旋转圆盘电极应用研究（一）
PINE 旋转圆盘电极的经典应用：氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR ）几乎是所有燃料电池、金属-空气电池的首选阴极反应，也是许多金属腐蚀过程中的主要反应。
（1） 为什么旋转圆盘电极可以应用于ORR
pine 旋转圆盘电极的优点就是电极溶液界面反应物的扩散层厚度与电极转速之间有着明确的函数应用，因此可以通过系统的改变反应的转速来调控反应物、产物的传质。对光滑电极上发生的可逆性不好的氧还原反应，可以通过简单的数学处理，完全排除传质的影响从而获得电极对反应的内在动力学参数。
（2） Pine 旋转圆盘电极氧还原研究应用案例
1、 Angew. Chem. Int. Ed ，Sulfur and Nitrogen Dual-Doped Mesoporous Graphene Electrocatalyst for Oxygen Reduction with Synergistically
Enhanced Performance ；
2、 Angew. Chem. Int. Ed ，Nitrogen-Doped Ordered Mesoporous Graphitic Arrays with High Electrocatalytic Activity for Oxygen Reduction ；
3、 NATURE MATERIALS ，Co3O4 nanocrystals on graphene as a synergistic catalyst for oxygen reduction reaction ；
4、 ACS Applied Materials & Interfaces ，
NiCo2S4@graphene as a
常数
?≈6
/13/1νδi D
Bifunctional Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Evolution
Reactions；
5、Angew. Chem. Int. Ed，Nitrogen-Doped Carbon Nanosheets with Size-
Defined Mesopores as Highly Efficient Metal-Free Catalyst for the Oxygen
Reduction;
6、Elsevier,An Efficient Bi-functional Electrocatalyst Based on Strongly
Coupled CoFe2O4/Carbon Nanotubes Hybrid for Oxygen Reduction and
Oxygen Evolution;
7、pine旋转圆盘电极用于多铜氧化酶催化氧还原动力学研究;
8、pine旋转圆盘电极用于金属掺杂聚吡咯碳化物PPY-M 的制备及其
氧还原反应电催化活性的研究;
9、pine旋转圆盘电极用于石墨烯的功能化修饰及其在氧还原电催化中
的应用研究；
10、pine旋转圆盘电极用于碳基无金属氧还原电催化剂研究
（3）pine旋转圆盘电极实验操作范例
A:酸性体系
0.1M高氯酸，25摄氏度，商业Pt/C作为催化剂，5 mg 20% Pt/C(JM公
司)溶于300uL水，700uL异丙醇，100uL 5%Nafion超声一小时，滴10uL
在5mm盘电极上，在N2下CV50圈（0-1.23 V VS.RHE），然后LSV（1-
0.2 V VS.RHE，在饱和氧气条件下），分别在2500、2025、1600、1225、
900、625、400转。
B:碱性体系
0.1M氢氧化钾，25摄氏度，商业Pt/C作为催化剂，5 mg 20% Pt/C(JM公
司)溶于300uL水，700uL异丙醇，100uL 5%Nafion超声一小时，滴10uL
在5mm盘电极上，在N2下CV50圈（0.2-0.9 V VS.SCE），然后LSV（0-
0.9 V VS.SCE，在饱和氧气条件下），分别在2500、2025、1600、1225、
900、625、400转。
（4）注意事项
1、电极打磨一般先用5um抛光粉抛光，再用0.5um和0.05um抛光粉
抛至平滑；
2、一般滴10uL催化剂溶液到电极表面，再用表面皿或培养皿或烧杯
将其盖上，自然晾干即可。不推荐烘箱高温烘干，这种方式制备的催
化剂容易裂开。若采用红外加热的方式，则功率应尽量调小；
3、LSV扫描时，推荐先从低速预扫至高速，再从高速扫至低速；
4、LSV扫描前，先往电解液中通入O2，扫描LSV时，继续往电解液液
面上通入O2，保证电解液中O2饱和；
5、电解池的密封可以确保实验过程中电解液中O2饱和。若密封不
好，会造成O2逸出，实验数据不成规律
（5）pine旋转圆盘电极特点
美国pine旋转圆盘电极由理化公司代理，理化公司拥有专业的应用工程师、销售工程师、调试工程师。
Pine旋转圆盘电极独有大电极，反应更充分，数据更科学，更具有研究
型；
Pine旋转圆盘电极杆超准直，即便是大电极，也能提供稳定的动力学反
应条件；
Pine旋转原盘电极为全球电化学科学家的首选，中国已有超过1000名用户在使用。
旋转圆盘电极应用研究（一） PINE 旋转圆盘电极的经典应用：氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR ）几乎是所有燃料电池、金属-空气电池的首选阴极反应，也是许多金属腐蚀过程中的主要反应。 （1） 为什么旋转圆盘电极可以应用于ORR pine 旋转圆盘电极的优点就是电极溶液界面反应物的扩散层厚度与电极转速之间有着明确的函数应用，因此可以通过系统的改变反应的转速来调控反应物、产物的传质。对光滑电极上发生的可逆性不好的氧还原反应，可以通过简单的数学处理，完全排除传质的影响从而获得电极对反应的内在动力学参数。 （2） Pine 旋转圆盘电极氧还原研究应用案例 1、 Angew. Chem. Int. Ed ，Sulfur and Nitrogen Dual-Doped Mesoporous Graphene Electrocatalyst for Oxygen Reduction with Synergistically Enhanced Performance ； 2、 Angew. Chem. Int. Ed ，Nitrogen-Doped Ordered Mesoporous Graphitic Arrays with High Electrocatalytic Activity for Oxygen Reduction ； 3、 NATURE MATERIALS ，Co3O4 nanocrystals on graphene as a synergistic catalyst for oxygen reduction reaction ； 4、 ACS Applied Materials & Interfaces ， NiCo2S4@graphene as a 常数 ?≈6 /13/1νδi D
