线性扫描伏安法与循环伏安法实验
循环伏安法
反应可逆性的判断
对一个可逆反应，峰电位与扫描速度和浓度无关。 Epa与Epc 之差 E p E pa E pc 也可用来判断电极反应的可逆程度。
E p E pa E pc
2.3RT 59 mV nF n
(at 25°C)
对于不可逆体系， Δ Ep > 59/n(mV), ipa / ipc < 1。 ΔEp越大， 阴阳峰电流比值越小，则该电极体系越不可逆。对于不可逆电 极电程来说，反向电压扫描时不出现阳极波。
（mol•dm-3），υ为扫描速率（V•s－1）。
（2）│Ipc│＝│Ipa│，即│Ipc / Ipa│＝1，并与电势扫描 速度υ无关。
循环伏安法实验原理
（3）Δp＝59/n（mV），并pc， pa与扫描 速度υ和无关，为一定值。 其中（2）与（3）是扩散传质步骤控制的 可逆体系循环伏安曲线的重要特征，是检测可 逆电极反应的最有用的判据。
循环伏安法实验原理
根据循环伏安曲线图中峰电流Ip、峰电势及峰电势差和扫描速率 之间的关系，可以判断电极反应的可逆性。当电极反应完全可逆
时，在25℃下，这些参数的定量表达式有：
（1）Ipc＝2.69×105n3/2D01/2υ1/2 (A·cm-2) [1]
循环伏安法实验原理
即Ipc与反应物O的本体浓度成正比，与υ1/2成正比。其 中：DO为O的扩散系数（cm2•s-1），C为O的本体浓度
峰电流的计算
可逆反应的线性扫描的峰电流ip可有以下Randles-Sevcik方程给出：
i p kn AD cv
3/2 1/ 2
1/ 2
A- 电极面积 D - 扩散系数 c- 浓度 n- 交换电子数 v - 扫描速率 k - Randles-Sevcik 常数(2.69*105 As/V m mol)
伏 安 法
伏安法根据线性扫描伏安法与循环伏安法的基本原理, 采用电化学中典型的K3 [ Fe(CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验。
作为应用化学专业高年级学生和研究生学习电化学课程的实验, 收到了非常好的教学效果。
1伏安法：电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。
如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。
电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。
当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。
电化学实验技术也在不断的发展, 随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展, 线性扫描伏安法和循环伏安法、交流阻抗法和一系列更复杂灵巧的极化程序控制方法已在很大程度上取代了经典极化曲线测量和极谱方法[ 1 - 2 ] 。
本文在参考国内外有关电化学线性扫描伏安法与循环伏安法的基础上[ 3 - 4 ] , 进行了广泛的探索,采用电化学中典型的K3 [ Fe (CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验, 得到了适合应用化学专业高年级学生和研究生实验教学的综合研究性实验方案。
教学效果表明, 该实验采用计算机控制的综合电化学测试仪, 实验参数容易控制, 数据测量准确, 实验结果便于计算机处理。
学生通过对实验数据的处理, 自己得出电化学可逆体系的诊断标准, 使学生通过这个综合性研究实验, 加深了对线性扫描伏安法与循环伏安法的特点和基本原理的理解, 掌握线性扫描伏安法的定量分析方法, 熟悉循环伏安法在研究电极机理方面的应用从而达到掌握线性扫描伏安法和循环伏安法实验技术的实验目的。
使用表面静止的液体或固体电极，称为伏安法。
循环伏安法(Cyclic V oltammetry)。
实验10循环伏安法测定电极反应参数
实验10 循环伏安法测定电极反应参数一、实验目的（1）了解循环伏安法的基本原理、特点和应用。
（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（1）循环伏安法是电化学分析中重要的一种分析方法。
在电化学分析中，凡是以测量电解过程的电流-电位（电压）曲线为目的，都称为伏安分析法。
