0.8944
1.134e-04
-9.941e-05
3. △Ep的范围为0.123~0.24V; 可逆程度低。Ep与扫描速率v无关; △Ep随扫描速率的增大而增大。
4. 以电流函数对扫描速率作图:

线性相关度为0.978

线性相关度为0.947
电极上进行氧化-还原反应过程没有伴随有耦合化学反应。
六． 结果讨论及误差分析
Ep/mV的值在55～65/z范围, 即可认为电极反应是可逆过程。但实验数据偏大, 可能有如下原因:
1.电极没有活化好, 产生钝化。
2.待测溶液里有杂质。
3.实验速度过慢, 电极钝化, 产生误差。
七． 思考题
1. 用循环伏安研究不同的电极过程时, 如何选择和确定合适的扫描速率。扫描速率的影响与电极反应得失电子的难易程度的联系如何?
答: 在进行循环伏安扫描时, 氧化还原反应其电极间电子转移速率是固定的, 而只有扫描速率超过反应体系的电子转移速率才能够得到完整、 较好结果的扫描图像, 而若扫描速率过大, 会导致扫描结束而电极反应未结束的结果, 因此扫描速率的确定需要电极反应的快慢来确定, 最好是稍快于电极反应速率, 而扫描速率越快, 电极极化越明显, 正负极间电压越低, 得失电子越难进行。
2. 电位扫描的范围, 对测定结果有何影响? 是否电位范围越大测定结果越好?
答: 由于电位扫描范围的确定是根据所测体系的物理化学性质得到的, 因此如果电位扫描范围太大或者太小都有可能使得测定结果不理想, 或所得结果不明显等。
3. 讨论循环伏安曲线中峰值电流ip的影响因素。
答: 峰电流ip与电极反应体系中的被测物性质、 电子转移数、 扩散系数、 电压扫描速率、 电极面积还有被测物质浓度等有关。