实验报告 电动势的测定及其应用 一．实验目的 1．掌握对消法测定电动势的原理及电位差计，检流计及标准电池使用注意事项及简单原理。 2．学会制备银电极，银～氯化银电极，盐桥的方法。 3．了解可逆电池电动势的应用。 二．实验原理 原电池由正、负两极和电解质组成。电池在放电过程中，正极上发生还原反应，负极则发生氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。 电池除可用作电源外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质，从化学热力学得知，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系： △r G m =-nFE 式中△r G m 是电池反应的吉布斯自由能增量；n 为电极反应中电子得失数；F 为法拉第常数；E 为电池的电动势。从式中可知，测得电池的电动势E 后，便可求得△r G m ，进而又可求得其他热力学参数。但须注意，首先要求被测电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，并且不存在不可逆的液接界。同时要求电池必须在可逆情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此，在用电化学方法研究化学反应的热力学性质时，所设计的电池应尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减小液接界电势。 为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般均采用电位差计测量电池的电动势。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池电动势。 附【实验装置】（阅读了解） UJ25型电位差计 UJ25型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量围为 mV .V 1171-μ(1K 置1?档)或 mV V 17110-μ（1K 置10?档） 。使用V V 4.6~7.5外接工作电源，标准电池和 灵敏电流计均外接，其面板图如图5.8.2 所示。调节工作电流（即校准）时分别调节1p R （粗调）、2p R （中调）和3p R （细 调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调 节工作电流。n R 是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同 图5.8.2 UJ31型电位差计面板图 + - -++- + -标准 检流计 5.7-6.4V 未知1 未知2 K 1 R P2 R P3 R P1 R n K 2 I II III 1.01×10 ×1 未知1 未知2 标准断断粗 中 细 ×1 ×0.1 ×0.001 粗细短路
Pine RRDE AFMSRCE旋转盘环电极系统 主机-旋转器： - AFMSRCE CE认证旋转器（圆环/圆盘/圆柱），220 V/50 Hz 可选附件和配件： - AFTUBE 参比电极隔离管 - AC01TPA 配合24/40 电解池颈的锥型轴承 - AFREF1 标准甘汞参比电极 - AFREF2 银/氯化银参比电极 - AFREF3 银/氯化银参比电极（双电解液池，可用于有机体系）- AKCLAMP 可固定电解池的电解池夹 - AKPOLISH 电极抛光材料 - AFCTR1 铂对电极 - AFCELL1 125ml 玻璃电解池，用于非旋转电极 - AFCELL2 125ml 玻璃电解池，用于旋转电极 - AFCELL3 125ml 玻璃电解池，用于旋转电极，可进行水浴调温 - AFCELL4 1L标准腐蚀电解池 RDE附件： - AFE2M050AU 高速一体旋转金电极 - AFE2M050GC 高速一体旋转玻碳电极 - AFE2M050PT 高速一体旋转铂电极 - AFE3M RDE/RCE旋转轴，适合E3/E4/QC3系列电极 - AFE3T050AU 5mm直径E3系列RDE金电极 - AFE3T050GC 5mm直径E3系列RDE玻碳电极 - AFE3T050PT 5mm直径E3系列RDE铂电极 RRDE附件： - AFE6M 旋转盘环电极RRDE电极轴，适合E5/E6/E7系列电极 - AFE7R8AUAU E7系列RRDE电极，金盘-金环 - AFE7R8PTPT E7系列RRDE电极，铂盘-铂环 - AFE7R9GCAU E7系列RRDE电极，玻碳盘-金环 - AFE7R9GCPT E7系列RRDE电极，玻碳盘-铂环 - AFE7R9GCGC E7系列RRDE电极，玻碳盘-玻碳环 RCE附件： - AFE3M RDE/RCE旋转轴，适合E3/E4/QC3系列电极 - ACQC01205 快速更换圆柱电极，包括垫圈和螺母，不包括金属样品 - 圆柱嵌入体金属样品（600砂砾抛光）： - ACQC012CY430 430不锈钢
一、旋转圆盘圆环电极装置 1)转速：50-10000rpm，电机功率0.02马力,采用银碳刷接触连接 2)碳刷：卓越的镀银工艺，形成优异的抗干扰性能，接触电阻极小,可有效降 低电流采集误差，使用寿命长 3)控制：分体控制，可拆式结构，方便置入手套箱。具有信号输入/输出接口， 可通过输入外部信号（来自电化学工作站）控制转速；可将转速信号输出至测试设备（示波器）或用来控制其它设备 4)防爆：防爆设计，保证人身与设备安全 5)旋转杆：长度170mm外径：15mm，适用于各种电解池，方便与其它仪器联 用,还有不同型号旋转杆供不同研究使用 6)盘电极：外螺纹设计，接触更好，信号传输稳定。特氟龙材料，盘电极直 径：5.0mm，电极外径：15mm温度室温。 7)盘环电极：外螺纹设计，接触更好，信号传输稳定。特氟龙材料。盘环间 隙<=320μm。盘环尺寸精度：0.01mm。盘直径：5.61mm，环内径：6.25mm，环外径：7.92mm，电极头收集效率37%。 8)陶瓷密封插件：外体材料为PEEK，具有化学抗性。插件本身为陶瓷，可以 抵抗化学攻击，插件口径15mm，和电极外径配套。插件外径适用于所有24/25口容器。 9)双接点参比电极：Ag/AgCl双接点参比电极，能够通过转换接口（PTFE材 质）与电解池接口（14/20接口）无缝连接。 10)铂丝对电极：在一种耐化学的环氧树脂的末端安装了一个螺旋状的铂丝 (99.99%的纯)，配有PTFE材质套管，用于14/20端口。外径6.9mm，绝缘 材料包裹。长度150mm。 11)电解池：容积：150ml。五个端口口：中间端口24/25，四个侧端口14/ 20 12)采用优质玻璃，开模加工而成。具有优良的化学特性。配备全套的封口件。 尤其是一个F型双进气口，以及L型出气口，可以有效保证电解池的气密性。加上PINE陶瓷轴承密封套，即使在高速旋转状态下，也能完成充气实
第八章可逆电池的电动势及其应用 返回上一页 1. 试将下述化学反应设计成电池: (1) AgCl(s)=Ag+(aAg+)+Cl-(aCl-) (2) AgCl(s)+I-(aI-)=AgI(s)+Cl-(aCl-) (3) H2(pH2)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l) (4) Fe2+(aFe2+)+Ag+(aAg+)=Fe3+(aFe3+)+Ag(s) (5) H2(pH2)+1/2 O2(pO2)=H2O(l) (6) Cl2(pCl2)+2I-(aI-)=I2(s)+2Cl-(aCl-) 2. 298K时下述电池的E为1.228 V Pt,H2( )|H2SO4(0.01 mol/kg)|O2( ),Pt 已知H2O(l)的生成热为-286.1 kJ/mol.试求: (1) 该电池的温度系数. (2) 该电池在273 K时的电动势.该反应热在该温度区间内为常数.
