循環(huán)伏安法實驗報告材料

1、實驗七、循環(huán)伏安法觀察 Fe（CN） 63/4及抗壞血酸的電極反應過程一、實驗目的1、學習并理解可逆電極反應的發(fā)生條件。2、學習循環(huán)伏安法測定電極反應參數(shù)的基本原理和方法。3、熟悉儀器的使用并根據(jù)所測數(shù)據(jù)驗證并判斷電極反應是否是可逆反應。二、實驗原理1、溶液中的電解質(zhì)會離解出陰、陽離子，在外電場作用下發(fā)生定 向移動產(chǎn)生電流使整個回路導通。在電場的作用下，陰、陽離子分別 向陽極、陰極移動，并在電極表面發(fā)生氧化或還原反應。如果電極反 應的速度足夠快以致使得當離子剛移動到電極表面的反應區(qū)便立刻 被反應掉， 即電極表面總是處于缺少反應物的狀態(tài)， 這時電極表面的 反應是可逆的，能量損失較小。2、凡是能夠

2、測出電流電壓關系獲得 I-U 曲線的方法都可成為伏安 法。循環(huán)伏安法便是讓電壓做循環(huán)變化同時測出電流的改變的方法。 因此對于可逆的電極反應， 所獲得的曲線具有某種對稱性， 曲線會出現(xiàn)兩個峰，電位差為：EpaEpc0.056n其中， Epa 和 Epc 分別對應陰極和陽極峰電勢。對應的正向峰電流滿 足 Randles-Savcik 方程：5 3/2 1/2 1/2i p 2.69*10 n AD v c其中 ip 為峰電流（ A），n 為電子轉(zhuǎn)移數(shù)， A 為電極面積（ cm2）， D為擴散系數(shù)（ cm2/s），v1/2為掃描速度（ V/s ），c 為濃度（ mol/L ）。3、對本實驗：34 F

3、e CN 6 e Fe CN 666 該電極反應時可逆的。 用循環(huán)伏安法測量時， 所得曲線會出現(xiàn)最大值 和最小值，比較兩個峰值所對應的電勢之間的差值，若大小為 0.056 則說明該反應是可逆的； 同時根據(jù) Randles-Savcik 方程，ip 和 v1/2 和 濃度 c 都成直線關系，若兩個峰電流比值接近于 1，也可說明該電極 反應是可逆的。因此，本實驗中，用循環(huán)伏安法測出峰電流、峰電位 是關鍵。三、實驗試劑和儀器1、伏安儀，工作電極、輔助電極、 參比電極， 0.5ml 移液管， 50ml 容量瓶，燒杯2、0.50mol/L 氯化 鉀溶 液 ， 0.10mol/L 鐵氰 化鉀 空白 溶液，

4、 0.10mol/LH 3PO4-KH2PO4 溶液， 0.10mol/L 抗壞血酸溶液 .四、實驗步驟1、a)移取 0.50mol/L 氯化鉀溶液 20mL 于 50mL 燒杯中， 插入工作 電極、對電極和參比電極，將對應的電極夾夾在電極接線上，設置 好如下儀器參數(shù)：初始電位： 0.60V; 開關電位 1：0.60V; 開關點位 2： 0.0V 電位增量： 0.001V ； 掃描次數(shù)： 1；等待時間： 2電流靈敏度： 10A 濾波參數(shù)： 50Hz;放大倍率： 1；b) 以 50mV/s 的掃描速度記錄氯化鉀空白溶液的循環(huán)伏安曲線并保存。c) 向燒杯中加入 鐵氰化鉀空白溶液，同樣以50mV/s

5、 的掃描速度記錄循環(huán)伏安圖并保存。d) 分別再向溶液中加入 0.1、 0.2、 鐵氰化鉀溶 液重復 c) 操作。e) 分別以 5mV/s 、10mV/s 、20mV/s 、50mV/s 、100mV/s 、200mV/s 的掃描速度記錄最后溶液的循環(huán)伏安曲線?？箟难崛芤旱牟僮鞑襟E與過程和鐵氰化鉀溶液相同， 但電解液 換成 0.10mol/LH 3PO4-KH2PO4 溶液，并按下列儀器參數(shù)記錄。初始電位： 0.0V; 開關電位 1： 0.0V; 開關點位 2：1.0V電位增量： 0.001V ； 掃描次數(shù)： 1；等待時間： 2電流靈敏度： 10A 濾波參數(shù)： 50Hz; 放大倍率： 1 注：

6、測定抗壞血酸溶液時，每次啟動掃描前，都要晃動一下溶液。五、實驗數(shù)據(jù)記錄1、不同濃度的鐵氰酸根離子0.22565.5438-0.2280.2963-5.2877-0.44910.226510.2631-0.15780.2955-8.5330.11220.227320.0701-0.14030.2963-15.57892.45610.224938.2807-0.40350.2963-28.64816.3508掃描速度： 50mV/sX Y1 Y2加入體積 /mL0.10.20.40.8表格 12、不同掃描速度同一濃度的鐵氰酸根離子圖2掃描速度加入體積 0.80mLv/(mV/s)XY1Y250.2

7、26512.4651-1.09640.2963-9.16663.0263100.227517.5438-1.24560.2955-13.58773.3596200.226524.2105-1.68420.2955-19.52633.921500.225737.1526-1.58420.2987-29.91053.9211000.223249.6807-2.20520.3004-40.36146.41572000.218463.7814-1.05260.3036-51.15787.78943、不同濃度的抗壞血酸圖3加入體積 /mL掃描速度 mV/sXY1Y20.10.3627-4.9263-1.