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，其中线性扫描伏安法，是在工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压（图1）,并记录相应的电流-电势曲线（图2）。
线性电位扫描法分小幅度运用和大幅度运用两类。
小幅度运用一般用于测定双电层电容和反应电阻。
大幅度运用的电位扫描范围宽，可在感兴趣的整个范围进行，所以使用的范围较广，如测定电极参数，判断电极过程的可逆性/控制步骤/反应机理，研究电极的吸（脱）附现象等。
图1 图2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、铂电极或玻璃碳电极等。
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。
图3 图4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。
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， 峰电位不随扫描速度变化，且 5763E E E mV n∆=pa pc -= （1） 即阳极峰电势(E pa )与阴极峰电势(E pc )之差为57/n 至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。
一般在过阴极峰电势之后有足够的毫伏数再回扫，△E P 值为58/n mV 。
整理循环伏安法与线性扫描伏安法
RST3100电化学工作站使用说明整理表姓名:职业工种:申请级别:受理机构:填报日期:A4打印/ 修订/ 内容可编辑RST3100电化学工作站使用说明1.使用范围线性扫描伏安法、线性扫描溶出伏安法、线性扫描循环伏安法、阶梯伏安法、阶梯溶出伏安法、阶梯循环伏安法、方波伏安法、方波溶出伏安法、方波循环伏安法、差示脉冲伏安法、差示脉冲溶出伏安法、常规脉冲伏安法、差示常规脉冲伏安法、单电位阶跃计时电流法、单电位阶跃计时电量法。
二、操作步骤1.开机：打开电脑，开启RST3100电化学工作站电源开关，需稳定一段时间。
（注：绿色铁夹接工作电极，红色铁夹接对电极，黄色铁夹接参比电极。
）2、打开软件，运行程序。
3、选定电化学实验方法：例如：循环伏安测定，点击方法分类中的“线性扫描技术”，双击实验方法中的“循环伏安法”，出现循环伏安法参数设定菜单，初始电位和开关电位设定值一样，电流极性设为“氧化”，如实验出现电流溢出的现象（图像未出现峰，出现水平线），将灵敏度调高，其他设置随实验方法不同而改变。
1.打开“控制”下的“开始实验”，界面右上角出现“剩余时间”2.实验结束，“剩余时间”将消失，将实验结果另存为目标文件，此文件类型为工作站的默认类型，Excell无法打开。
3.打开目标文件下的实验图形，打开数据处理下的“查看数据”，选择显示曲线（不选第一次循环），确定。
出现数据列表对话框，点击保存，保存类型为Excel。
三、注意事项1.有时电脑用优盘时可能不太好用，重启一下可能就好了。
2.如对比电极有油腻粘上，用丙酮清洗，后分别用铬酸溶液和去离子水清洗干净。
3.工作站每隔半个月启动一次，时间为大于半个小时。
RST3100电化学工作站仪器规格说明生产厂家：郑州世瑞思仪科技有限公司产品型号：RST3100电化学工作站主要参数：电位扫描范围±12.8V电位分辩率0.1mV最大恒电流±250mA温度稳定性<10uV/℃输入阻抗//电容>1013Ω// <10pFCV和LSV扫描速率0.001～10000mV/sD/A分辨率16bitA/D分辨率24bit电位激励及测量精度0.2%电流激励及测量精度0.2%电流测量量程±100nA～±250mA共14档固定资产编号：无整理丨尼克本文档信息来自于网络，如您发现内容不准确或不完善，欢迎您联系我修正；如您发现内容涉嫌侵权，请与我们联系，我们将按照相关法律规定及时处理。
水体中铜离子的含量测定111
循环伏安法测定溶液中金属离子浓度及电极表面积环科112班刘昂2104391112391目录一前言二实验测电极面积1实验目的.................................................. 错误！未定义书签。
2.实验原理.................. .................. .. (2)2.1 循环伏安法基本原理...................................... 错误！未定义书签。