3. 电池Zn(s)|ZnCl2(0.05 mol/kg)|AgCl(s)+Ag(s) 的电动势E ={1.015- 4.92×(T/K-298)}V.试计算在298 K当电池有2 mol 电子的电量输出时,电池反应的Δr G m, Δr H m, Δr S m和此过程的可逆热效应Q R. 4. 一个可逆电动势为1.07 V的原电池,在恒温槽中恒温至293 K.当此电池短路时(即直接发生化学反应,不作电功),有1000 C的电量通过.假定电池中发生的反应与可逆放电时的反应相同,试求以此电池和恒温槽都看作体系时总的熵变化.如果要分别求算恒温槽和电池的熵变化,还需何种数据? 5. 试为下述反应设计一电池 Cd(s)+I2(s)=Cd2+(aCd2+=1.0)+2I-(aI-=1.0) 求电池在298K时的 ,反应的和平衡常数 .如将反应写成 1/2 Cd(s)+1/2 I2(s)=1/2 Cd2+(aCd2+=1)+I-(a I-=1) 再计算, 和 ,以此了解反应方程式的写法对这些数值的影响. 6. 列式表示下列两组标准电极电势之间的关系.
实验八 旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数 王法星5 同组人： 肖时英 王春 邓陶丽 一、目的要求 1．了解圆盘电极在旋转时的特点，掌握该实验的基本原理。 2．测定Fe(CN)64-/Fe(CN)63- 体系中反应粒子的扩散系数（D ）、交换电流密度（i 0）、阴极反应传递系数（α）和阳极反应传递系数（β）。 二、 实验原理 旋转圆盘电极的结构是将圆柱电极材料镶嵌在聚四氟乙烯棒中，一端呈圆盘状的平面作为反应面，，另一端则连接马达。当电极经马达带动以一定速率旋转时，在电极附近的液体必定会发生流动。在一定条件下，旋转圆盘电极附近的液体处于层流状态时，液体的流动可以分解成三个方向： 1． 由于电极旋转而产生的离心力，使液体在径向以V 径速度向外流动； 2． 由于液体的粘滞性，在旋转圆盘电极的平面以一定的角速度转动时，液体就要以 V 切速度向圆盘的切向流动； 3． 由于电极附近的液体向外流动，使电极中心区的液体压力下降，从而使得电极表面较远的液体以V 轴 速度向中心流动。 根据流体动力学的计算，可以得出液体处于层流时，上述流动速度的数学表达式为： V r F()ωξ=径 (1) V r G()ωξ=切 (2) V H()νωξ=轴 (3) 上三式中，r 是离电极轴心的径向距离，ω是电极旋转的角速度（等于2πN ，N 为每秒钟的旋转数），?是液体的运动粘度(等于粘度/密度，单位是cm 2/s)，ξ是一个无因次比值(等于（ω/?）1/2 Z ，Z 是离电极表面的轴向距离)。F 、G 和H 三个函数值与ξ的关系可见图1。 图1 F 、G 和H 函数值与ξ的关系 从图1可知，当ξ=3.6时，F 、G 函数值已接近于零，而H 函数则接近定值(-0.866)，在此情况下，V 径=V 初 =0。人们通常将ξ=0.36时所对应的Z 值，定义为流体动力学层的边界厚度，用δ Pr 表示，即 Pr 3.6 νδω = （4） 当Z>δ Pr 时，液体基本上只作轴向流动，在 Z>>δ Pr 时， V 0.866νω=-轴 （5） 当Z<δPr 时，液体在径向和切向的流速都不可忽略。由于圆盘旋转时，其边缘区液体流动情况复杂，所 以圆盘必须处在整个圆盘的中心，圆盘的半径也要比电极的大好几倍，以忽略边缘效应对研究电极下液体流 动的影响。 如果对旋转圆盘电极进行阶跃恒电位极化，电极表面进行的电极反应可表示为： O + ne = R (6) 在大量支持电解质存在的条件下，反应物质的输送既包含了因浓差而引起的扩散作用，也包含了由于电极旋转而产生的对流作用。在稳态时，与电极表面距离相同的各处浓度不因时间而变化，即dC/dt=0，也就是说，对于只考虑一维扩散和对流情况时，有
原电池电动势的测定及其应用实验报告 林传信 高分子101 12 一、实验目的 1、理解电极、电极电势、电池电动势、可逆电池电动势的意义 2、掌握用对消法测定电池电动势的基本原理和数字式电子电位差计的使用方法 3、学会几种电极和盐桥的制备方法 二、对消法侧电动势的基本原理： 测量电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需要用对消法（补偿法）来测定电 动势。对消法测定电动势就是在所研究的电池的外电路上加一个方向相反的电压。当两者 相等时，电路的电流为零（通过检流计指示）。对消法测电动势常用的仪器为电位差计， 其简单原理如图所示 A C A C E E X S 12= 电极电势的测定原理： 原电池是化学能转变为电能的装置，在电池放电反应中，正极（右边）起还原反应，负极起 氧化反应。电池的电动势等于组成的电池的两个电极电位的差值。即： E= +?—-?=右?—左? 氧化还原αα??θ ln ZF RT -=-+ 氧化 还原αα??θ ln _ZF RT -=- R=?11--?K mol F=96500C α 为参与电极反应的物质的活度。纯固体物质的活度为1。 浓差电池： 一种物质从高浓度（或高压力）状态向低浓度（或低压力）状态转移，从而产生电动势，而 这种电池的标准电动势为零。 三、电池组合： ⑴Hg Cl g KCl L mol ZnSO Zn 224H )()1.0(饱和 ⑵Cu L mol KCl Cl Hg Hg ）（饱和0.1CuSO )(422 ⑶Cu L mol SO Cu L mol ZnSO Zn )1.0()1.0(44
⑷Cu L mol CuSO Cu L mol CuSO )1.0()01.0(44 四、数据处理 实验室温度T= 标准电动势Es= 电池电极电动势： 五、误差分析 在较长的电极电势测量过程中，工作回路中电流发生变化，导致测量误差 部分电解质溶液在测量过程中发生电解，浓度变化影响测量的结果
