多种电化学方法研究可逆电极体系
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3电化学三电极体系work Information Technology Company.2020YEAR.3电化学三电极体系电化学传感器中用得最多的是三电极体系,对应的三个电极分别是工作电极、参比电极和辅助电极。
三个电极组成两个回路,工作电极和辅助电极(对电极)组成的回路,用来测电流;工作电极和参比电极组成的回路,用来测电极的电位。
图1.2是电化学传感器中常用的三电极体系示意图,辅助电极又叫对电极(counter electrode ),它在整个体系中的作用是与工作电极形成回路,保持电流的畅通稳定,就好比电路里需同时具备火线和零线一样,由此可见,对电极在电化学测试体系中不可或缺。
对电极保证电化学反应发生在工作电极上但又不会影响工作电极上的反应。
对电极的表面积比工作电极的表面积要大,这样就能降低加在对电极上的电流密度,使它在检测过程中不容易被极化。
常用的对电极材料有Ag, Pt, Ni等。
参比电极(reference electrode)是指具有己知恒定电位,且接近理想不极化的电极,基本上没有电流通过它。
在电化学检测的三电极体系中,参比电极一方面在热力学上提供参比,另一方方面则是将工作电极隔离起来。
为了满足电化学检测体系的需要,参比电极必须是良好的可逆电极,且电极电势要符合能斯特方程,在很小的电流流经过后,电极的电势能快速回到原状,当然电势的稳定和重现性必须很好。
常用的参比电极主要有三种:标准氢电极(normal hydrogenelectrode , NHE );甘汞电极(calomel electrode ) }}0 g' 20};银/氯化银电极(Ag/AgCI协”,’‘]。
其中的甘汞电极和银/氯化银电极在实验室最为常用。
甘汞电极的电极反应是:Hg2Cl2 + 2e二2Hg十2C1",而银/氯化银电极的电极反应则是AgCI + e一Ag +Cl",从反应式中可看出,二者的电位皆与氯离子的浓度有关。
可逆电池必须具备的条件是:(1) 电池反应必须可逆(2) 可逆电池在放电或充电时,电池通过的电流必须为无限小可逆过程在热力学上本有严格的意义,即控制过程的各种因素均处在平衡态,正向的微小改变所产生的各种效应,在塑向改变时将全部消失,体系恢复原状。
有些电极反应能够满足这样的条件,如可逆氢电极、甘汞电极等。
这种可逆电极用于试验室测试,如电势滴定、参比电极和测定有机酸的电离常数、络合物的稳定常数等热力学数据,效果都很好。
但在电化学中,也常把电极反应由扩散过程主导的称作可逆电极和准可逆电极;在工业界则常把蓄电池的电极称为可逆的。
这些都是习惯用法,并非原来意义上的可逆。
可逆电极电势对解决许多电化学及热力学问题是十分有用的。
由前一章讨论可知,可逆电池的条件之一是外电路中没有电流通过。
但是,许多电化学过程并不是在电流为零的条件下完成的。
因此,在这种情况下,不论是原电池的放电还是电解池的充电,都是不可逆的过程。
因此,当有限电流通过电极而发生不可逆电极反应的电极过程与可逆电极过程有何区别?不可逆电极电势与可逆电极电势有何不同?这一类问题是电极过程的研究内容。
电化学反应的速率不仅与温度、活度和催化剂材料等因素有关,而且还与电极电位有关,因而电极极化作用构成了不可逆电极过程的动力学特征。
本章将从化学动力学的观点讨论电极反应的不可逆行为和规律。
准可逆电极指电荷迁越电极界面发生电子得失这一步骤较易进行的电极反应,即迁越步骤或称活化步骤【迁越系数或称传递系数。
反映电极电势对于电极反应的正、逆向反应速率(即电流)影响的一种参数。
与化学反应类似,电极反应的各个步骤的正、逆向过程都有势垒,即需要活化能。
但作为其核心步骤的电荷迁越相界过程(即活化步骤),其正、逆向过程的活化能将受电极电势的影响】速率与扩散步骤速率相差并不太大的情况,称准可逆电极反应。
准可逆,类似可逆之意。
电极反应为可逆的一类电极。
可逆有下述三方面的含义。
(1)热力学上,指电极界面通过正向微电流所产生的效应在逆向微.电流通过时能完全消除,电极各相达到平衡,故此种电极的电势又称平衡电势。
物理化学试验汇报可逆体系旳循环伏安研究1.试验目旳(1)掌握循环伏安法研究电极过程旳基本原理。
(2)学习使用CHI660电化学综合分析仪。
(3)测定K3Fe(CN)6体系在不一样扫描速率时旳循环伏安图。
2.试验原理(1)循环伏安法概述:循环伏安法(Cyclic Voltammetry)旳基本原理是:根据研究体系旳性质, 选择电位扫描范围和扫描速率, 从选定旳起始电位开始扫描后, 研究电极旳电位按指定旳方向和速率随时间线性变化, 完毕所确定旳电位扫描范围抵达终止电位后, 会自动以同样旳扫描速率返回到起始电位。
