选择施加在a点的起始电位Ei,然后沿负的电位即正向扫描,当电位负到能够将Ox还原时,在工作电极上发生还原反应:Ox + Ze = Red,阴极电流迅速增加(b-d),电流在d点达到最高峰,此后由于电极附近溶液中的Ox转变为Red而耗尽,电流迅速衰减(d-e);在f点电压沿正的方向扫描,当电位正到能够将Red氧化时,在工作电极表面聚集的Red将发生氧化反应:Red = Ox + Ze,阳极电流迅速增加(i-j),电流在j点达到最高峰,此后由于电极附近溶液中的Red转变为Ox而耗尽,电流迅速衰减(j-k);当电压达到a点的起始电位Ei时便完成了一个循环。
循环伏安图的几个重要参数为:阳极峰电流(ipa)、阴极峰电流(ipc)、阳极峰电位(Epa)、阴极峰电位(Epc)。对于可逆反应,阴阳极峰电位的差值,即 △E=Epa-Epc ≈56 mV/Z,峰电位与扫描速度无关。
而峰电流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)。由此可见,ip与V1/2和C都是直线关系。对于可逆的电极反应,ipa ≈ ipc。
三、实验仪器及药品
1.电化学工作站,三电极系统(玻碳电极为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂丝电极为辅助电极)
2. 铁氰化钾标准溶液(6.0×10-3 mol/L,含KNO3溶液1.0 mol/L),10 mL电解杯,10 mL容量瓶 四、实验步骤
1. 打开仪器预热20分钟,打开电脑,打开电化学工作站操作界面。
2. 电极抛光:用Al2O3粉将玻碳电极表面抛光,然后用蒸馏水清洗,待用。 3. 将铁氰化钾标准溶液转移至10 mL电解池中,插入三支电极,在“实验”菜单中选择“实验方法”,选择“循环伏安法”,点“确定”,设置实验参数:起始电位(+0.6 V);终止电位(-0.2 V);静止时间(2 s);扫描时间(任意扫速);扫描速度(0.1 V/s);灵敏度(1.0×e-3);循环次数(1);是否敲击(不敲击);通氮时间(0);氮气(不保持),点“确定”。从“实验”菜单中选择“开始实验”,观察循环伏安图,记录峰电流和峰电位。
4. 考察峰电流与扫描速度的关系,使用上述溶液,分别以不同的扫描速度:0.1、0.2、0.5 V/s(其他实验条件同上)分别记录从+0.6V~ -0.2V扫描的循环伏安图,记录峰电流。
5. 考察峰电流与浓度的关系,分别准确移取上述溶液1.00、2.00、5.00 mL,置于3只10 mL容量瓶中,分别用去离子水定容,摇匀,以0.1 V/s的扫描速度(灵敏度调为1.0×e-4,其他实验条件同上)分别记录从+0.6V~ -0.2V扫描的循环伏安图,记录峰电流。
五、注意事项
六、实验结果与处理
1. 计算阳极峰电位与阴极峰电位的差△E。
2. 计算相同实验条件下阳极峰电流与阴极峰电流的比值ipa / ipc。 3. 相同K3Fe(CN)6浓度下,以阴极峰电流或阳极峰电流对扫描速度的平方根作图,说明二者之间的关系。
4. 相同扫描速度下,以阴极峰电流或阳极峰电流对K3Fe(CN)6的浓度作图,说明二者之间的关系。
5. 根据实验结果说明K3Fe(CN)6在KNO3溶液中电极反应过程的可逆性。
A. 所得不同扫描速度下的循环伏安图如下: 1.扫描速度为 0.1 V/s
Epa=0.336 Epc=0.097 Ipa= -2.769*10-5 Ipc= 5.545*10-5 (1) 阳极峰电位与阴极峰电位的差△E=0.239V
(2) 阳极峰电流与阴极峰电流比值Ipa/Ipc=-0.499
2.扫描速度为0.2v/s
Epa= 0.350 Epc= 0.074 Ipa= -2.980*10-5 Ipc= 6.899*10-5
(1)阳极峰电位与阴极峰电位的差△E=0.276V
(2)阳极峰电流与阴极峰电流比值Ipa/Ipc= -0.432
3.扫描速度为0.5v/s
Up:EPc:0.0395 Ipc:1.349*10* Down:Epa:0.3859 Ipa: -7.30*10
-4
-5
(1) 阳极峰电位与阴极峰电位的差△E=0.3464V
(2) 阳极峰电流与阴极峰电流比值Ipa/Ipc= -0.541
B. 所得不同浓度下的循环伏安图如示:
1.铁氰化钾标准溶液(6.0×10-5mol/L)
Epa= 0.311 Ipa= -2.695*10
(1) 阳极峰电位与阴极峰电位的差△E=0.283V
-6
Epc= 0.0228 Ipc=6.222*10
-6
(2) 阳极峰电流与阴极峰电流比值Ipa/Ipc= -0.433
2.铁氰化钾标准溶液(1.2×10-5mol/L)
Epa= 0.307 Ipa= -7.749*10-6 Epc= 0.054 Ipc= 1.130*10-5