旋转环盘电极研究K 3[Fe(CN) 6 ]/K 4 [Fe(CN) 6 ]体系的电化学行为及氧还原反应 摘要：本文利用旋转环盘电极研究在K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]体系中的循环伏安特性，考察旋转速度对于极化曲线的影响，通过实验数据计算收集系数。同时采用循环伏安法初步研究了KOH溶液中的溶解氧在玻碳电极表面的还原行为。 关键词：旋转环盘电极循环伏安收集系数氧还原 一.引言 旋转环盘电极在研究包含中间产物或伴随吸附等的电极反应中和电分析中是相当有用的。其由三部分组成，即中间的圆盘电极，外面的圆环电极以及它们之间的绝缘层，三个区域具有光滑的表面，且在同一水平面上。在圆盘电极上发生氧化反应，氧化产物通过旋转转移至圆环电极上发生还原反应，但是由于溶液的径向流动部分氧化产物会带往圆盘的边缘和扩散到溶液内部，因此氧化产物并不能得到完全还原，因此生成的氧化产物与在环电极上被还原的氧化产物之比为收集系数(N=?iR iD ). 根据Fick第一定律可得极限扩散电流i d=0.63nFAD23v?16w12C0，因此扩散电流与扫速w1/2成正比，这可以从实验结果中得以验证。 氧还原反应（oxygen reduction reaction，ORR）是O2分子在电极表面的化学吸附分解过程，其电催化还原历程基本可分为两类：可经四电子途径直接还原为H2O或OH-，也可经两电子途径先还原为中间产物H2O2，再进一步还原为H2O或OH-。若考虑不同控制步骤时可能的反应机理，氧还原反应还可以写出各种各样的反应机理和历程。 循环伏安法（cyclic voltammetry, CV）是电极反应动力学和机理研究中最常用的电化学暂态实验方法，它是用三角形的电位-时间波作为激励信号，用已知的电位扫描速率使电位线性地从E1逐渐变成E2，随后电位往反方向扫描，返回初始电位E1，实验时记录与激励信号对应的电流-电位关系曲线，即循环伏安曲线。循环伏安图中最特征的物理量有阴、阳极电流峰的峰电流（j pc和j pa）及其比值j pa/j pc，峰电位E pc和E pa，半峰电位E p/2（即j=j p/2对应的电位），阴阳极峰电位之差（ΔE p=E pa-E pc）等。电流峰的位置一般比较容易确定，但峰电流不容易测量，因为必须考虑电容电流的影响。 二. 实验 2.1 仪器和试剂 CHI660D电化学工作站，电解池，旋转环盘电极，Pt电极，饱和甘汞电极，砂纸，Al2O3抛光粉，抛光布，超纯水，5 mMK3[Fe(CN)6] +5 mMK4[Fe(CN)6] + 0.1M KCl混合溶液，氧
实验八-旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数-肖时英
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
实验八 旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数 王法星 11210220045 同组人： 肖时英 王春 邓陶丽 一、目的要求 1．了解圆盘电极在旋转时的特点，掌握该实验的基本原理。 2．测定Fe(CN)64-/Fe(CN)63-体系中反应粒子的扩散系数（D ）、交换电流密度（i 0）、阴极反应传递系数（α）和阳极反应传递系数（β）。 二、 实验原理 旋转圆盘电极的结构是将圆柱电极材料镶嵌在聚四氟乙烯棒中，一端呈圆盘状的平面作为反应面，，另一端则连接马达。当电极经马达带动以一定速率旋转时，在电极附近的液体必定会发生流动。在一定条件下，旋转圆盘电极附近的液体处于层流状态时，液体的流动可以分解成三个方向： 1． 由于电极旋转而产生的离心力，使液体在径向以V 径速度向外流动； 2． 由于液体的粘滞性，在旋转圆盘电极的平面以一定的角速度转动时，液体就要以 V 切速度向圆盘的切向流动； 3． 由于电极附近的液体向外流动，使电极中心区的液体压力下降，从而使得电极表面较远的液体以V 轴速度向中心流动。 根据流体动力学的计算，可以得出液体处于层流时，上述流动速度的数学表达式为： V r F() ωξ=径 (1) V r G() ωξ=切 (2) V H() νωξ=轴 (3) 上三式中，r 是离电极轴心的径向距离，ω是电极旋转的角速度（等于2πN ，N 为每秒钟的旋转数），ν是液体的运动粘度(等于粘度/密度，单位是cm 2/s)，ξ是一个无因次比值(等于（ω/υ）1/2Z ，Z 是离电极表面的轴向距离)。F 、G 和H 三个函数值与ξ的关系可见图1。
?无机及分析化学?课程单元教学设计 ──?电极电势的应用? 一、教案头： 本次课题：电极电势的应用 二、教学设计 第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：5分钟） ①考勤 ②标准电极电势的测定及利用Nernst方程计算电极电势 第二部分：学习新内容（时间：38分钟） 步骤一告知，宣布本次课的教学内容、目标（时间：3分钟）
