实验六 循环伏安法测定电极反应参数-091115
循环伏安法测定电极反应参数-教案设计
循环伏安法测定电极反应参数-教案设计1 / 10实验项目循环伏安法测定电极反应参数、实验目的1）了解循环伏安法的基本原理和特点；2）掌握循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法；3）学习固体电极表面的处理技术；4）掌握CHI660E 电化学工作站的使用。
、实验原理在电化学分析方法中，凡是以测量电解过程中所得电流- 电位（电压）曲线进行测定的方法称为伏安分析法。
按施加激励信号的方式、波形及种类的不同，伏安法又分为多种技术，循环伏安法就是其中之一，而且是一种重要的伏安分析方法。
先看线性扫描伏安法，若向工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压1）, 记录电流- 电压曲线（图2）进行分析，就叫线性扫描伏安法。
循环伏安法就是将线性扫描电位扫到某电位E m 后，再回扫至原来的起始电位值E i，电位与时间的关系如图 3 所示。
电压扫描速度可从每秒毫伏到伏量级。
所用的指示电极有悬汞电极、铂电极、金电极或玻璃碳电极等。
当溶液中存在氧化态物质O 时，它在电极上可逆地还原生成还原态物质R，O + ne → R当电位方向逆转时，在电极表面生成的R 则被可逆地氧化为O,R → O + ne图 1 线性扫描伏安法中所施加的电压- 时间曲线图 2 线性扫描伏安法中所记录的电流- 电压曲线Cathode 阴极Anode 阳极图 3 循环伏安法中所施加的电压- 时间曲线图 4 循环伏安法中所记录的电流- 电压曲线一个三角波扫描，可以完成还原与氧化两个过程，记录出如图 4 所示的循环伏安曲线。
循环伏安法一般不用于定量分析，主要用于研究电极反应的性质、机理和电极过程动 力学参数等。
在循环伏安法中，阳极峰电流 i P a 、阴极峰电流 i P c 、阳极峰电位 E pa 、阴极峰电位 E P c 是 最重要的参数 , 对可逆电极过程来说，循环伏安图如图5A 所示，有如下关系：i pa1 （与扫描速度无关） i pci p 为：5 3/2 1/2 1/2i p =2.6910 n3/2 AD 1/2 1/2c式中各参数的意义为：i p — 峰电流（安培） ； n — 电子转移数；A — 电极面积（ cm 2） D — 扩散系数（ cm 2/s ）—扫描速度（ V/s ） c — 浓度（ mol/L ）1/2从 i p 的表达式看： i p 与 1/2和 c 都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。
循环伏安法测定电极反应参数教案设计
循环伏安法测定电极反应参数-教案设计一、教学目标：1. 理解循环伏安法的原理及其在电化学分析中的应用。
2. 学会使用循环伏安法测定电极反应参数。
3. 能够分析循环伏安图，并解读实验结果。
二、教学内容：1. 循环伏安法的原理介绍。
2. 循环伏安法实验步骤及操作方法。
3. 循环伏安图的解析与实验结果分析。
三、教学准备：1. 实验室用具：循环伏安仪、电极、电解质溶液、导线等。
2. 教学材料：教案、PPT、实验指导书等。
四、教学过程：1. 导入：通过引入电化学分析法，引导学生了解循环伏安法在电化学分析中的应用。
2. 讲解循环伏安法的原理，包括法拉第电解定律、电极反应等基本概念。
3. 演示循环伏安法的实验步骤，并讲解操作方法。
4. 分组讨论：学生分组进行实验，观察并记录循环伏安图。
5. 解析循环伏安图，引导学生掌握图谱的解读方法。
6. 总结实验结果，分析电极反应参数。
五、教学评价：1. 学生能理解循环伏安法的原理及其应用。
2. 学生能熟练操作循环伏安仪，完成实验并记录数据。
3. 学生能分析循环伏安图，并正确解读实验结果。
4. 学生能运用所学知识，解决实际问题。
六、教学重点与难点：重点：1. 循环伏安法的原理及其在电化学分析中的应用。
2. 循环伏安法实验步骤及操作方法。
3. 循环伏安图的解析与实验结果分析。
难点：1. 循环伏安图的解析与实验结果分析。
2. 电极反应参数的确定与计算。
七、教学方法：1. 采用讲授法讲解循环伏安法的原理和实验操作方法。
2. 使用演示法展示实验过程，引导学生观察循环伏安图。
3. 分组讨论法：学生分组进行实验，交流讨论实验现象和结果。
4. 案例分析法：分析实际案例，帮助学生理解循环伏安法在实际应用中的重要性。
八、教学步骤：1. 循环伏安法的原理讲解：通过PPT展示循环伏安法的原理和相关概念。
