2022年电化学原理.docx

《2022年电化学原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年电化学原理.docx（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精品学习资源可逆体系的循环伏安争论1 试验目的1) 把握循环伏安法争论电极过程的基本原理2) 学习使用 CHI 660 电化学综合分析仪3) 测定 K 3Fe CN 6 体系在不同扫描速率时的循环伏安图2 试验原理1) 循环伏安法概述：循环伏安法（ CyclicVoltammetry ）的基本原理是：依据争论体系的性质，挑选电位扫描范畴和扫描速率， 从选定的起始电位开头扫描后，争论电极的电位按指定的方向和速率随时 间线性变化， 完成所确定的电位扫描范畴到达终止电位后，会自动以同样的扫描速率返回到起始电位； 在电位进行扫描的同时， 同步测量争论电极的电流响应，所获得的电流电位曲线称为循环伏安曲线

2、或循环伏安扫描图；通过对循环伏安扫描图进行定性和定量分析，可以确定电极上进行的电极过程的热力学可逆程度、得失电子数、 是否相伴耦合化学反应及电极过程动力学参数，从而拟定或推断电极上所进行的电化学过程的机理；资料个人收集整理，勿做商业用途循环伏安法是进行电化学和电分析化学争论的最基本和最常用的方法，1922 年由Jaroslav Heyrovsky创立的以滴汞电极作为工作电极的极谱分析法（Polarography ），可以认为是伏安争论方法的早期形式，其对电化学争论领域的杰出奉献，Heyrovsky 在 1959 年获得诺贝尔化学奖； 随着固体电极， 修饰电极的广泛使用和电子技术的进展，循环伏安

3、法的测试范畴和测试技术、数据采集和处理等方面显著改善和提高, 从而使电化学和电分析化学方法更普遍地应用于化学化工、生命科学、材料科学及环境和能源等领域；资料个人收集整理，勿做商业用途2) 循环伏安扫描图：循环伏安法争论体系是由工作电极、参比电极、 帮助电极构成的三电极系统，工作电极和参比电极组成电位测量，工作电极和帮助电极组成的回路测量电流；工作电极可选用固态或液态电极，如：铂、金、玻璃石墨电极或悬汞、汞膜电极；常用的参比电极有：饱和甘汞电极（ SCE）、银氯化银电极，因此，循环伏安曲线中的电位值都是相对于参比电极而言；帮助电极可选用固态的惰性电极，如：铂丝或铂片电极、玻碳电极等； 电解池中的

4、电解液包括：氧化仍原体系（常用的浓度范畴：mmol L ）、支持电解质（浓度范畴：mol L ）；循环伏安测定方法是： 将 CHI 660 电化学综合分析仪与争论体系连接，选定电位扫描范畴E1E2 和扫描速率 ，从起始电位 E1 开头扫描， 电位按选定的扫描速率呈线性变化从E1 到达 E2， 然后连续反方向再扫描从E2 回到 E1，如图 C17.1 所示，电位随时间的变化出现的是等腰三角波信号； 资料个人收集整理，勿做商业用途在扫描电位范畴内，如在某一电位值时显现电流峰，说明在此电位时发生了电极反应；如在正向扫描时电极反应的产物是足够稳固的，且能在电极表面发生电极反应，那么在返回扫描时将显现于

5、正向电流峰相对应的逆向电流峰；典型的循环伏安曲线如图C17.2 所示， ipc 和 ipa 分别表示阴极峰值电流和阳极峰值电流，对应的阴极峰值电位与阳极峰值电位分别为Epc 和 Epa；（ p 表示峰值， a 表示阳极， c 表示阴极；）资料个人收集整理，勿做商业用途欢迎下载精品学习资源图 C17.1三角波电压图 C17.2循环伏安极化曲线正向扫描对应于阴极过程，发生仍原反应： O+ne-R，得到上半部分的仍原波， ；反向扫描对应于阳极过程，发生氧化反应： R-ne- O，得到下半部分的氧化波； 资料个人收集整理， 勿做商业用途在试验测定过程中发觉， 循环伏安扫描图不仅与测量的氧化仍原体系有关