课件演示本次课的标题：电极电势的应用 教师讲述引入：我们在上次课中学习了电极电势的知识，电极电势除了可以计算原电池电动势以外，还有其它的一些应用，这节课我们就要一起学习电极电势的这些应用。 教学内容： 一、氧化剂、还原剂的相对强弱 二、氧化还原反应进行的方向 三、氧化还原反应进行的程度 四、元素电势图及其应用 教学目的：通过学习能能根据标准电极电势大小判断氧化剂、还原剂的相对性强弱：判断反应进行的方向，能利用元素电势图判断能否发生歧化反应或逆歧化反应、掌握E?与K?的互算。 步骤二讲授新课（时间：30分钟） 一、判断氧化剂、还原剂的相对强弱 教师讲述：E?小的电对对应的还原型物质还原性强 E?大的电对对应的氧化型物质氧化性强 深化对上述知识点的理解：讲解例题9-11 巩固练习：P127简答题第四题 二、判断氧化还原反应进行的方向 教师讲述：E?值大的的氧化态(O)氧化E?值小的还原态(R) 深化对上述知识点的理解：讲解例题9-12、例题9-12 巩固练习：P127简答题第四题 三、氧化还原反应进行的程度
教师指出：氧化还原反应的平衡常数K Θ与标准电极电势E Θ 的关系 ) -E (E 0.0592 0.0592¨ ¨lg -+==Z ZE K E ?越大，电势差越大，K ?也越大，所以K ?能判断氧化还原反应程度 深化理解：K Θ与E Θ关系之互算 例题9-14、 例题9-15已知298K 时下列电极反应的E ?值: 试求AgCl 的溶度积常数。 能力训练：有关K Θ与E Θ关系之互算的计算 （1） 0.2222V )aq (Cl Ag(s) e (s) AgCl 0.7991V Ag(s) e )aq (Ag =++=+---+E E g(s)A )L 1.0mol (g A )L 1.0mol (Cl AgCl(s) g(s)A 11-+--??解：设计一个原电池： 1 (s) AgCl )aq (Cl )aq (Ag )aq (Cl Ag(s) e (s) AgCl Ag(s) e )aq (Ag sp K K = ++++-+---+10-sp sp ¨101.80 7449.90.0592V 0.5769V 0.0592V ¨ lg - 0.0592V ¨ lg 0.5769V 0.222V 0.7991V ) Ag /AgCl ()Ag /Ag ( ¨ ?======+=-=+K ZE K ZE K E E E 24224)aq (6H )aq (O C 5H )aq (2MnO ++++-例：求反应
百度文库 - 让每个人平等地提升自我 Pine RRDE AFMSRCE旋转盘环电极系统 主机-旋转器： - AFMSRCECE认证旋转器（圆环/圆盘/圆柱），220 V/50 Hz 可选附件和配件： - AFTUBE参比电极隔离管 - AC01TPA配合24/40 电解池颈的锥型轴承 - AFREF1标准甘汞参比电极 - AFREF2银/氯化银参比电极 - AFREF3银/氯化银参比电极（双电解液池，可用于有机体系） - AKCLAMP可固定电解池的电解池夹 - AKPOLISH电极抛光材料 - AFCTR1铂对电极 - AFCELL1125ml 玻璃电解池，用于非旋转电极 - AFCELL2125ml 玻璃电解池，用于旋转电极 - AFCELL3 125ml 玻璃电解池，用于旋转电极，可进行水浴调温 - AFCELL4 1L标准腐蚀电解池 RDE附件： - AFE2M050AU 高速一体旋转金电极 - AFE2M050GC 高速一体旋转玻碳电极 - AFE2M050PT 高速一体旋转铂电极 - AFE3M RDE/RCE旋转轴，适合E3/E4/QC3系列电极 - AFE3T050AU 5mm直径E3系列RDE金电极 - AFE3T050GC 5mm直径E3系列RDE玻碳电极 - AFE3T050PT 5mm直径E3系列RDE铂电极 RRDE附件： - AFE6M 旋转盘环电极RRDE电极轴，适合E5/E6/E7系列电极 - AFE7R8AUAU E7系列RRDE电极，金盘-金环 - AFE7R8PTPT E7系列RRDE电极，铂盘-铂环 - AFE7R9GCAU E7系列RRDE电极，玻碳盘-金环 - AFE7R9GCPT E7系列RRDE电极，玻碳盘-铂环 - AFE7R9GCGC E7系列RRDE电极，玻碳盘-玻碳环 RCE附件： - AFE3M RDE/RCE旋转轴，适合E3/E4/QC3系列电极 - ACQC01205 快速更换圆柱电极，包括垫圈和螺母，不包括金属样品- 圆柱嵌入体金属样品（600砂砾抛光）： - ACQC012CY430 430不锈钢 - ACQC012CY31 316不锈钢 - ACQC012CY1018 1018碳钢 - ACQC01243 RCE电极安装工具
第一章习题解答： 1试推导下列各电极反应的类型及电极反应的过程。 (1)++ →+242Ce e Ce 解：属于简单离子电迁移反应，指电极/溶液界面的溶液一侧的氧化态物种4Ce + 借助于电极得到电子，生成还原 态的物种2Ce + 而溶解于溶液中，而电极在经历氧化-还原后其物理化学性质和表面状态等并未发生变化， (2) -→++OH e O H O 44222 解：多孔气体扩散电极中的气体还原反应。气相中的气体2O 溶解于溶液后，再扩散到电极表面，然后借助于气体扩散电极得到电子，气体扩散电极的使用提高了电极过程的电流效率。 (3) Ni e Ni →++22 解：金属沉积反应。溶液中的金属离子2Ni + 从电极上得到电子还原为金属Ni ，附着于电极表面，此时电极表 面状态与沉积前相比发生了变化。 (4) -+→++OH s MnOOH O H e s MnO )()(22 解：表面膜的转移反应。覆盖于电极表面的物种(电极一侧)经过氧化-还原形成另一种附着于电极表面的物种，它们可能是氧化物、氢氧化物、硫酸盐等。 (5)2)(22OH Zn e OH Zn →-+-；--→+242])([2)(OH Zn OH OH Zn 解：腐蚀反应：亦即金属的溶解反应，电极的重量不断减轻。即金属锌在碱性介质中发生溶解形成二羟基合二价锌络合物，所形成的二羟基合二价锌络合物又和羟基进一步形成四羟基合二价锌络合物。 2．试说明参比电极应具有的性能和用途。 