電化學(xué)測試實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電化學(xué)測試技術(shù)實驗報告實驗地點:8號樓8313姓名：徐榮學(xué)號：SX指導(dǎo)教師：佟浩 實驗一 鐵氰化鉀的循環(huán)伏安測試一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)固體電極表面的處理方法；2. 掌握循環(huán)伏安儀的使用技術(shù)；3. 了解掃描速率和濃度對循環(huán)伏安圖的影響 。二、實驗原理鐵氰化鉀離子Fe(CN)63-亞鐵氰化鉀離子Fe(CN)64-氧化還原電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為：Fe(CN)63- + e-= Fe(CN)64- = 0.36V電極電位與電極表面活度的Nernst方程式為： =+ RT/F ln(COx/CRed)在一定掃描速率下，從起始電位（-0.2 V）正向掃描到轉(zhuǎn)折電位（+0.8 V）期

2、間，溶液中Fe(CN)64-被氧化生成Fe(CN)63-，產(chǎn)生氧化電流；當(dāng)負(fù)向掃描從轉(zhuǎn)折電位（+0.6 V）變到原起始電位（-0.2 V）期間，在指示電極表面生成的Fe(CN)63-被還原生成Fe(CN)64-，產(chǎn)生還原電流。為了使液相傳質(zhì)過程只受擴散控制，應(yīng)在加入電解質(zhì)和溶液處于靜止下進行電解。在0.1M NaCl溶液中Fe(CN)64-的電子轉(zhuǎn)移速率大，為可逆體系（1M NaCl溶液中，25時，標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)速率常數(shù)為5.2×10-2 cm2s-1）。三、儀器和試劑電化學(xué)分析系統(tǒng)；鉑盤電極；鉑柱電極，飽和甘汞電極；電解池；容量瓶。0.50 mol·L-1 K3Fe(CN)6；

3、0.50 mol·L-1 K4Fe(CN)6 ；1 mol·L-1 NaCl四、實驗步驟1. 指示電極的預(yù)處理鉑電極用Al2O3粉末（粒徑0.05 µm）將電極表面拋光，然后用蒸餾水清洗。2. 支持電解質(zhì)的循環(huán)伏安圖在電解池中放入0.1 mol·L-1 NaCl溶液，插入電極，以新處理的鉑電極為指示電極，鉑絲電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，進行循環(huán)伏安儀設(shè)定；起始電位為-0.2 V；終止電位為+0.6 V。開始循環(huán)伏安掃描，記錄循環(huán)伏安圖。3. 不同掃描速率K3 Fe(CN)6溶液的循環(huán)伏安圖在0.50 mol·L-1 K4 Fe(CN

4、)6溶液中，以10 mV/s、25 mV/s、50 mV/s、100 mV/s、200 mV/s、500 mV/s,在-0.15 V至+0.7 V電位范圍內(nèi)掃描，分別記錄循環(huán)伏安圖。五、注意事項1. 實驗前電極表面要處理干凈。2. 掃描過程保持溶液靜止。六、數(shù)據(jù)處理1、將不同掃描速率5、10、25、50、100、200、500mV/s的循環(huán)伏安曲線進行處理，得到陽極峰和陰極峰電流值，將其與掃速的二分之一次方作曲線，得到如圖所示：圖1 不同掃速的CV曲線（無NaCl）圖2 不同掃速的CV曲線（有NaCl）2、分別以ipa、 ipc對v1/2作圖:表1 掃描速率與峰電流（無NaCl）掃速v/(mV

5、/s)5102550100200 500V1/22.243.1657.071014.14 22.36ipa/mA0.011050.015620.023790.031350.038510.049180.06994ipc/mA-0.0105-0.01399-0.01959-0.02512-0.03219-0.04336-0.0694圖3 ipa 與ipc對作圖峰電流與掃描速率間的關(guān)系（無NaCl）表2 掃描速率與峰電流掃速v/(mV/s)5102550100200 500V1/22.243.1657.071014.14 22.36ipa/mA0.006320.009780.015620.02125

6、0.027810.039130.06558ipc/mA-0.007-0.00901-0.01408-0.0161-0.02235-0.03029-0.05112圖4 ipa 與ipc對作圖峰電流與掃描速率間的關(guān)系七 實驗結(jié)論峰電流的比值為：ip1/ip21。由此可知，鐵氰化鉀體系(Fe(CN)63-/4-)在中性水溶液中的電化學(xué)反應(yīng)是一個可逆過程。(注：由于該體系的穩(wěn)定，電化學(xué)工作者常用此體系作為電極探針，用于鑒別電極的優(yōu)劣。) 在誤差的范圍內(nèi)K3 Fe(CN)6在NaCl溶液中電極過程的具有可逆性。從圖中可以看出來隨著掃描速率的增大氧化還原峰的距離越來越大，即是可逆性降低。根據(jù)電化學(xué)理論，對