2. 实验操作演示：演示循环伏安法的实验步骤，包括溶液准备、电极安装、仪器设置等。
3. 学生实验操作：学生分组进行实验，操作循环伏安仪，观察并记录循环伏安图。
循环伏安法测定电极反应参数教案设计
一、教案基本信息教案名称：循环伏安法测定电极反应参数-教案设计课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 让学生了解循环伏安法的基本原理及应用。
2. 使学生掌握循环伏安法测定电极反应参数的方法。
3. 培养学生的实验操作能力和团队协作能力。
教学重点：1. 循环伏安法的基本原理。
2. 循环伏安法测定电极反应参数的操作步骤。
教学难点：1. 循环伏安法的实验操作。
2. 电极反应参数的解析与计算。
二、教学准备实验器材：1. 电化学工作站2. 铂电极、碳电极3. 参比电极4. 电解质溶液5. 导线、夹子等实验配件教学资源：1. 循环伏安法原理PPT讲解2. 实验操作视频3. 实验报告模板三、教学过程第一课时：一、导入（10分钟）1. 引导学生回顾电化学基本概念，如电极、电解质、电势等。
2. 提问：什么是循环伏安法？它有什么应用价值？二、理论讲解（15分钟）1. 讲解循环伏安法的基本原理。
2. 介绍循环伏安法在电极反应参数测定中的应用。
三、实验操作演示（20分钟）1. 演示如何使用电化学工作站进行循环伏安实验。
2. 讲解实验操作过程中的注意事项。
四、学生实验操作（25分钟）1. 学生分组进行实验，操作电化学工作站进行循环伏安实验。
2. 教师巡回指导，解答学生疑问。
第二课时：一、实验数据分析（10分钟）1. 学生展示实验数据，分析电极反应参数。
2. 教师点评学生实验数据，讲解电极反应参数的解析与计算方法。
二、总结与讨论（15分钟）1. 学生总结循环伏安法测定电极反应参数的实验技巧。
2. 教师引导学生探讨循环伏安法在实际应用中的局限性。
三、布置作业（5分钟）1. 让学生完成实验报告。
2. 布置课后习题，巩固循环伏安法相关知识。
四、课后反思（5分钟）1. 学生反思实验操作过程中的不足之处。
2. 教师总结本次课程的教学效果，并提出改进措施。
四、教学评价评价方式：实验操作、实验报告、课后习题评价内容：1. 学生实验操作的规范性、准确性。
循环伏安法测定电极反应参数
华南师范大学实验报告学生姓名学号_________________________________专业年级、班级_________________________________课程名称电化学实验实验项目循环伏安法测定电极反应参数实验类型✉验证✉设计✉综合实验时间_________________________________实验指导老师实验评分 __________________________________一、实验目的1.了解循环伏安法的基本原理及应用2. 掌握循环伏安法的实验技术和有关参数的测定方法。
二、实验原理循环伏安法(Cyclic Voltammetry)是一种常用的电化学研究方法。
该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-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。
常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。
对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法。
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使用。
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，一支对电极。
外加电压在工作电极和辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。
图1 循环伏安法测得的加电压的方式图2 循环伏安法测得的氧化还原曲线阳极峰电流 i Pa 、阴极峰电流 i Pc 、阳极峰电位 E pa 、阴极峰电位 E Pc ，对可逆电极过程，有： ∆E =E pa −E pc =57~63nmV即阳极峰电势(E pa )与阴极峰电势(E pc )之差为 57/n ~63/n mV 之间，确切的值与扫描过阴极峰电势之后多少毫伏再回扫有关。
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析在电化学研究领域，循环伏安法是一种极其重要的研究手段。