参比电极(reference electrode ，简称RE)：是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。 既然参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst 方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。 不同研究体系可以选择不同的参比电极，水溶液体系中常见的参比电极有：饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl 电极、标淮氢电极(SHE 或NHE)等。许多有机电化学测量是在非水溶剂中进行的，尽管水溶液参比电极也可以使用，但不可避免地会给体系带入水分，影响研究效果，因此，建议最好使用非水参比体系。常用的非水参比体系为Ag/Ag+(乙腈)。工业上常应用简易参比电极，或用辅助电极兼做参比电极。在测量工作电极的电势时，参比电极内的溶液和被研究体系的溶液组成往往不—样，为降低或消除液接电势，常选用盐桥；为减小末补偿的溶液电阻，常使用鲁金毛细管。 3．试描述双电层理论的概要。 解：电极/溶液界面区的最早模型是19世纪末Helmholtz 提出的平板电容器模型(也称紧密层模型)，他认为金属表面过剩的电荷必须被溶液相中靠近电极表面的带相反电荷的离子层所中和，两个电荷层间的距离约等于离子半
实验八旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数肖 时英 The following text is amended on 12 November 2020.
实验八 旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数 王法星5 同组人： 肖时英 王春 邓陶丽 一、目的要求 1．了解圆盘电极在旋转时的特点，掌握该实验的基本原理。 2．测定Fe(CN)64-/Fe(CN)63-体系中反应粒子的扩散系数（D ）、交换电流密度（i 0）、阴极反应传递系数（α）和阳极反应传递系数（β）。 二、 实验原理 旋转圆盘电极的结构是将圆柱电极材料镶嵌在聚四氟乙烯棒中，一端呈圆盘状的平面作为反应面，，另一端则连接马达。当电极经马达带动以一定速率旋转时，在电极附近的液体必定会发生流动。在一定条件下，旋转圆盘电极附近的液体处于层流状态时，液体的流动可以分解成三个方向： 1． 由于电极旋转而产生的离心力，使液体在径向以V 径速度向外流动； 2． 由于液体的粘滞性，在旋转圆盘电极的平面以一定的角速度转动时，液体就要以 V 切速度向圆盘的切向流动； 3． 由于电极附近的液体向外流动，使电极中心区的液体压力下降，从而使得电极表面较远的液体以V 轴速度向中心流动。 根据流体动力学的计算，可以得出液体处于层流时，上述流动速度的数学表达式为： V r F()ωξ=径 (1) V r G()ωξ=切 (2) V )ξ=轴 (3) 上三式中，r 是离电极轴心的径向距离，ω是电极旋转的角速度（等于2πN ，N 为每秒钟的旋转数），是液体的运动粘度(等于粘度/密度，单位是cm 2/s)，ξ是一个无因次比值(等于（ω/）1/2Z ，Z 是离电极表面的轴向距离)。F 、G 和H 三个函数值与ξ的关系可见图1。 图1 F 、G 和H 函数值与ξ的关系 从图1可知，当ξ=时，F 、G 函数值已接近于零，而H 函数则接近定值，在此情况下，V 径=V 初=0。人们通常将ξ=时所对应的Z 值，定义为流体动力学层的边界厚度，用δPr 表示，即 Pr δ= （4） 当Z>δPr 时，液体基本上只作轴向流动，在Z>>δPr 时， V =-轴（5）
5.4电极电势的应用 电极电势具有多方面的应用，比如可以结合热力学公式判断氧化还原反应方向、计算氧化还原反应进行的程度、比较氧化剂或还原剂的相对强弱、设计各种原电池、测定配合物的额不稳定常数等等。下面例题就体现了在实际金属离子回收中如何利用电极电势指导路线设计过程。 为了从钴镍铁合金边角废料中提取钴和镍，先将合金边角废料溶于硫酸和硝酸混合酸中，所的溶液主要含Ni 2+、Co 2+和 Fe 2+，其中Fe 2+是大量的，如何使它与Ni 2+、Co 2+分离而除去呢？一般是把Fe 2+氧化为Fe 3+，并使其以钠铁矾沉淀从溶液中分离出去，因此需要选择一种只能将Fe 2+氧化为Fe 3+,而不能氧化Ni 2+和Co 2+的氧化剂，试分析酸性溶液中的氯酸钠NaClO 3或次氯酸纳NaClO 是符合要求？ 解 为了便于比较氧化还原能力强弱，下面从标准电极电势表中把有关电对的标准电极电势代数值从小到大排列起来： Fe 3++e -?Fe 2+ φΘ(Fe 3+/Fe 2+)=0.77V - 3 ClO +6H+6e -?Cl -+3H2O φΘ(/Cl -)=1.45V HClO+H++2e -?Cl -+H2O φΘ(HClO/Cl -)=1.49V Co 3++e -?Co 2+ φΘ(Co 3+/Co 2+)=1.80V NiO 2+4H ++2e -?Ni 2++2H2O φΘ(NiO2/Ni 2+)=2.0V 显然，在酸性溶液中，无论氯酸钠或者次氯酸钠都符合要求，只能氧化Fe 2+而不能氧化Co 2+和Ni 2+。这两种氧化剂在实际过程中选用哪一种更合适呢？从它们与Fe 2+反应方程式： O H 3Cl Fe 6H 6Fe 6ClO 2-32-3++=+++++ O H Cl Fe 2H Fe 2HClO 2-32++=+++++ 可以看出1 mol NaClO 3可以氧化6 mol FeSO 4，而1 mol NaClO 只能氧化2 mol FeSO 4，显然，选用NaClO 3作氧化剂可以节省许多原料。