在电位进行扫描旳同步, 同步测量研究电极旳电流响应, 所获得旳电流-电位曲线称为循环伏安曲线或循环伏安扫描图。
通过对循环伏安扫描图进行定性和定量分析, 可以确定电极上进行旳电极过程旳热力学可逆程度、得失电子数、与否伴随耦合化学反应及电极过程动力学参数, 从而确定或推断电极上所进行旳电化学过程旳机理。
(2)循环伏安扫描图:循环伏安法研究体系是由工作电极、参比电极、辅助电极构成旳三电极系统, 工作电极和参比电极构成电位测量, 工作电极和辅助电极构成旳回路测量电流。
工作电极可选用固态或液态电极, 如: 铂、金、玻璃石墨电极或悬汞、汞膜电极。
常用旳参比电极有: 饱和甘汞电极(SCE)、银-氯化银电极, 因此, 循环伏安曲线中旳电位值都是相对于参比电极而言。
辅助电极可选用固态旳惰性电极, 如: 铂丝或铂片电极、玻碳电极等。
电解池中旳电解液包括: 氧化还原体系(常用旳浓度范围: mmol/L)、支持电解质(浓度范围: mol/L)。
循环伏安测定措施是: 将CHI660电化学综合分析仪与研究体系连接, 选定电位扫描范围E1~E2和扫描速率υ, 从起始电位E1开始扫描, 电位按选定旳扫描速率呈线性变化从E1抵达E2, 然后持续反方向再扫描从E2回到E1, 如图C17.1所示, 电位随时间旳变化展现旳是等腰三角波信号。
工作电极参比电极对电极研究对象工作电极参比电极:确定工作电极电位辅助电极有时也称对电极:传导电流三电极体系含两个回路,一个回路由工作电极和参比电极组成,用来测试工作电极的电化学反应过程,另一个回路由工作电极和辅助电极组成,起传输电子形成回路的作用。
电化学需要两个电极同时发生氧化还原反应,那么需要两个电极但是针对您要研究的工作电极,需要参比电极精确地控制工作电极的电极电位,那么就需要额外的参比电极,以三者成为三电极体系。
参比电极和工作电极构成测试回路,体系可当成断路。
工作电极和对电极构成另外的回路,是构成电解槽的回路,满足电化学反应平衡的。
研究的是工作电极,只有精确地测定工作电极的电位,才能够考察电位同电化学反应,吸附等界面反应的规律。
至于辅助电极和工作电极之间的联系,主要是在于构建电化学反应平衡,另外要保证辅助电极不要影响到工作电极。
而确定辅助电极和工作电极之间的电位,用电压表就ok了,不需要双参比电极分别确定两电极电位。
当然,是否以后的电化学工作站,可以确定双参比,分别控制辅助电极和参比电极,可能也算是个新思路吧三电极是指工作电极;电导电极;甘汞电极。
用上电化学工作站的时候需要用上250ml电解池再放上三电极做自己想要做的式样。
同时,三个电极不要接触上,但要尽可能的近工作电极与对电极构成电流的回路,它们之间的电压叫槽牙,可用普通的伏特计测量。
工作电极与参比电极之间通过高输入阻抗的电位差计测量,类似于电位法的装置,是用来监控工作电极电位的线路。
上面有位说是断路,不确切,应该有微小电流流过。
楼上的说得都差不多了,本人补充点:参比电极要尽可能地靠近研究电极,一般用甘汞电极;辅助电极也就是对电极一般用铂电极或者其他,面积一般比研究电极的大5倍或以上。
对于电化学三电极体系的工作原理,用一句话概括就是三电极两回路:三电极指的是工作电极、参比电极和对电极,工作电极又称为研究电极,顾名思义就是我们所要考察的电极;参比电极是用来测量工作电极电势的;对电极又称为辅助电极,只是用来通过电流的两回路指的是极化回路和测量回路电化学研究最常用的测试手段是电极极化曲线的测量,在三电极体系中,通过对工作电极施以不同的极化,测试电流密度与电势的对应关系曲线,了解工作电极的电化学性能。
循环伏安法原理:循环伏安法(CV)是最重要的电分析化学研究方法之一。
该方法使用的仪器简单,操作方便,图谱解析直观,在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多研究领域被广泛应用。
循环伏安法通常采用三电极系统,一支工作电极(被研究物质起反应的电极),一支参比电极(监测工作电极的电势),一支辅助(对)电极。
外加电压加在工作电极与辅助电极之间,反应电流通过工作电极与辅助电极。
对可逆电极过程(电荷交换速度很快),如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系,当电压负向扫描时,Fe(CN)63-在电极上还原,反应为:Fe(CN)63-+e-→Fe(CN)64-得到一个还原电流峰。
当电压正向扫描时,Fe(CN)64-在电极上氧化,反应为:Fe(CN)64--e-→Fe(CN)63-得到一个氧化电流峰。
所以,电压完成一次循环扫描后,将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。
扫描电压呈等腰三角形。