2.2.1 线性扫描伏安法 (3)2.2.2 循环伏安法 (4)3 仪器和试剂 (4)4 实验步骤 (5)4.1 实验预处理及实验仪器操作........................ 错误！未定义书签。
4.2 数据及图像处理 (8)4.3 实验中出现的问题及解决办法 (8)5 结论.................. .................. (9)三活动收获四附件一活动日志附件二测溶液中铜离子浓度实验报告前言：根据线性扫描伏安法与循环伏安法的基本原理, 采用电化学中典型的K3[Fe(CN)6]电化学可逆系统，测量电极的峰电位，从而确定电极的粗糙度1.实验目的金属电极表面用肉眼观察是光滑的，但在显微镜下观测是非常粗糙的，电极表面一般呈现多晶状态，膜层本身由许多小晶粒构成，其表面粗糙度与晶粒尺寸相当。
多数情况下晶粒尺寸为几十至几百纳米，这也就是金属电极表面粗糙度的峰-峰值。
当金属电极的尺寸和间距较大时，电极表面粗糙度对器件性能的影响可以忽略。
但是，随着电化学技术的不断发展，电极表面粗糙度对器件的电流密度、析氢超电势、电容、电子传导率、表面能、等效面积、峰值电场、表面张力和薄膜电阻等参数具有重要的影响。
例如：①电极表面粗糙度越大，那么电极的电流密度越大，电流密度过高会产生不理想后果。
因为大多数电导体的电阻是有限的正值，会以热能的形式消散功率，为了要避免电导体因过热而被熔化或发生燃烧，并且防止绝缘材料遭到损坏，电流密度必须维持在过高值以下。
简述循环伏安法实验技术的应用
简述循环伏安法实验技术的应用循环伏安法实验技术是一种重要的化学实验技术，它在研究化学反应、电化学过程和材料性能等方面有着广泛的应用。
本文将简述循环伏安法实验技术的原理、实验步骤、实验结果和分析以及实验总结等方面，以帮助读者更好地了解该实验技术的应用。
循环伏安法实验技术的原理是基于电池原理的。
在电池中，电流通过电极和电解质，电子从阳极流向阴极，从而使得化学反应得以发生。
而循环伏安法实验技术则是将电池中的化学反应进行逆转，即通过外加电压的方式使得电子从阴极流向阳极，从而使得化学反应得以在电极表面反复进行。
这种方法可以用来研究反应的动力学过程、测定反应速率常数以及研究电极表面上的吸附过程等。
设定测量条件。
需要设定扫描速度、扫描范围、温度和电解质浓度等条件。
这些条件的设定需要根据实验的具体需求进行调整。
选择合适的测试方法。
循环伏安法常用的测试方法有线性扫描伏安法、循环伏安法、阶梯伏安法等。
选择合适的测试方法对于获得准确的实验结果非常重要。
进行测量数据采集。
在实验过程中，需要实时记录电流随电压变化的数据，并确保数据采集的准确性和稳定性。
处理和分析。
对采集到的数据进行处理和分析，包括绘制伏安曲线、计算反应速率常数、分析反应机理等。
通过循环伏安法实验技术，可以获得反应过程中的电流-电压曲线，即伏安曲线。
通过对曲线的分析，可以得出反应动力学参数、电极表面吸附性质等相关信息。
例如，如果曲线中出现明显的氧化还原峰，说明电极表面发生了相应的化学反应；如果峰电流随扫描速度的增加而增加，则说明反应是扩散控制的；如果峰电流随扫描速度的增加而减小，则说明反应是动力学控制的。
还可以通过计算得出反应速率常数，并与已知文献值进行比较，以评估实验结果的准确性。
循环伏安法实验技术在研究化学反应、电化学过程和材料性能等方面有着广泛的应用，是一种非常有效的化学实验技术。
通过对实验结果的分析，可以得出反应动力学参数、电极表面吸附性质等相关信息，为进一步的研究提供可靠的依据。
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。
循环伏安法与线性扫描伏安法
高。但是对于不可逆电极过程，由于电极反应速度慢，在快速扫描时电极反应 的速度跟不上极化速度，伏安曲线将不出现电流峰，应此应选用较慢的电位扫 描速度。
在循环伏安法中，阳极峰电流 iPa，阴极峰电流 iPC，阳极峰电势 EPa，阴极峰 电势 EPC，以及 ipa/ipc ,ΔEp(Epa- Epc)是最为重要的参数。
对于一个可逆过程：ΔEp = EPa - EPC ≈（57~63）/n mV (25℃) 一般情况下, ΔEP 约为 58/n mV (25℃)
(4). 用一定浓度铁氰化钾和亚铁氰化钾溶液，分别记录扫描速度为 5 mV/S、10mV/S、 20mV/S、50mV/S、100mV/S、200mV/S 的循环伏安图并存