Rotating Disk Electrode A rotating disk electrode (RDE) is a hydrodynamic working electrode used in a three electrode system.The electrode rotates during experiments inducing a flux of analyte to the electrode. These working electrodes are used in electrochemical studies when investigating reaction mechanisms related to redox chemistry, among other chemical phenomena. The more complex rotating ring-disk electrode can be used as a rotating disk electrode if the ring is left inactive during the experiment. Structure The electrode includes a conductive disk embedded in an inert non-conductive polymer or resin that can be attached to an electric motor that has very fine control of the electrode's rotation rate. The disk, like any working electrode, is generally made of a noble metal or glassy carbon, however any conductive material can be used based on specific needs. Function The disk's rotation is usually described in terms of angular velocity. As the disk turns, some of the solution described as the hydrodynamic boundary layer is dragged by the spinning disk and the resulting centrifugal force flings the solution away from the center of the electrode. Solution flows up, perpendicular to the electrode, from the bulk
实验八旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数肖时英修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
实验八旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数 王法星 11210220045 同组人：肖时英王春邓陶丽 一、目的要求 1．了解圆盘电极在旋转时的特点，掌握该实验的基本原理。 2．测定Fe(CN) 64-/Fe(CN) 6 3-体系中反应粒子的扩散系数（D）、交换电流密度（i ）、阴极 反应传递系数（α）和阳极反应传递系数（β）。 二、实验原理 旋转圆盘电极的结构是将圆柱电极材料镶嵌在聚四氟乙烯棒中，一端呈圆盘状的平面作为反应面，，另一端则连接马达。当电极经马达带动以一定速率旋转时，在电极附近的液体必定会发生流动。在一定条件下，旋转圆盘电极附近的液体处于层流状态时，液体的流动可以分解成三个方向： 1．由于电极旋转而产生的离心力，使液体在径向以V 径 速度向外流动； 2．由于液体的粘滞性，在旋转圆盘电极的平面以一定的角速度转动时，液体就要以 V 切 速度向圆盘的切向流动； 3．由于电极附近的液体向外流动，使电极中心区的液体压力下降，从而使得电极表 面较远的液体以V 轴 速度向中心流动。 根据流体动力学的计算，可以得出液体处于层流时，上述流动速度的数学表达式为：
V r F()ωξ=径 (1) V r G()ωξ=切 (2) V )ξ=轴 (3) 上三式中，r 是离电极轴心的径向距离，ω是电极旋转的角速度（等于2πN ，N 为每秒钟的旋转数），?是液体的运动粘度(等于粘度/密度，单位是cm 2/s)，ξ是一个无因次比值(等于（ω/?）1/2Z ，Z 是离电极表面的轴向距离)。F 、G 和H 三个函数值与ξ的关系可见图1。 图1 F 、G 和H 函数值与ξ的关系 从图1可知，当ξ=3.6时，F 、G 函数值已接近于零，而H 函数则接近定值(-0.866)，在此情况下，V 径=V 初=0。人们通常将ξ=0.36时所对应的Z 值，定义为流体动力学层的边界厚度，用δPr 表示，即 Pr δ= （4） 当Z>δPr 时，液体基本上只作轴向流动，在Z>>δPr 时， V =-轴（5） 当Z<δPr 时，液体在径向和切向的流速都不可忽略。由于圆盘旋转时，其边缘区液体流动情况复杂，所以圆盘必须处在整个圆盘的中心，圆盘的半径也要比电极的大好几倍，以忽略边缘效应对研究电极下液体流动的影响。