如果前半部扫描(电压上升部分)为去极图1 cv图中电势~时间关系图2 氧化还原cv曲线图化剂在电极上被还原的阴极过程,则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此.一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环,故称为循环伏安法。
应用领域:循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性,化学反应历程,电活性物质的吸附等许多信息。
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学.成为最有用的电化学方法之一。
如通过对未知研究体系的CV研究,可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量,以及判断反应的可逆性。
电化学反应中物种反应的量可以依据Faraday定律估算,, 其中m为反应的摩尔量, n为电极反应中的得失电子数,F为图3 Ag在Pt电极上电结晶过程的CV图0.01mol/LagNO3+0.1mol/LKNO3Faraday常数(96485 C.molmnFidtQt==∫0-1)。
•电化学体系三电极介绍所有电化学体系至少含有浸在电解质溶液中或紧密附于电解质上的两个电极,而且在许多情况下有必要采用隔膜将两电极分隔开。
我们将分别介绍电极、隔膜、电解质溶液及电解池的设计与安装。
电极(electrode)是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体,为多相体系。
电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出,电极是实施电极反应的场所。
一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系,用的较多的是三电极体系。
相应的三个电极为工作电极、参比电极和辅助电极。
工作电极: 又称研究电极,是指所研究的反应在该电极上发生。
一般来讲,对工作电极的基本要求是:工作电极可以是固体,也可以是液体,各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。
(1) 所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响,并且能够在较大的电位区域中进行测定; (2) 电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应; (3) 电极面积不宜太大,电极表面最好应是均一平滑的,且能够通过简单的方法进行表面净化等等。
工作电极的选择:通常根据研究的性质来预先确定电极材料,但最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳(铂、金、银、铅和导电玻璃)等。
采用固体电极时,为了保证实验的重现性,必须注意建立合适的电极预处理步骤,以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。
在液体电极中,汞和汞齐是最常用的工作电极,它们都是液体,都有可重现的均相表面,制备和保持清洁都较容易,同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口记被广泛用于电化学分析中。
辅助电极:又称对电极,辅助电极和工作电极组成回路,使工作电极上电流畅通,以保证所研究的反应在工作电极上发生,但必须无任何方式限制电池观测的响应。
由于工作电极发生氧化或还原反应时,辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应,以使电解液组分不变,即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。
但减少辅助电极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。
电化学研究方法(视频课)智慧树知到课后章节答案2023年下中国科学技术大学
绪论单元测试
1.可逆电池对外做的电功数值上等于电池反应的焓变。
()A:对 B:错答案:错第一章测试
1.在电化学体系中,若每一种组分的电化学势都处处相等,则体系一定达到热
力学平衡态。
()A:错 B:对答案:对
第二章测试
1.已知以下电极反应的标准平衡电极电势(使用的值均为氢标还原电势):
则反应的标准平衡电极电势
为:()A: B: C: D:
答案:
第三章测试
1.当金属电极表面的电化学反应达到平衡时,金属-溶液界面的电势差,就是
