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能源与化学工程实验报告第1页北京理工大学能源与化学工程实验预习报告姓名班级学号实验日期2016年5月4日指导教师_________同组姓名成绩_______________实验名称一、实验目的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术二、实验内容和原理循环伏安法是重要的电分析化学研究方法之一，研究领域广泛。由于仪器简单、操作方便、图谱解析直观，常常是首选进行实验的方法。循环伏安法是将循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间，记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线。也常被称为三角波线性电位扫描方法。循环伏安法的典型激发信号如图所示，图中表明了施加电压的变化方式：起扫电位为0.8V，反向起扫电位为-0.2V，终点又回扫到0.8V，扫描速度可从斜率反应出来，其值为50mV/s。图中激发信号为三角波电位，虚线表示第二次循环。电化学分析仪可进行多次循环，任意变化扫描电位范围和扫描速度。当工作电极被施加的扫描电压激发时，其上将产生响应电流。以该电流为纵坐标，电位为横坐标作图，即为循环伏安图。典型的循环伏安图如下所示：能源与化学工程实验报告第2页该图是在1mol/LKNO3电解质溶液中，0.006mol/LK3Fe(CN)6在Pt工作电极上的反应所得到的结果。图中起始扫描电位为0.8V，是为了避免电极接通后Fe(CN)63-发生电解。沿负的电位扫描，如箭头所示，当电位至Fe(CN)63-可还原时，即析出电位，将产生阴极电流（b）点。电极反应为：Fe(CN)63-+e→Fe(CN)64-，随着电位的变负，阴极电流迅速增加，直至电极表面的Fe(CN)63-浓度趋近于零，电流在d点达到最高峰。然后电流迅速衰减，是因为电极表面附近溶液中的Fe(CN)63-几乎全部电解转变为Fe(CN)64-而耗尽，即所谓的贫乏效应。当电位扫至-0.15V处，虽然已经转向开始阳极化扫描，但这时的电极电位仍相当的负，扩散至电极表面的Fe(CN)63-仍在不断还原，故仍呈现阴极电流。当电位继续正向变化至Fe(CN)64-的析出电位时，聚集在电极表面附近的还原产物Fe(CN)64-被氧化，反应为：Fe(CN)64--e→Fe(CN)63-，这时产生阳极电流。阳极电流随电位正移迅速增加，当电极表面的Fe(CN)64-浓度趋于零时，阳极电流达到峰值。电位继续正移，电极表面的Fe(CN)64-耗尽，阳极电流衰减至最小。当电位扫至0.8V时，完成一次循环。实验中用仪器得到的伏安图如下所示：循环伏安图中的几个重要参数为：阳极峰电流（ipa）、阴极峰电流（ipc）、阳极峰电位（Epa）、阴极峰电位（Epc）。测量确定ip的方法是：沿基线作切线外推至峰下，从峰顶作垂线至切线，其间高度即为ip。Ep可直接从横轴与峰顶能源与化学工程实验报告第3页对应处而读取。可逆氧化还原电对的条件电位E，与Epa和Epc的关系可表示为：E=（Epa-Epc）/2而两峰之间的电位差值为：Epa-Epc≈0.056/n可逆体系的正向峰电流有：ip=2.69*105*n3/2AD1/2v1/2C；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）可逆电极中有ipa=ipc三、主要仪器设备实验仪器：CHI830、CHI620、CHI660电化学分析仪圆盘型工作电极、铂丝辅助电极、饱和甘汞参比电极组成的电极系统试剂及材料：铁氰化钾溶液：0.02mol/L、硝酸钾溶液：1mol/L四、操作方法与步骤1.Pt工作电极预处理将Pt工作电极在放有氧化铝粉沫的抛光布上轻轻研磨5-10分钟，二次蒸馏水清洗干净后用超声波清洗1min，用滤纸吸干表面水分2.配制溶液在5个50ml容量瓶中，分别加入0.02mol/L的铁氰化钾溶液0，0.05ml，1ml，2ml，5ml，再各加入1mol/L的硝酸钾溶液5ml。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0.002mol/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。