7、于擴散控制的電極過程，峰電流ip與掃描速度的二分之一次方呈正比關(guān)系。由圖得出峰電流ipa和ipc與掃描速度的二分之一次方呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9919，0.9965以及0.9841，0.9974。由此可說明，鐵氰化鉀循環(huán)伏安是由擴散控制的電極過程。實驗三 鐵氰化鉀交流阻抗一、實驗?zāi)康模?.了解交流阻抗的測試原理和方法2.學(xué)會解讀交流阻抗圖譜二、實驗原理：在低頻區(qū)，簡化后可得：； 在高頻區(qū)，當(dāng)時，可以求得：，兩式消去得：三、 試驗裝置：CHI750C電化學(xué)工作站，鐵氰化鉀，亞鐵氰化鉀，鉑電極，參比電極。四、實驗步驟1溶液的配制在250mL容量瓶中，依次加入K4Fe(CN)6溶液和K3Fe(

8、CN)6溶液，使稀釋至接近刻度處，靜置，用蒸餾水定容。配制K3Fe（CN）6 和K4Fe（CN）6濃度均為0.005mol/L的溶液。2 K4Fe(CN)6溶液和K3Fe(CN)6溶液的交流阻抗曲線初始電平0.1V，從低頻0.01Hz到高頻100KHz，振幅0.005V。五、結(jié)果與討論圖5 K3Fe（CN）6 和K4Fe（CN）6濃度均為5mM的溶液交流阻抗圖數(shù)據(jù)分析:從圖中可以看到，在低頻區(qū)，當(dāng)f=p/4時，電極的Nyquist圖是一條斜率為1的直線，受擴散控制，直線在Z軸上的截距為RL+RP-2Cd。圖上出現(xiàn)實分量和虛分量的線性相關(guān)，這是電極過程擴散控制的最鮮明的阻抗特征。復(fù)平面上相應(yīng)于高

9、頻區(qū)的阻抗曲線是一個半圓，受電化學(xué)控制，圓心在Z軸上RL+RP/2處，半徑等于RP/2,其中加入NaCl的eis在高頻區(qū)具有更小的半圓，傳荷阻抗較小，具有更快的電荷轉(zhuǎn)移速率。實驗四 苯胺單體的電聚合一、實驗?zāi)康?、熟悉電化學(xué)工作站測試方法的應(yīng)用2、了解苯胺單體電聚合的機理二、實驗原理聚苯胺作為一種優(yōu)良的防腐材料逐漸引起重視，并且成為導(dǎo)電聚苯胺最有希望的研究領(lǐng)域。因?qū)щ娋酆衔?如聚苯胺)通常不溶于水和一般有機溶劑，且無熱塑性，故加工困難，涂料生產(chǎn)成本很高，涂料的生產(chǎn)和涂裝過程涉及大量的揮發(fā)性有機溶劑，易造成生產(chǎn)和周圍環(huán)境的空氣污染，危害工人健康。因此，采用電化學(xué)法制備導(dǎo)電聚苯胺在防腐蝕應(yīng)用上應(yīng)具

10、有更大的優(yōu)勢。苯胺的電聚合反應(yīng)可以概括為以下過程：一般認(rèn)為，反應(yīng)的第一步是電極從芳香族單體上奪取一個電子，使其氧化成為陽離子自由基;生成的兩個陽離子自由基之間發(fā)生加成性偶合反應(yīng)，再脫去兩個質(zhì)子，成為比單體更易于氧化的二聚物。留在陽極附近的二聚物繼續(xù)被電極氧化成陽離子，繼續(xù)其鏈?zhǔn)脚己戏磻?yīng)。三、 實驗試劑基儀器試劑：苯胺單體、0.5M 硫酸儀器：化學(xué)工作站、三電極體系四、 實驗步驟首先、打磨鉑片電極，盡量打磨發(fā)亮，將較亮的一極作為工作極。其次、連接測量電路。將三個電極分別插入注入0.5mol«L-1硫酸和苯胺單體的電解溶液的中。最后、將電解池中的三電極分別與電化學(xué)工作站三根相應(yīng)的導(dǎo)線相連

11、。然后測量并保存數(shù)據(jù)。在-0.20.8 V之間以，10，200 mV/s的掃速循環(huán)伏安掃描50圈，比較電容性能。 五、 實驗數(shù)據(jù)及分析圖6 50mv/s的CV曲線圖7 200mv/s的CV曲線圖數(shù)據(jù)分析：從圖中可觀察到聚苯胺兩對典型的氧化還原峰(即苯胺的氧化摻雜) ,這不同于典型的雙電層電容器的循環(huán)伏安曲線,顯示出法拉第準(zhǔn)電容的存在,且隨循環(huán)次數(shù)的增加,反應(yīng)電流隨之增大,表明聚苯胺在鉑電極上的順利聚合，50 mv/s掃速下反應(yīng)電流增加的更快說明低掃速更有利于聚苯胺在鉑電極上的聚合，具有更好的反應(yīng)動力學(xué)。實驗六 鎳片鈍化曲線一、 實驗?zāi)康模?.熟悉CHI電化學(xué)工作站的使用。2.學(xué)會用陽極鈍化曲線