6、，仍与工作电极、电解液中的溶剂及支持电解质亲密相关；对于同一氧化仍原体系，不同的电极、不同的溶剂或不同的支持电解质，得到的循环伏安响应也会不一样；因此， 必需通过试验挑选合适的工作电极和溶剂及支持电解质，才能测得抱负的循环伏安曲线；资料个人收集整理，勿做商业用途3) 判定电极过程的可逆性：CHI660 电化学综合分析仪进行循环伏安测量时，测出循环伏安图的同时，通过数据采集和处理系统可以直接读取：阳极扫描峰电位Epa 和阳极峰电流 i pa；阴极扫描峰电位Epc 和阴极峰电流 i pc；判定电极反应的可逆程度常用的方法是：运算阳极峰电位 Epa 与阴极峰电位Epc 的差值 Ep，比较阳极峰电流

7、i pa 和阴极峰电流 ipc 数值的相对大小；依据Nernst 方程，当Ep 的数值 接近 2.3RT/zF ，且 i pa 与 ipc 的数值相等或接近时，电极反应是可逆过程；但是， Ep 值与电位扫描范畴、扫描时换向电位等试验条件有关，其值会在肯定范畴波动；当实验测定温度为 298K ，由 Nernst 方程运算得出的 Ep mV 59/ z，假如从循环伏安图得出的 Ep mV 的值在 55/ z 65/ z 范畴，即可认为电极反应是可逆过程；可逆电极过程的循环伏安曲线如图 C17.3 中 A 所示；对于不同扫描速率时测定的循环伏安曲线，可逆电流峰值电位 Ep 与扫描速率 无关，阴、阳极

8、峰电流的值正比于扫描速率的平方根，电流函数（i p1 2）与扫描速率 呈线性关系；对于部分可逆（半可逆或准可逆）电极过程来说，EmV 59/ z，数值越大，不行逆程度越高；Ep 随扫描速率的加快而增大；阴、阳极峰电流的值仍正比于扫描速率的平方根，但有可能产生差异，即ipc ipa 值可能等于 1、大于 1欢迎下载精品学习资源p或小于 1；电流函数（ i 1 2）与扫描速率 呈线性关系；准可逆电极电程的循环伏安曲欢迎下载精品学习资源线如图 4.17B所示；不行逆电极过程的循环伏安曲线如图 C17.3 中 C 所示，反向电压扫描时不显现阳12极峰，电流函数（ i p ）与扫描速率 呈线性关系； 资

9、料个人收集整理，勿做商业用途循环伏安法也是争论电极过程机理的基础，可用于判定电极过程是否属于电化学化学耦合过 程，即在电极反应历程中，包含或相伴耦合化学反应；在不同扫描速率 时测定的循环伏安图，其电1 2流函数（ i p ）与扫描速率 呈非线性关系； 资料个人收集整理，勿做商业用途2-4) K 3Fe CN 6 体系的循环伏安测定：欢迎下载精品学习资源3-Fe CN 6与 Fe CN 6是典型的可逆氧化仍图 C17.3循环伏安曲线欢迎下载精品学习资源原体系；循环伏安测定，用金电极作为工作电极，欢迎下载精品学习资源进行阴极扫描时，发生仍原反应：3-2-Fe CN +e- Fe CN ；进行阳极扫

10、描时，发生氧化反66应： Fe CN 26e- Fe CN 3- ；仍原与氧化过程中电荷转移的速率很快，得到的循环伏安图6中阴极波与阳极波基本上是对称的；资料个人收集整理，勿做商业用途3 仪器与试剂CHI 660 电化学综合分析仪园盘金电极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 ， 250mL ） 烧杯（ 100mL ）KNO 3 溶液（ 0.4 mol L）K 3Fe CN 6 标准溶液（ 5.0 10 H 2SO4 溶液（ 0.5 1.0 mol/L ）-2mol/L ）46351 恒温槽2 双层三口瓶3 争论电极4 参比电极5 帮助电极6 电化学综合分析仪

