循环伏安法判断电极过程

循环伏安法原理及应用小结1 电化学原理1.1 电解池电解池是将电能转化为化学能的一个装置，由外加电源，电解质溶液，阴阳电极构成。

阴极：与电源负极相连的电极（得电子，发生还原反应）阳极：与电源正极相连的电极（失电子，发生氧化反应）电解池中，电流由阳极流向阴极。

1.2 循环伏安法1）若电极反应为O＋e-→R，反应前溶液中只含有反应粒子O，且O、R在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势(φ平)正得多的起始电势(φi)处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如图0所示。

图0 CV扫描电流响应曲线2）当电极电势逐渐负移到(φ平)附近时，O开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。

由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。

当O的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值Ipc，然后电流逐渐下降。

当电势达到(φr)后，又改为反向扫描。

3）随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大，在电势接近并通过(φ平)时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。

于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。

整个曲线称为“循环伏安曲线”1.3 经典三电极体系经典三电极体系由工作电极（WE）、对电极（CE）、参比电极（RE）组成。

在电化学测试过程中，始终以工作电极为研究电极。

其电路原理如图1，附CV图（图2）：扫描范围-0.25-1V，扫描速度50mV/S，起始电位0V。

图1 原理图图2 CBZ的循环伏安扫描图图2所示CV扫描结果为研究电极上产生的电流随电位变化情况图。

1）横坐标Potential applied（电位）为图1中电压表所测，即Potential applied=P(WE)-P(RE)所有的电位数值都是相对于氢离子的电位值，规定在标准情况下，氢离子的电位为0。

当恒电位仪向工作电极提供负的电位时，其电源连接情况如图1所示，即工作电极与电源的负极相连，作为阴极工作发生还原反应；反之则作为阳极发生氧化反应。

循环伏安法测定电极反应一、实验目的1、学习循环伏安法测定电极反应的基本原理和方法。

2、熟悉电化学工作站的使用并根据所测数据验证并判断电极反应是否是可逆反应。

二、实验原理伏安分析法是在一定电位下测量体系的电流，得到伏安特性曲线。

根据伏安特性曲线进行定性定量分析。

循环伏安法是将对称的三角波扫描电压（如图一）施加于电解池的电极上，记录工作电极上的电流随电压变化的曲线。

在三角波的前半部分，电极上若发生还原反应（阴极过程），得到一个峰形的阴极波；而在三角波的后半部分，则得到一个峰形的阳极波。

一次三角波电压扫描，电极上完成一个氧化还原循环。

当工作电极被施加的扫描电压激发时，其上将产生响应电流。

以该电流（纵坐标）对电位（横坐标）做图，就得到了循环伏安图（如图二所示）。

图一图二E pc、E pa分别为阴极峰值电位与阳极峰值电位。

i pc、i pa分别为阴极峰值电流与阳极峰值电流。

这里p代表峰值，a代表阳极，c代表阴极。

[Fe(CN)6]3--[Fe(CN)6]4-体系氧化还原电对的标准电极电位为：[Fe(CN)6]3- + e- = [Fe(CN)6]4-φθ= 0.36V电极电位与电极表面活度的Nernst方程式为：φ=φθ+ nRT/Fln(αOx/αRed)。

若已知γ为活度系数，则αOx=γ•C Ox，αRed=γ•C Red。

在实验中，通常采用添加离子调节液（如KNO3溶液、Na2SO4溶液等）的方法来固定离子强度，此时γ可视为定值，则φ=φθ+ nRT/Fln(C Ox/C Red)。

用循环伏安法正扫时（由正向负的扫描）为阴极扫描，产生还原电流：Fe(CN)63- + e- = Fe(CN)64-反扫时（由负向正的扫描）为阳极扫描，产生氧化电流：Fe(CN)64- - e- = Fe(CN)63-两峰之间的电位差值为：(1)对于一个体系，循环伏安图中的阴极峰电流是由电极上吸附反应物的还原和溶液中反应物扩散到电极表面还原两部分组成。