它不仅能提供有关电极反应的丰富信息，还在材料科学、生物化学、环境监测等众多领域发挥着关键作用。
接下来，让我们深入了解一下循环伏安法的原理以及如何对其结果进行分析。
循环伏安法的基本原理基于控制电极电位的线性扫描。
在实验中，工作电极的电位以一定的速率在一个特定的电位范围内进行周期性的线性扫描。
通常，电位从起始电位开始，向一个方向扫描到终止电位，然后反向扫描回到起始电位，如此反复，形成一个循环。
在这个过程中，电极表面会发生氧化还原反应。
当电极电位达到某种物质的氧化电位时，该物质会在电极表面被氧化，产生氧化电流；当电极电位反向扫描到该物质的还原电位时，之前被氧化的物质会被还原，产生还原电流。
通过测量这些电流随电位的变化关系，我们就能够获得有关电极反应的信息。
为了更好地理解循环伏安法的原理，我们可以以一个简单的氧化还原反应为例。
假设在溶液中存在一种可氧化还原的物质 A，其氧化态为 A+，还原态为 A。
当工作电极的电位逐渐升高时，当达到 A 的氧化电位时，A 会被氧化为A+，同时产生氧化电流。
随着电位的继续升高，氧化电流可能会先增大，然后由于扩散控制等因素逐渐减小。
当电位反向扫描时，A+会在电极表面被还原为 A，产生还原电流。
那么，循环伏安法得到的结果通常以电流电位曲线的形式呈现。
在分析这些曲线时，有几个关键的参数和特征需要关注。
首先是峰电位。
氧化峰电位和还原峰电位分别对应着物质的氧化和还原过程中电流达到最大值时的电位。
峰电位的位置可以提供有关反应的难易程度和可逆性的信息。
一般来说，对于可逆反应，氧化峰电位和还原峰电位之间的差值较小；而对于不可逆反应，这个差值较大。
其次是峰电流。
峰电流的大小与参与反应的物质的浓度、扩散系数以及扫描速率等因素有关。
根据 RandlesSevcik 方程，在一定条件下，峰电流与扫描速率的平方根成正比，与物质的浓度成正比。
循环伏安法测定电极反应参数
循环伏安法测定电极反应参数
循环伏安法是一种电化学测试方法，用于测量电化学反应（例如电极反应）的参数。
具体步骤如下：
1. 准备电解质溶液和两个电极：一个工作电极、一个参比电极和一个辅助电极。
2. 把工作电极放入电解质溶液中并加入足够的电解质。
参比电极和辅助电极也必须放在溶液中，并且它们应该尽可能接近工作电极。
3. 将工作电极连接到电位计和电源，并将参考电极连接到电位计。
4. 通常会在一定范围内缓慢扫描电势范围。
开始时电位设置在较高值，随后电位逐渐减小至较低值，然后再逐渐升高至较高值。
扫描速率也是一个重要参数。
5. 当工作电极的电位被扫描时，会观察到电流变化。
这个输出信号可以记录下来。
可以用这个变化来确定电极反应参数，如反应速率、电荷转移系数、扩散系数和电化学反应的机理等。
6. 根据所得到的数据，可以进行一些计算，以确定电极反应的参数和性质。
循环伏安法是一种多用途的方法，适用于很多种电化学反应，包括金属离子的还原和氧化、化学反应的动力学参数等。
循环伏安法实验报告
循环伏安法实验报告在电化学研究中，循环伏安法是一种简单而又强大的研究方法。
通过循环伏安法，可以对电极可逆性进行判断：反应是可逆的，则曲线上下对称，若反应不可逆，则曲线上下不对称；判断电极反应机理的判断：如电极吸附现象、电化学反应过程中产物等；更重要的是，循环伏安法能够用于实验中的定量分析。
接下来，运用实验数据来答疑解惑。
通常我们选择铁氰化钾体系（Fe（CN）63-/4-）对电化学行为中的可逆过程进行研究，它的氧化与还原峰对称，两峰的电流值相等，两峰电位差理论值为0.059V 0 通常电极表面的处理对该理论值有很大的影响，一般选择玻碳电极为工作电极、铂电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极。
选择AI2O3抛光粉将电极表面磨光，然后在抛光机上抛成镜面，最后分别在1:1乙醇、1:1HNO3和蒸馏水中超声波清洗15秒。
另外，溶液是否除氧，这个也是必须考虑的，我们选择通高纯N2除O2 o在电解池中放入 5.00 x l0-4mol/LK3（内含0.20mol/L KNO3 ，作为支持电解质。
支持电解质的浓度实际上也对实验有影响，此处暂不考虑）。
插入工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞电极。
设置电化学工作站中的参数，参数的设定需要不断的尝试，根据电化学工作站窗口显示的图形调节出合适的参数图一的i-E曲线即为循环伏安图。
从循环伏安图中可以看出有两个峰电流和两个峰电位，阴极峰电流ipc，峰电位以Epc（jpc）表示；阳极峰电流ipa，峰电位以Epa 表示。
