循环伏安法测定电极反应参数实验报

循环伏安法测定电极反应参数实验报告

生化学院 10级化工班第4组 王金 20102090130

一、实验目的目

1、学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理。 2、熟悉伏安法测量的实验技。

二、实验原理

循环伏安法（CV）是最重要的电化学分析研究方法之一。在电化学、无机化学、有机化学、生物化学的研究领域广泛应用。

伏安法是以固态电极作工作电极电解被分析物质的稀溶液，并根据电流-电压曲线进行分析的方法。根据所施加的电压类型和扫描方式的不同，伏安法可分为循环伏安法、线性扫描伏安法、差分脉冲伏安法、溶出伏安法、方波伏安法等。本实验采用循环伏安法测铁氰化钾电极反应参数。

[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-氧化还原电对的标准电极电位为： [Fe(CN)6]3-+ e-= [Fe(CN)6]4- φθ= 0.36V

电极电位与电极表面活度的Nernst方程式φ=φθ’+ RT/Fln(COx/CRed) 对于可逆的电极反应，峰电流方程式可以表示如下：

ip＝2.69×105n3/2AD1/2V1/2C，ip为峰电流（A），n为电子转移数，A为电极面积（cm2），D为扩散系数（cm2/s），V为扫描速度（V/s），C为浓度（mol/L）。从上式可以看出，在一定的实验条件下，峰电流ip与扫速的二分之一次方(v1/2)或被测物质的浓度c成正比。

循环伏安法是一种采用三电极系统 (工作电极，参比电极和辅助电极) 的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描（如图1），电势范围是使电极上能交替发生不同的氧化和还原反应，并记录电流-电势(i-E)曲线，称为循环伏安曲线。循环伏安曲线显示一对峰，称为氧化还原峰。

图一

如图2所示，对于[Fe(CN)6]3-，当电位从正向负扫描时，溶液中[Fe(CN)6]3-在电极上发生还原反应，生成[Fe(CN)6]4-，产生还原波，其峰电流为ipc，峰电位为Epc；当逆向扫描时，电极表面生成的[Fe(CN)6]4-被氧化生成[Fe(CN)6]3-，产生氧化电流，其峰电流为ipa，峰电位为Epa。

峰电位差ΔE=Epa -Epc , Eθ,= (E Epa +Epc)/2。若

ΔE=56.5/n ，且ipa/ ipc=1，则整个反应为可逆反应；ΔE>56.5/n ， i

整个反应为不可逆反应。

三、仪器和试剂

1. CHI830 、CHI620 、CHI660电化学分析仪。

2. 圆盘型工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞参比电极组成电极系统。 3. 铁氰化钾溶液：2.0×10-2mo1/L. 4. 硝酸钾溶液：1.0 mo1/L. 四、实验步骤

1. Pt（玻碳电极）工作电极预处理。将Pt（玻碳电极）工作电极在放有氧化铝粉沫的抛光布上轻轻研磨一分钟，二次蒸馏水拎洗干净后，用超声波清洗1min，用滤纸吸干表面水分即可进行测定。 2. 配制试液。

在5个50mL容量瓶中，分别加入2.0×10-2 mol/L的铁氰化钾溶液0，0.5mL，1.0mL，2.0mL，5.0mL，再各加人1mol/L的硝酸钾溶液5.0mL。用二次蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

3. 循环伏安法测量。将配制的系列铁氰化钾溶液逐一转移至电解池中，插入干净的电极系统。起始电位+0.8V，转向电位-0.1V，以50mV/s的扫描速度测量，当测量2×10-3mol/L的溶液时，逐一变化扫描速度：20mV/s，50mV/s，100mV/s，125mV/s，150mV/s，175mV/s，200mV/s进行测量。在完成每一个扫速的测定后，要重新处理电极。 五、结果处理

1. 列表总结铁氰化钾溶液的测量结果(Epa，Epc， △Epa， ipa ，ipc)。

循环伏安法测定电极反应参数——数据记录

表2 扫描速度ν (V/s)

扫描速度ν 对 CV 图参数的影响(浓度 c 均为 0.040 mol·L-1) 0.050 0.224 205.298 -209.371 0.209 0.292 0.100 0.316 274.976 -283.788 0.200 0.299 0.125 0.354 303.199 -312.986 0.196 0.300 0.150 0.387 328.191 -338.634 0.193 0.304 0.175 0.418 349.523 -364.189 0.192 0.308 0.200 0.447 370.423 -384.969 0.187 0.307

iPc(×10-6A) iPa(×10-6A) EPc (V) EPa ( V )

2. 绘制铁氰化钾溶液的的ipa与ipc相应浓度c的关系曲线；绘制ipa与ipc与相应的v1/2关系曲线。

铁氰化钾的ipa与浓度c的关系

ipa/mV

-50 0.01 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400 -450

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

浓度c/(mol/L)

铁氰化钾的ipc与相应的v(1/2)的关系

ipc/mV

400

350

300

250

200

150 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 v(1/2)

六、问题讨论

1. 铁氰化钾的Epa对其相应的v是什么关系？由此可表明什么？

答：当v改变时，铁氰化钾的Epa保持不变，说明铁氰化钾电极反应为可逆电极反应。 2. 由铁氰化钾的循环伏安图解释它在电极上的可能反应机理。 答：由循环伏安图可知，铁氰化钾为可逆电极反应。 铁氰化钾反应机理为：

2

Fe(CN)36 e Fe(CN)6

七、注意事项

1．指示电极表面必须仔细清洗，否则严重影响循环伏安图图形。

2．每次扫描之间，为使电极表面恢复初始条件，应将电极提起后再放入溶液中或用搅拌子搅拌溶液，等溶液静止1～2min再扫描。