8、27360.20.3694-8.4912-1.241050.40.3815-15.4315-1.41050.60.4069-27.8508-1.3859表格 34、不同掃描速度同一濃度的抗壞血酸掃描速度加入體積 mLv/(mV/s)XY1Y250.3694-10.26660.8684100.3922-13.68070.9087200.4019-18.35081.0877500.4404-26.68421.51871000.4618-34.64911.66662000.4832-45.50871.5842表格 4其中 X 表示橫坐標電勢 E（V），Y 表示縱坐標電流 I（ A），表格 所示分別對

9、應于峰電勢 Ep 和峰電流 Ip。六、數(shù)據(jù)處理1、驗證鐵氰酸根離子電極反應的可逆性（1）不同體積的鐵氰酸根離子加入燒杯中后所引起的總體積的變化忽略不計，認為電解質(zhì)溶液總體積維持恒定，為 V0=20.00mL ，則加coVx入鐵氰酸根離子后濃度變?yōu)?cx Vo x ；（2）峰電流 Ip 的計算： Ip Y1 Y2峰電勢 Ep 的計算： Ep=X（3）根據(jù)以上公式可得不同濃度鐵氰酸根離子在同一掃描速度情況 下表格 1 的計算結(jié)果：（a）掃描速度： 50mV/s濃度 c/(mol/L)峰電勢 /V峰電流/ AEp/VIpa/IpcEpaEpcIpaIpc0.00050.29630.22564.838

10、65.77180.07070.8383170.0010.29550.22658.645210.42090.0690.8296020.0020.29630.227318.20.21040.0690.8923620.004 0.2963 0.2249 34.9989 38.6842 0.0714 0.904734b）峰電流 Ip 與濃度 c 的關系如下：concentrtion (mmol/L)A(p由以上表格中的數(shù)據(jù)計算可得，結(jié)果不太理想，與理論值差別較大 （0.056 和 1.0 ），但考慮到數(shù)據(jù)的采集和儀器本身的原因，在誤差 允許的圍， 可以認為鐵氰酸根離子的電極反應是近似可逆的； 由上述

11、曲線可知 Ip 與 c 的關系滿足 Randles-Savcik 方程。2、同一濃度不同掃描速度下鐵氰酸根離子的電極反應類似于上一步的處理過程，由表格 2 可得如下結(jié)論：（1）原始數(shù)據(jù)處理如下掃描速v/(mV/s)度 濃度 度 峰電勢 /VEpa Epc0.004mol/L 峰電流/ A Ipa IpcEp/VIpa/Ipc50.29630.226512.192913.56150.06980.899082100.29550.227516.947318.78940.0680.901961200.29550.226523.447325.89470.0690.905486500.29870.2257

12、33.731538.73680.0.8707871000.30040.223246.777151.88590.07720.901538200 0.3036 0.2184 58.9472 69.843 0.0852 0.843996 由計算結(jié)果可知當掃描速度達到 200mV/s 時，Ipa/Ipc 及 Ep 與 理論值偏差較大，可能是掃描速度過快，遠超出了離子的響應速度。 （2）作峰電流 Ip 與掃描速度平方根 v1/2曲線，如下123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14A(apv1/2 (mV/s)1/2由上述曲線可知 Ip 與 v 的關系也近似滿足

13、 Randles-Savcik 方程，但 是 Ipa 偏差稍微大一些。3、不同濃度抗壞血酸在同一掃描速度下的電極反應（ 1）由圖 3 可知，每次掃描時只出現(xiàn)一個峰，因此抗壞血酸在此條 件下的電極反應是不可逆的。2）按照表格 1 的處理方法，由表格 3 得濃度 c/(mol/L)0.0005掃描速度： 50mV/s 峰電勢 峰電流 Ip/ Ep/V A0.3627 3.65270.001 0.3694 7.250150.0020.381514.0.004 0.4069 26.46493)作 Ip-c 曲線，如下279 )A(pI0.0000.002c (mol/L)0.00418Ip 與 c 的

14、關系滿足 Randles-Savcik 方程。4、同一濃度抗壞血酸在不同掃描速度下的電極反應（1）由圖 4 可知，每次掃描時只出現(xiàn)一個峰， 因此在該條件下抗 壞血酸的電極反應是不可逆的。（2）類似于表格 1 的處理方法，由表格 4 可得掃描速度v/(mV/s)5102050濃度 c=0.004mol/L 峰電勢 峰電流 Ip/ Ep/VA0.36949.39820.392212.7720.4019 17.26310.4404 25.1655 100 0.4618 32.9825 200 0.4832 43.92453）作 Ip-v1/2 曲線，如下40Adj. R-Square0.9963ValueStandard ErrorIpIntercept 3.863340.62886IIppIpISnltoeprceept 23.8886031342IpLinear Fit of Ip)A(p2000 6 12v1/2 (mV/s)1/2Ip 與 v 的關系也滿足 Randles-Savcik 方程。七、討論1、由于讀取圖像數(shù)據(jù)本身的原因， 使得在驗證鐵氰酸根離子電極 反應的可逆性時誤差較大。 雖然在驗證 Ep 和 Ipa/Ipc 時與理論值相 差較大，但是每一個 Ep 和 Ipa/Ipc 都很接近，2、在測量抗壞血酸的電極反應數(shù)