ipc 或ipa 的下标的 a 代表 anode， c 代表 cathode。
我们可知道，A Ep=Epa-Epc=56/n （单位：mV）（ n为反应过程中的得失电子数），ipc与ipa的比值越接近于1，则该体系的可逆程度就越高。
这是判断可逆体系的最直接的方法。
OOOOOOOOODOOAUOOOO 987<05从321 12 3 4-^5-7- 从电化学工作站的工作界面，可以得出氧化峰电位为 Epa=227mV,峰电流为ipa=-1.91 '10-6A ;还原峰电位是 Epc=170mV ，峰电流是 ipc=1.9 '10-6A 。
循环伏安法整理
循环伏安法测定电极反应参数一、实验目的：1.学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法2.熟悉循环伏安测定的实验技术以及应用；3.了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响4.掌握实验数据的处理方法二、实验原理循环伏安法（CV法）是最重要的电化学分析研究方法之一，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学的研究领域广泛应用。
循环伏安法除了作为定量分析方法外，更主要的是作为电化学研究的方法，可用于研究电极反应的性质、机理及电极过程动力学参数等。
它是以固态电极作工作电极电解被分析物质的稀溶液，并根据电流-电压曲线进行分析的方法。
循环伏安是在工作电极上施加一个线性变化的循环电压（如图1），记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线，从而实现对溶液中的电活性物质进行分析。
扫描开始时，从起始电压扫描至某一电压后，再反向回扫至起始电压，构成等腰三角形电压（如图1所示），在选定电位扫描范围E1～E2 和扫描速率后,从起始电位E1（0.8V）开始扫描到达E2（-0.2V）, 然后连续反向在扫描从E2（-0.2V）回到E1（0.8V）。
当电位负向扫描时发生反应：O + e == R，电位正向扫描时发生反应：R == O + e，一次扫描过程中完成一个氧化和还原过程的循环，故此法称为循环伏安法。
如图1所示：图1本实验采用循环伏安法测铁氰化钾电极反应参数。
图2为K3Fe(CN)6在KCL溶液中的循环伏安图该图中出现两个峰，负向扫描时发生还原反应：[Fe(CN)6]3-+ e-= [Fe(CN)6]4-，对应峰为阴极峰，所对应电位为阴极峰电位，表示为Epc，所对应电流为阴极峰电流，表示为ipc。
正向扫描时发生氧化反应：[Fe(CN)6]4- == [Fe(CN)6]3-+ e-，对应峰为阳极峰，所对应电位为阳极峰电位，表示为Epa。
所对应电流为阳极峰电流，表示为ipa。
测量确定ip的方法是：沿基线作切线外推至峰下，从峰顶作垂线至切线，其间高度即为ip（见图）。
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实验六循环伏安法测定电极反应参数
一、实验目的
1. 学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理。
2. 熟悉伏安法测量的实验技术。
二、方法原理
循环伏安法(CV)是最重要的电分析化学研究方法之一。
在电化学、无机化学、有机化学、生物化学的研究领域广泛应用。
由于它仪器简单、操作方便、图谱解析直观,常常是首先进行实验的方法。
CV方法是将循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间，记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线。
这种方法也常称为三角波线性电位扫描方法。
图6—1 循环伏安法的典型激发信号图6—2
图6—1中表明了施加电压的变化方式：起扫电位为0.8V，反向起扫电位为-0.2V,终点又回扫到0.8V，扫描速度可从斜率反映出来，其值为
50mV/s。
图6-1循环伏安法的典型激发信号三角波电位，转换电位为0.8V和-0.2V(vs.SCE〉虚线表示的是第二次循环。
一台现代的电化学分析仪具有多种功能，可方便地进行一次或多次循环,任意变换扫描电压范围和扫描速度。
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)作图，称为循环伏安图。
典型的循环伏安图如图6-2所示。