11、7 微机127图 C17.4试验装置示意图4 试验步骤1） 试验装置如图 C17.4 所示；参见本书 B3-10 部分，熟识 CHI 660A 电化学综合分析仪操作系统；2） 调剂并掌握恒温槽水浴温度为298 0.2 K ，将恒温水通入三颈瓶的恒温夹套中；3） 组成循环伏安测定系统：0.4 mol L 的 KNO 3 溶液作为支持电解质，用此溶液作为溶剂，将 K 3Fe CN 6 标准溶液 （ 5.0 10-2 mol/L ）稀释， 配制成（ 5.0 10-3 mol/L ）的 K 3Fe CN 6溶液 100mL，转入三颈瓶中约50mL ；与电化学综合分析仪接通：金电极作为争论电极与绿色夹相

12、连，铂丝电极作为帮助电极与红色夹相连，饱和甘汞电极作为参比电极与白色夹相连；资料个人收集整理，勿做商业用途4） 循环伏安扫描曲线测定：开启微机，进入CHI 660 软件操作系统，执行Setup 菜单中Technique 命令，挑选 Cyclic V oltmmetry试验技术， 进入 Parameters 设置扫描参数， Init EV= - 0.2 , High E V =0.5 , Low E V =- 0.2 , Initial Scan = Negative, Scan Rate V s = 0.05, Sweep Segments = 2, Sample Interval V =0.

13、001 , Quiet Time sec =2, SensitivityA V =5.e -006 ， 点 OK确 定 所 选 定 的 参 数 ， 同 时 进 入 CyclicVoltmmetry测 量 技 术 ， 显 示Potential-Current 坐标图，点击开头扫描，自动记录循环伏安曲线；依据峰电流的大小， 调剂 SensitivityA V 的选值，最终得到好的循环伏安图；利用数据处理软件记录在所选定的测试条件， 并读取峰电位和峰电流的数值， 将试验结果图存入 Word 文档；转变扫描速率， 测定扫描速率 mV/s 分别为： 50、 100、200、250、300、400、500

14、、600、 700、800 时的循环伏安图，记录在不同扫描速率时的峰电位和峰电流的数值，填入数据记录表； 资料个人收集整理，勿做商业用途5） 争论电极的处理：作为争论电极的金电极，反复使用多次后，连续进行循环伏安扫描时，不显现峰电流或峰电流很小， 缘由可能是在电极表面有沉积物或电极发生钝化， 需对电极进行处理；处理方法是：将三电极用去离子水冲洗洁净，在 0.5 1.0 mol/L 的 H 2SO4 溶液中，进行循环电位扫描，调剂到较大的电位范畴： （- 0.2 1.5 ）V ，观看到电极上有较多气欢迎下载精品学习资源泡显现；处理后的电极系统，肯定要冲洗洁净，才能放入争论体系；资料个人收集整理，

15、勿做商业用途5 数据记录与处理1） 打印扫描速率 50 mV/s 时的试验结果图，内容包括：循环伏安曲线，扫描参数， 数据处理结果；2） 将不同扫描速率时的循环伏安曲线测定的阴极、阳极峰电位和峰电流列表记录，计算 Ep 和电流函数；3） 依据 Ep 的数值，判定电极过程的可逆程度；争论扫描速率是否会影响此类电极过程的 Ep 及 Ep；4） 运算表中不同扫描速率时的电流函数，以电流函数对扫描速率作图；分别争论电极上进行的氧化仍原过程是否相伴有耦合化学反应；资料个人收集整理，勿做商业用途5） 使用微机进行数据处理，给出线性相关程度；表 C17.1试验数据欢迎下载精品学习资源/V/s 5010020

16、0250300400500600700800EpcVipc AEpa Vipa A Ep V1 2V sipc 1 2i pa 1 2欢迎下载精品学习资源6 留意事项1） 测量过程中，构成电流处理回路的争论电极和帮助电极有较大电流通过，而参比电极不应有电流通过， 因此， 必需正确连接争论电极、 帮助电极和参比电极，认真检查确认后， 再开头测定； 资料个人收集整理，勿做商业用途2） 不能把溶液等试剂放在电化学综合分析仪仪器上面，以免试剂损坏仪器；7 摸索题1） 用循环伏安争论不同的电极过程时，如何挑选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？资料个人收集整理，勿做商业用途2） 电位扫描的范畴，对测定结果有何影响？是否电位范畴越大测定结果越好？3） 争论循环伏安曲线中峰值电流i p 的影响因素；欢迎下载