（新）实验四循环伏安法测定亚铁氰化钾的电极反应过程循环伏安法测定亚铁氰化钾的电极反应过程⼀、实验⽬的(1) 学习固体电极表⾯的处理⽅法； (2) 掌握循环伏安仪的使⽤技术；(3) 了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响⼆、实验原理铁氰化钾离⼦[Fe(CN)6]3--亚铁氰化钾离⼦[Fe(CN)6]4-氧化还原电对的标准电极电位为[Fe(CN)6]3- + e -= [Fe(CN)6]4- φθ= 0.36V(vs.NHE) 电极电位与电极表⾯活度的Nernst ⽅程式为φ=φθ+ RT/Fln(C Ox /C Red )-0.20.00.20.40.60.8-0.0005-0.0004-0.0003-0.0002-0.00010.00000.00010.00020.0003i pai pcI /m AE /V vs.Hg 2Cl 2/Hg,Cl-在⼀定扫描速率下，从起始电位(-0.20V)正向扫描到转折电位(0.80 V)期间，溶液中[Fe(CN)6]4-被氧化⽣成[Fe(CN)6]3-，产⽣氧化电流；当负向扫描从转折电位(0.80V)变到原起始电位(-0.20V)期间，在指⽰电极表⾯⽣成的[Fe(CN)6]3-被还原⽣成[Fe(CN)6]4-，产⽣还原电流。

为了使液相传质过程只受扩散控制，应在加⼊电解质和溶液处于静⽌下进⾏电解。

在0.1MNaCl 溶液中[Fe(CN) 6]4-]的扩散系数为0.63×10-5cm.s -1；电⼦转移速率⼤，为可逆体系(1MNaCl 溶液中，25℃时，标准反应速率常数为5.2×10-2cm·s -1)。

溶液中的溶解氧具有电活性，⽤通⼊惰性⽓体除去。

三、仪器与试剂MEC-16多功能电化学分析仪（配有电脑机打印机）；玻碳圆盘电极(表⾯积0.025 cm 2)或铂柱电极；铂丝电极；饱和⽢汞电极；超声波清洗仪；电解池；氮⽓钢瓶。

容量瓶：250 mL 、100mL 各2个，25 mL 7个。

循环伏安法测定电极反应参数一目的要求1掌握用循环伏安法判断电极过程的可逆性。

2学会使用循环伏安仪。

3测量峰电流和峰电位。

二原理循环伏安法与单扫描极谱法相似。

在电极上施加线形扫描电压，当到达某设定的终止电压后，再反向回扫至某设定的起始电压，若溶液中存在氧化态O，电极上将发生还原反应：O+Ze == R反向回扫时，电极上生成的还原态R将发生氧化反应：R == O+Ze峰电流可表示为：ip=KZ3/2D1/2m2/3t2/3v1/2c其峰电流与被测物质浓度C、扫描速率v等因素有关。

从循环伏安图可确定氧化峰峰电流ipa 和还原峰峰电流ipc，氧化峰峰电位φpa 和还原峰峰电位φpc值。

对于可逆体系，氧化峰峰电流与还原峰峰电流比：1=pcpaii氧化峰峰电位与还原峰峰电位差：)(058.0Vzpcpa=-=∆ϕϕϕ条件电位φo’：2pcpaOϕϕϕ+='由此可判断电极过程的可逆性。

三仪器与试剂仪器 CHI660C 电化学工作站；x-y函数记录仪器；金属盘电极、铂圆盘电极或玻璃碳电极，铂丝电极和饱和甘汞电极。

试剂 1.00×10-2mol/L K3Fe(CN)6；1.0mol/L KNO3。

四实验步骤1金属圆盘电极（或铂圆盘电极、玻璃碳电极）的预处理。

用Al2O3粉（或牙膏）将电极表面抛光（或用抛光机处理），然后用蒸馏水清洗，待用。

也可用超声波处理。

2 K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图在电解池中放入含0.1mol/LKNO3的铁氰化钾标准溶液，插入玻碳圆盘电极（或金圆盘）工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞电极，通N2除O2。

打开CHI660C伏安仪和计算机的电源。

屏幕显示清楚后，再打开测量窗口；测量铁氰化钾试液：置电极系统于10ml小烧杯的铁氰化钾试液里；打开ESTUP 的下拉菜单，在Technique项中选择Cyclic voltammetry方法，在Parameters 项内选择参数。