盘。在完成每一次扫速的测定后，要轻轻摇动一下电解池，使电极附近溶液恢 复至初始条件。
数据处理：
1. 列表总结 Fe(CN) 3-/4-的测量结果（E ,E ,ΔE , i , i ）。
2. 绘制 Fe(CN) 3-/4-的6 i 和 i 与相应浓度pCa 的pc关系曲p pa线pc；绘制 i 和 i 与相应 υ1/2
6
pc pa
pc pa
的关系曲线。
3.求算 Fe(CN) 3-/4-电极反应的 n 和 E0ˊ。
6
对于符合 Nernst 方程的可逆电极反应，在 25℃时
ip.a / ip.c ≈ 1
正向扫描的峰电流 ip 为： ip = 2.69×105n3/2AD1/2υ1/2C 式中各参数的意义为：
ip：峰电流（安培）； n：电子转移数； A：电极面积（cm2）；D ：扩散系 数（cm2/s） ；υ：V/s；C：浓度（mol·L-1）。从 ip 的表达式看：ip 与 υ1/2 和 C 都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。
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**大学本科实验报告专用纸
课程名称 仪器分析实验 成绩评定 实验项目名称 线性扫描伏安法与循环伏安法实验 指导教师 实验项目编号 实验项目类型 实验地点 学生姓名 学号 学院 系 化学系 专业 实验时间2015年11月13日下午～11月13日下午 温度 ℃湿度
一．实验目的
1.掌握线性扫描伏安法及循环伏安法的原理；
2.掌握微机电化学分析系统的使用及维护。
3.掌握利用线性扫描伏安法进行定量分析及利用循环伏安法判断电极反应过程。
二．实验原理
1. 线性扫描伏安法：
线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压，记录工作电极上的电解电流的方法。
记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。
⑴可逆电极反应的峰电流如下：
c v AD n i p 121351069.2⨯=
式中，n 为电子交换数；A 为电极有效面积；D 为反应物的扩散系数；v 为电位扫描速度；c 为反应物（氧化态）的本体浓度。
当电极的有效面积A 不变时，上式可简化为：c Kv i p 21=
即峰电流与电位扫描速度v 的1/2次方成正比，与反应物的本体浓度成正比。
这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。
⑵可逆电极反应，峰电位与扫描速度无关，nF RT E E p /1.121±= 电极反应为不可逆时，峰电位p E 随扫描速度v 增大而负（或正）移。
2. 循环伏安法：
循环伏安法的原理与线性扫描伏安法相同，只是比线性扫描伏安法多了一个回扫，所以称为循环伏安法。
循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术，也是电化学表征的主要方法。
循环伏安法有两个重要的实验参数，一是峰电流之比，二是峰电位之差。
对于可逆电极反应，峰电流之比pa pc i i /（阴极峰电流pc i 与阳极峰电流pa i 之比）的绝对值约等于1。
峰电位之差p E ∆（阴极峰电位pc E 与阳极峰电位pa E 之差）约为60mV(25℃),即 nF RT E p /22.2=∆。
三．仪器与试剂
1.仪器：电化学分析系统，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，铂电极为辅助电极。
2.试剂：3-100.1⨯mol/L K 3[Fe(CN)6]溶液（含0.1mol/L 的KCl 的支持电解质）。
四．实验内容与步骤
选择仪器使用方法：电位扫描技术—线性扫描伏安法或循环伏安法。
参数设置：线性扫描伏安法—初始电位，0.60V ；终止电位，-0.12V ；扫描速度根据实验需要设定；灵敏度选择10-4A ；滤波参数，50Hz ；放大倍数，1。
循环伏安法—初始电位，0.60V ；终止电位，0.60V ；扫描速度根据实验需要设定；灵敏度选择10-4A ；滤波参数，50Hz ；放大倍数，1。
1.线性扫描伏安法实验：
⑴ 以3-100.1⨯mol/L K 3[Fe(CN)6]溶液为实验溶液。
分别设定扫描速度(V/s)为：