该电化学反应的绝对电极电势。
()A:错 B:对答案:错
第四章测试
1.所谓稳态测量技术,就是在热力学平衡态下进行测量的技术。
()A:对 B:
错答案:错
第五章测试
1.以下目的无法仅凭循环伏安法达到或完成的是:()A:测量电化学体系的
直流电阻与电荷转移阻抗 B:判断电化学反应的可逆性 C:确定可逆电极反应
转移的电子数与扩散系数 D:求解完全不可逆反应的动力学参数答案:测量电化学体系的直流电阻与电荷转移阻抗
第六章测试
1.在旋转圆盘电极体系中,主要的传质方式是强制对流,理想情况下传质可以
无限快,因此不会存在极限扩散电流()A:对 B:错答案:错。
.3电化学三电极体系电化学传感器中用得最多的是三电极体系,对应的三个电极分别是工作电极、参比电极和辅助电极.三个电极组成两个回路,工作电极和辅助电极(对电极)组成的回路,用来测电流;工作电极和参比电极组成的回路,用来测电极的电位.图1。
2是电化学传感器中常用的三电极体系示意图,辅助电极又叫对电极(counter electrode ),它在整个体系中的作用是与工作电极形成回路,保持电流的畅通稳定,就好比电路里需同时具备火线和零线一样,由此可见,对电极在电化学测试体系中不可或缺。
对电极保证电化学反应发生在工作电极上但又不会影响工作电极上的反应.对电极的表面积比工作电极的表面积要大,这样就能降低加在对电极上的电流密度,使它在检测过程中不容易被极化。
常用的对电极材料有Ag,Pt,Ni等。
参比电极(reference electrode)是指具有己知恒定电位,且接近理想不极化的电极,基本上没有电流通过它.在电化学检测的三电极体系中,参比电极一方面在热力学上提供参比,另一方方面则是将工作电极隔离起来。
为了满足电化学检测体系的需要,参比电极必须是良好的可逆电极,且电极电势要符合能斯特方程,在很小的电流流经过后,电极的电势能快速回到原状,当然电势的稳定和重现性必须很好.常用的参比电极主要有三种:标准氢电极(normal hydrogenelectrode , NHE );甘汞电极(calomel electrode )}}0 g’20};银/氯化银电极(Ag/AgCI协”,’‘]。
其中的甘汞电极和银/氯化银电极在实验室最为常用。
甘汞电极的电极反应是:Hg2Cl2 + 2e二2Hg十2C1",而银/氯化银电极的电极反应则是AgCI + e一Ag +Cl”,从反应式中可看出,二者的电位皆与氯离子的浓度有关.在本课题中所使用的三电极系统中,参比电极均为银/氯化银电极。
所研究的反应发生在工作电极(working electrode)上,各种能导,一匕的材料都能用作工作电极,既可以是固体,也可以是液体。
可逆电池必须具备的条件是:(1) 电池反应必须可逆(2) 可逆电池在放电或充电时,电池通过的电流必须为无限小可逆过程在热力学上本有严格的意义,即控制过程的各种因素均处在平衡态,正向的微小改变所产生的各种效应,在塑向改变时将全部消失,体系恢复原状。
有些电极反应能够满足这样的条件,如可逆氢电极、甘汞电极等。
这种可逆电极用于试验室测试,如电势滴定、参比电极和测定有机酸的电离常数、络合物的稳定常数等热力学数据,效果都很好。
但在电化学中,也常把电极反应由扩散过程主导的称作可逆电极和准可逆电极;在工业界则常把蓄电池的电极称为可逆的。
这些都是习惯用法,并非原来意义上的可逆。
可逆电极电势对解决许多电化学及热力学问题是十分有用的。
由前一章讨论可知,可逆电池的条件之一是外电路中没有电流通过。
但是,许多电化学过程并不是在电流为零的条件下完成的。
因此,在这种情况下,不论是原电池的放电还是电解池的充电,都是不可逆的过程。
因此,当有限电流通过电极而发生不可逆电极反应的电极过程与可逆电极过程有何区别?不可逆电极电势与可逆电极电势有何不同?这一类问题是电极过程的研究内容。
电化学反应的速率不仅与温度、活度和催化剂材料等因素有关,而且还与电极电位有关,因而电极极化作用构成了不可逆电极过程的动力学特征。
本章将从化学动力学的观点讨论电极反应的不可逆行为和规律。
准可逆电极指电荷迁越电极界面发生电子得失这一步骤较易进行的电极反应,即迁越步骤或称活化步骤【迁越系数或称传递系数。
反映电极电势对于电极反应的正、逆向反应速率(即电流)影响的一种参数。
与化学反应类似,电极反应的各个步骤的正、逆向过程都有势垒,即需要活化能。
但作为其核心步骤的电荷迁越相界过程(即活化步骤),其正、逆向过程的活化能将受电极电势的影响】速率与扩散步骤速率相差并不太大的情况,称准可逆电极反应。
准可逆,类似可逆之意。
电极反应为可逆的一类电极。
可逆有下述三方面的含义。
(1)热力学上,指电极界面通过正向微电流所产生的效应在逆向微.电流通过时能完全消除,电极各相达到平衡,故此种电极的电势又称平衡电势。