循环伏安法研究电极过程的可逆性 一．实验目的1. 掌握用循环伏安法判断电极过程可逆性的实验方法。

2. 学会测量峰电流和峰电位。

二．实验原理循环伏安法与单扫描极谱法相似。

在电极上施加线性扫描电压，当到达某设定的终止电压后，再反向回扫至某设定的起始电压。

若溶液中存在氧化态O ，电极上将发生还原反应：O ne R +=，反向回扫时，电极上生成的还原态R 将发生氧化反应：R ne O -=。

从循环伏安图可确定氧化峰峰电流i pa 和还原峰峰电流i pc 、氧化峰峰电位E pa 和还原峰峰电位值E pc 。

对于可逆体系，循环伏安图的上下两条曲线是对称的，氧化峰峰电流和还原峰峰电流之比：1pa pci i ≈，氧化峰峰电位与还原峰峰电位之差：0.058()p pa pc E E E V n∆=-≈ 因此，由上述两式可判断电极过程的可逆性。

三．仪器及试剂1.仪器：LK98B Ⅱ型新型极谱仪或CHI660C 电化学工作站；三电极体系：玻碳电极、铂丝电极和饱和甘汞电极(或银氯化银参比电极)。

2.试剂：K 3Fe(CN)6 溶液：1.0×10-3 mol·L 1K 3Fe(CN)6 ＋0.10 mol·L 1NaCl 。

四．实验步骤 1. 玻碳电极的预处理玻碳电极分别用0.3和0.05 µm 的三氧化二铝粉在抛光布上将电极表面抛光，然后依次在无水乙醇和蒸馏水中各超声洗涤2 min 。

2. K 3Fe(CN)6 溶液的循环伏安图 取5 mL1.0 ⨯ 10-3 mol·L 1K 3Fe(CN)6 溶液于10.00 mL 小烧杯中(或电解池中)，插入玻碳电极、铂丝电极和饱和甘汞电极。

以扫描速率0.1 V·s 1，从 0.20 ～＋0.60V 扫描，测定并记录i pa ，i pc和E pa ，E pc 的值。

3. 不同扫描速度下的K 3Fe(CN)6 溶液的循环伏安图改变扫描速率：0.1、0.15、0.2、0.3和0.4 V·s 1，其它同操作步骤2，测量K 3Fe(CN)6在各个循环伏安图的i pa 和i pc 。

循环伏安法测定亚铁氰化钾的电极反应过程实验目的1.学习固体电极表面的处理方法；2.学会利用MEC-16B多功能电化学分析仪，进行循环伏安法探究物质的电极过程。

3.了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响实验原理1.循环伏安法是将线型扫描电压施加在电极上，控制电极电势以不同的速率，电压与随时间以三角波形一次或多次反复扫描。

如图1使电活性物质在电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，记录电流—电势曲线。

根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。

循环伏安法使用小面积工作电极是静止的固体电极，如铂电极、石墨电极、波碳电极、悬汞电极等。

2.当溶液中存在氧化态物质O时，从起始电压E i沿某一方向扫描到终止电压E S它在电极上还原成还原态物质R, O+ne-→R ;电位方向逆转时，电极上生成的R被氧化为O, R →Ｏ＋nｅ-所得极化曲线如图2图1 图2上半波是还原波（阴极支），下半部是氧化波（阳极支）如果物质的电极过程是可逆过程，阳极峰电流i pa与阴极峰电流i pc相等，而且与扫描速度的平方根成正比；可逆电流峰的峰电位与电压扫描速度无关。

阴极峰电位φpc与阳极峰电位φpa差Δφp=56.5∕n (mv 25o),通常Δφp与实验条件有关，其值在55mv —65mv就可确定为可逆电极过程。

3.铁氰化钾离子[Fe(CN)6]3-亚铁氰化钾离子[Fe(CN)6]4-氧化还原电对的标准电极电位为[Fe(CN)6]3-+ e-= [Fe(CN)6]4-φθ= 0.36V电极电位与电极表面活度的Nernst方程式为φ=φθ+ RT/Fln(C Ox/C Red)在一定扫描速度下，从起始电位-02V正向扫描到+0.8V过程中，溶液中的[Fe(CN)6]4-氧化成[Fe(CN)6]3-产生氧化电流，当负相扫描时即从+0.8V到-0.2V 时，[Fe(CN)6]3-被还原产生还原电流。