0.02、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50和0.60，记录线性扫描伏安图，将从上面各图中得到的实验记录结果填入表1。
扫描速度为0.30V/s 的伏安图如图2所示。
表1 数据记录
图1 线性扫描伏安图 扫描速度（V/s ）
0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 峰电流
(ip)/A μ 12.71 20.17 28.08 38.94 46.89 53.41 59.01 63.72 峰电位（E p ）/V
0.141 0.139 0.132 0.133 0.132 0.129 0.126 0.123
图2 0.30V/s 线性扫描伏安图 ⑵ 配制系列浓度的K 3[Fe(CN)6]溶液（mol/L ）（含0.1mol/L 的KCl ）：3-100.1⨯、
3-100.2⨯、3-100.4⨯、3-100.6⨯、3-100.8⨯、2-100.1⨯。
固定扫描速度为0.10V/s ，记录各个溶液的线性扫描图。
将各实验结果填入表2中。
表2 数据记录
图3 0.10V/s 线性扫描伏安图 浓度/（mol/L ）
3-100.1⨯
3-100.2⨯ 3-100.4⨯ 3-100.6⨯ 3-100.8⨯ 2-100.1⨯ 峰电流
(ip)/A μ 28.08 55.23 105.1 151.4 194.0 234.3
2.循环伏安法实验：
以3-100.1⨯mol/L K 3[Fe(CN)6]溶液为实验溶液，改变扫描速度，将实验结果填入
表3中。
扫描速度为0.10V/s 的循环伏安图如图5所示。
图4 循环伏安图
表3 数据记录
图5 0.10V/s 循环伏安图 扫描速度（V/s ） 0.02
0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 峰电流之比
（i p /i pa ）/A μ
1.008 1.015 1.013 1.012 1.013 1.022 1.019 1.016 峰电位之差
（p E ∆）/mV 68 68 76 81 86 94 98 96
五．数据处理及结果分析
1.将表1中的峰电流对扫描速度v的2/1次方作图（21v
）得到一条直线，说
i
p
明什么问题？
峰电流与扫描速度v的2/1次方成正比，说明电极电流是扩散控制。
-v）,并根据曲线解释电极过程。
2.将表1中的峰电位对扫描速度作图（E
P
峰电位E P随扫描速度增大而负移，说明电极反应为不可逆过程。
3.将表2中的峰电流对浓度作图（ip-c）将得到一条直线。
试解释之。
在一定的扫描速度下，峰电流与浓度成正比，灵敏度高。
4.表3中的峰电流之比值几乎不随扫描速度的变化而变化。
并且接近于1，为什么？
还原峰电流i pc 与氧化峰电流i pa 之比i pc ／i pa ≈1，可判断此反应为可逆反应。
5.以表3中的峰电位之差值对扫描速度作图（p E ∆-v ），从图上能说明什么问题？ p E ∆远大于60mV ，故判断此反应不可逆。
六．思考题
1.请就图5简述循环伏安法的原理，步骤及各部分曲线的含义。
答：电流电压曲线包括两个分支，前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又重新在电极上氧化，产生氧化波。
因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧化过程的循环，该法称为循环伏安法，其电流—电压曲线称为循环伏安图。
如果电活性物质可逆性差，则氧化波与还原波的高度就不同，对称性也较差。
2.简述可逆电极过程的诊断标准。
答：还原峰电流i pc 与氧化峰电流i pa 之比i pc ／i pa ≈1，氧化峰与还原峰峰电位之
差p E ∆约为60mV （25℃），则电极反应为可逆过程。
3.简述利用线性扫描伏安法进行定量分析的理论依据。
答：可逆电极反应的峰电流如下：c v AD n i p 21212351069.2⨯= 式中，n 为电子交换数；A 为电极有效面积；D 为反应物的扩散系数；v 为电位扫描速度；c 为反应物（氧化态）的本体浓度。
当电极的有效面积A 不变时，上式可简化为：c Kv i p 21=
即峰电流与电位扫描速度v 的1/2次方成正比，与反应物的本体浓度成正比。
这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。