12、進行樣品分析的實驗技術(shù)。3.了解鎳片在不同電勢區(qū)間表現(xiàn)出的鈍化和破鈍現(xiàn)象二、 實驗原理由陽極極化引起的金屬鈍化現(xiàn)象，叫陽極鈍化或電化學(xué)鈍化。金屬表面狀態(tài)發(fā)生變化，使它具有貴金屬的低腐蝕速率和正電極電勢增高等特征的過程。金屬與周圍介質(zhì)自發(fā)地進行化學(xué)作用而產(chǎn)生的金屬鈍化稱為化學(xué)鈍化或自鈍化作用 。通常強氧化劑（濃HNO3、KMnO4、K2Cr2O7、HClO3 等）可使金屬鈍化。鈍化后的金屬失去原有的某些特性。若金屬通過電化學(xué)陽極極化引起鈍化稱為陽極鈍化。一些可以鈍化的金屬，當(dāng)從外部通入電流，電位隨電流上升，達(dá)到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，后隨電位上升，腐蝕電流不變，直到過鈍區(qū)為止利用這個原理，

13、以要保護的設(shè)備為陽極導(dǎo)入電流，使電位保持在鈍化區(qū)的中段，腐蝕率可保持很低值。在保持鈍性的電位區(qū)間，決定金屬的陽極溶解電流密度大小的是鈍化膜的溶解速度，所以，金屬的鈍態(tài)不是熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，而是一種遠(yuǎn)離平衡的耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。陽極保護法需要一臺恒電位儀以控制設(shè)備的電位（以免波動時進入活化區(qū)或過鈍化區(qū)）。由于只適用于可鈍化金屬，所以這種方法的應(yīng)用受到限制。三、 試驗裝置：CHI750C電化學(xué)工作站，鎳片，鉑電極，參比電極。四、實驗步驟1鎳電極前處理：研究電極是高純Ni電極，經(jīng)1.5研磨膏拋光，洗滌劑和蒸餾水沖洗即可待用。2電解液配制：電解質(zhì)溶液是0.1M H2SO4溶液。3試驗裝置搭配：輔助電鈕是Pt電

14、極。參電極是飽和甘汞電極。4設(shè)置參數(shù)測試：初始電極電位為-0.4 VvsSCE，終止電位為1.8VvsSCE?？刂茠呙杷俣葴y定單程陽極鈍化曲線。五、結(jié)果與討論實驗測試所得鈍化曲線結(jié)果如圖：圖8 鎳鈍化曲線圖數(shù)據(jù)分析：鎳片鈍化曲線可分為四個區(qū)域：由圖可觀察到: -0.18v到0v區(qū)間為活性溶解區(qū),是鎳片的正常溶解區(qū)間，陽極電流隨電位變化符合Tafel公式； 0到0.35v區(qū)間為鈍化過渡區(qū),此時鎳片表面形成鈍化膜,所以電流密度隨著陽極電極電勢增大而減小 0.35v到1.43v為鈍化穩(wěn)定區(qū),金屬處于鈍化狀態(tài),此時鎳片表面生成一層致密的鈍化膜,在此區(qū)間電流密度穩(wěn)定在很小值

15、，此時的電流密度為金屬鎳的穩(wěn)定溶解電流密度；1.43v以后為過鈍化區(qū),電流密度又隨陽極電極電勢的增大而迅速增大,在此區(qū)間鈍化了的鎳片又重新溶解。實驗七 鎳片在硫酸體系tafel研究一實驗?zāi)康模?.學(xué)會運用tafel實驗方法測定電化學(xué)動力學(xué)參數(shù)。2.學(xué)會運用tafel建立電化學(xué)分析方法。二實驗原理：塔菲爾（Tafel）線外推法。一種測定腐蝕速率的方法。做法是將金屬樣品制成電極浸入腐蝕介質(zhì)中，測量穩(wěn)態(tài)的伏安（EI）數(shù)據(jù)，作log|I|E圖，將陰、陽極極化曲線的直線部分延長，所得交點對應(yīng)的即為logIcorr,由腐蝕電流Icorr除以事先精確測量的樣品面積S0，即得腐蝕速率。此法快速省時，適用于金屬

16、均勻腐蝕的測量。首先關(guān)系是：E=a+b*|lgi|，所以a值的求法，就直接延長陽極支與E軸的交點，而b的值其實就是陽極支曲線的斜率，在圖上就能求出。電極的極化引發(fā)的電極反應(yīng)中電流、電壓的關(guān)系變化繁多，統(tǒng)稱為極化曲線，或稱伏安圖。它的測量和研究是電極反應(yīng)動力學(xué)的重要內(nèi)容，其結(jié)果也是電化學(xué)生產(chǎn)過程控制的重要依據(jù)。極化曲線的測量方法可以是“穩(wěn)態(tài)”的，也可是“暫態(tài)”的。前者是先控制恒定的電流(或電壓)，待響應(yīng)電壓(或電流)恒定后測量之，可獲得穩(wěn)態(tài)極化曲線。后者則控制電流恒定或按一定的程序變化，測量響應(yīng)電勢的變化；或控制相應(yīng)的電勢，測量響應(yīng)電流的變化獲得暫態(tài)極化曲線。三、實驗器材儀器：CHI660A電化學(xué)工作站，