实验五电动势的测定及其应用 【实验目的】 1. 学会几种金属电极的制备方法。 2. 掌握几种金属电极的电极电势的测定方法。 【实验原理】 可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为φ+，负极电势为φ-，则： E＝φ+－φ- 电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极(其电极电势规定为零)作为标准，与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极，如：甘汞电极、银-氯化银电极等。 本实验是测定几种金属电极的电极势。将待测电极与饱和甘汞电极组成如下电池： Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜KCl(饱和溶液)∥M n＋(a±)｜M(S)金属电极的反应为： M n+ ＋n e → M 甘汞电极的反应为： 2Hg＋2Cl-→Hg2Cl2＋2e 电池电动势为： (1) 式中，φ(饱和甘汞)＝0.24240－7.6×10-4(t－25) (t为℃)，a＝γ±m 【仪器试剂】 原电池测量装置1套；银电极1支；铜电极1支；锌电极1支；饱和甘汞电极1支。 AgNO3(0.1000mol·kg-1)；CuSO4(0.1000mol·kg-1)； ZnSO4(0.1000mol·kg-1)；KNO3饱和溶液；KCl饱和溶液 【实验步骤】 1. 铜、锌等金属电极的制备见本实验的讨论部分。 2. 测定以下三个原电池的电动势。
(1) Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜饱和KCl溶液∥CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S) (2) Zn(S)｜Zn SO4(0.1000mol·kg-1)∥CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S) (3) Zn(S)｜Zn SO4 (0.1000mol·kg-1)∥KCl(饱和)｜Hg2Cl2(S) -Hg(l) 3. 测量步骤 (1) 连接线路，依次将工作电源、检流计、标准电池以及被测电池接在电位差计相应端钮上。 (2) 调节工作电压(标准化)。将室温时标准电池电动势算出，调节温度补偿旋钮至计算值。20℃时，。将转化开关打到N上，调节粗、中、细、微四个旋钮，依次按下电计旋钮“粗”、“细”，直至检流计指零，在测量过程中，经常检查是否发生偏离，加以调正。 (3) 测量未知电池电动势。将转换开关打在X1或X2上，从大到小调节6个测量旋钮，依次按下电计旋钮“粗”、“细”，直至检流计指零，6个小窗口读书即为E x。 【数据处理】 由测定的电池电动势数据，利用公式(1)计算铜、锌的标准电极电势。 其中离子平均活度系数γ± (25℃)
编号： 119060141011 内蒙古民族大学化学化工学院 本科生学年论文 题目：浅谈对电极电势的理解和应用 专业：化学 年级： 2011级 姓名：郭学良 指导教师：赵玉英导师 完成日期： 2013 年 6 月 1 日
浅谈对电极电势的理解和应用 郭学良 摘要 化学反应可以分为两大类：氧化还原反应和非氧化还原反应，因此可以说氧化还原反应是无机化学学习中最重要的一类反应；而标准电极电势是氧化还原反应很好的定量标度，因此我们就有必要对标准电极电势进行必要的解析和研究。而对于初入门的化学学习者来说，深入的了解电极电势可以从电极电势与电动势的关系、电极电势的能特斯方程、影响电极电势的因素、电极电势的图示法……这几方面入手，接下来我们就从这几方面展开讨论。 关键词：标准电极电势氧化还原反应拉提莫图能特斯方程
引言 标准电极电势是氧化还原反应很好的定量标度，氧化还原反应是无机化学学习中最重要的一类反应，对了解各种元素及其物质的性质及其联系有着重要的意义。因此我们就有必要对标准电极电势进行必要的解析和研究。而对于初入门的化学学习者来说，深入的了解电极电势可以从电极电势与电动势的关系、电极电势的能特斯方程、影响电极电势的因素、电极电势的图示法……这几方面入手，接下来我们就从这几方面展开讨论。
浅谈对电极电势的理解和应用 一、电极电势与电动势的关系 要想了解电极电势与电动势的关系，首先需要明白这两者的概念； 1)电动势：大小等于非静电力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部 移到电源正极所作的功。如设W为电源中非静电力(电源力)把正电荷量 q从负极经过电源内部移送到电源正极所作的功，则电动势大小为 E=W/q。 2)电极电势：当金属放入盐溶液中，溶液中的金属离子受到金属表面电子 的吸引而在金属表面面积形成双电层，双电层之间的电势差就是相应电 极的电极电势。 3)标准电极电势：单个电极的的电极电势是无法测定的，根据IUPAC建议 采用标准氢作为标准电极，给定电极电势与标准电极电势所组成的原电 池的电动势即为该电极的标准电极电势。 从定义可以看出电动势与电极电势是有联系的，即当指定的电极与标准氢电极构成原电池时，指定电极电势大小的绝对值与原电池的电动势的大小相等。但这两者是不同的概念： 1)电动势大小等于原电池两电极电势之差；而单个电极的电势是无法求得 的，标准电极电势大小等于指定电极的电势与标准氢电极E○一（H+/H2）电 势的差值。 2)电动势只有正值；而标准电极电势可以有负值。 3)电动势的对象是原电池；标准电极电势的对象时单个电极。 电动势是我们熟悉的定义，通过电极电势与电动势的对比，可以增进我们对电极电势概念的理解，对于初学者来说只有熟悉了电极电势的概念，下一步的讨论才有意义。 二、电极电势的能特斯方程 1. 首先我们看一下电动势的能特斯方程 对于电池反应 aA+bB=cC+dD,有化学等温式