该图是在1.0mol/L KNO3电解质溶液中，6×10-3mol/LK3Fe(CN)6在Pt工作电极上的反应所得到的结果。
从图可见，起始电位Ei为+0.8V(a点)，电位比较正的目的是为了避免电极接通后发生电解。
然后沿负的电位扫描，如箭头所指方向，当电位至可还原时，即析出电位，将产生阴极电流(b点)。
其电极反应为：，随着电位的变负，阴极电流迅速增加(b→d)，直至电极表面的浓度趋近零，电流在d点达到最高峰。
然后电流迅速衰减(d→g)，这是因为电极表面附近溶液中的几乎全部电解转变为而耗尽，即所谓的贫乏效应。
当电压扫
至-0.15V(f点)处，虽然已经转向开始阳极化扫描，但这时的电极电位仍相当的负，扩散至电极表面的仍在不断还原，故仍呈现阴极电流，而不是阳极电流。
当电极电位继续正向变化至的析出电位时，聚集在电极表面附近的还原产物被氧化，其反应为： +→这时产生阳极电流(ia)。
阳极电流随着扫描电位正移迅速增加，当电极表面的浓度趋于零时，阳极化电流达到峰值(j点i pa)。
扫描电位继续正移,电极表面附近的耗尽，阳极电流衰减至最小(k点)。
当电位扫至+0.8V时，完成第一次循环，获得了循环伏安图。
实验中获得的循环伏安图如图6-3
简而言之，在正向扫描(电位变负)时, 在电极上还原产生阴极电流而指示电极表面附近它的浓度变化的信息。
在反向扫描(电位变正)时，产生的重新氧化产生阳极电流而指示它是否存在和变化。
因此，CV能迅速提供电活性物质电极反应过程的可逆性，化学反应历程、电极表面吸附等许多信息。
循环伏安图中可得到的几个重要参数是：阳极峰电流(i pa)，阴极峰电流(i pc)阳极峰电位(E pa)和阴极峰电位(E pc)。
测量确定i p的方法是：沿基线作切线外推至峰下,从峰顶作垂线至切线，其间高度即为i p(见图6-2)。
E P可直接从横轴与峰顶对应处而读取。
实验中的i p和E P
均可直接由仪器上读取（见图6-3）。
对可逆氧化还原电对的条件电位,与E pa和E pc的关系可表示为：
（6-1）
而两峰之间的电位差值为:
（6-2）
对铁氰化钾电对，其反应为单电子过程, 是多少?从实验求出来与理论值比较。
对可逆体系的正向峰电流，由Randles-savcik方程可表示为：
（6-3）
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)，为扫描速度(V/s)，c为浓度(mol/L)。
根据(11-13)式, 与1/2和c都是直线关系，对研究电极反应过程具有重要意义。
在可逆电极反应过程中,
（6-4）
对一个简单的电极反应过程，式(11-12)和式(11—14)是判别电极反应是否可逆体系的重要依据。
三、仪器和试剂
1. CHI830 、CHI620 、CHI660电化学分析仪。
2. 圆盘型工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞参比电极组成电极系统。
3. 铁氰化钾溶液：2.0×10-2mo1/L.
4. 硝酸钾溶液：1.0 mo1/L.
四、实验步骤
1. Pt（玻碳电极）工作电极预处理。
将Pt（玻碳电极）工作电极在放有氧化铝粉沫的抛光布上轻轻研磨一分钟，二次蒸馏水拎洗干净后，用超声波清洗1min，用滤纸吸干表面水分即可进行测定。
2. 配制试液。
在5个50mL容量瓶中，分别加入2.0×10-zmol/L的铁氰化钾溶液0，0.5mL，1.0mL，2.0.00mL，5.0mL，再各加人1mol/L的硝酸钾溶液
5.0mL。
用二次蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
3. 循环伏安法测量。
将配制的系列铁氰化钾溶液逐一转移至电解池中，插入干净的电极系统。
起始电位+0.8V，转向电位-0.1V，以50mV/s 的扫描速度测量，当测量2×10-3mol/L的溶液时，逐一变化扫描速度：20mV/s，50mV/s，100mV/s，125mV/s，150mV/s，175mV/s，200mV/s 进行测量。
在完成每一个扫速的测定后，要重新处理电极。
五、结果处理
1. 列表总结铁氰化钾溶液的测量结果(Epa，Epc，△Epa，ipa ，ipc)。
2. 绘制铁氰化钾溶液的的ipa与ipc相应浓度c的关系曲线；绘制ipa与ipc与相应的v1/2关系曲线。
3. 求算铁氧化饵电极反应的n和E·'。
六、问题讨论
1. 铁氰化钾的Epa对其相应的v是什么关系？由此可表明什么?
2. 由铁氰化钾的循环伏安图解释它在电极上的可能反应机理。