循环伏安法实验报告

循环伏安法实验报告
实验七、循环伏安法观察Fe(CN)6
3–/4–
及抗坏⾎酸的
电极反应过程
⼀、实验⽬的
1、学习并理解可逆电极反应的发⽣条件。

2、学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理和⽅法。

3、熟悉仪器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
1、溶液中的电解质会离解出阴、阳离⼦，在外电场作⽤下发⽣定向移动产⽣电流使整个回路导通。

在电场的作⽤下，阴、阳离⼦分别向阳极、阴极移动，并在电极表⾯发⽣氧化或还原反应。

如果电极反应的速度⾜够快以致使得当离⼦刚移动到电极表⾯的反应区便⽴刻被反应掉，即电极表⾯总是处于缺少反应物的状态，这时电极表⾯的反应是可逆的，能量损失较⼩。

2、凡是能够测出电流电压关系获得I-U 曲线的⽅法都可成为伏安法。

循环伏安法便是让电压做循环变化同时测出电流的改变的⽅法。

因此对于可逆的电极反应，所获得的曲线具有某种对称性，曲线会出现两个峰，电位差为：
p pa pc 0.056
E E E n
=-≈
其中，E pa 和E pc 分别对应阴极和阳极峰电势。

对应的正向峰电流满⾜Randles-Savcik ⽅程：
53/21/21/22.69*10p i n AD v c =
其中i p 为峰电流（A ），n 为电⼦转移数，A 为电极⾯积（cm 2），D 为扩散系数（cm 2/s ），v 1/2为扫描速度（V/s ），c 为浓度（mol/L ）。

3、对本实验： ()()346
6Fe CN e Fe CN -
-
-+→
该电极反应时可逆的。

⽤循环伏安法测量时，所得曲线会出现最⼤值和最⼩值，⽐较两个峰值所对应的电势之间的差值，若⼤⼩为0.056则说明该反应是可逆的；同时根据Randles-Savcik ⽅程，i p 和v 1/2 和浓度c 都成直线关系，若两个峰电流⽐值接近于1，也可说明该电极反应是可逆的。

因此，本实验中，⽤循环伏安法测出峰电流、峰电位是关键。

三、实验试剂和仪器
1、伏安仪，⼯作电极、辅助电极、参⽐电极，0.5ml 移液管，50ml 容量瓶，烧杯
2、0.50mol/L 氯化钾溶液，0.10mol/L 铁氰化钾空⽩溶液，0.10mol/LH 3PO 4-KH 2PO 4溶液，0.10mol/L 抗坏⾎酸溶液. 四、实验步骤
1、a)移取0.50mol/L 氯化钾溶液20mL 于50mL 烧杯中，插⼊⼯作电极、对电极和参⽐电极，将对应的电极夹夹在电极接线上，设置好如下仪器参数：
初始电位：0.60V; 开关电位1：0.60V; 开关点位2：0.0V 电位增量：0.001V ；扫描次数：1；等待时间：2 电流灵敏度：
10µA 滤波参数：50Hz; 放⼤倍率：1；
b) 以50mV/s 的扫描速度记录氯化钾空⽩溶液的循环伏安曲线并
保存。

c) 向烧杯中加⼊0.10mL0.10mol/L铁氰化钾空⽩溶液，同样以50mV/s的扫描速度记录循环伏安图并保存。

d) 分别再向溶液中加⼊0.1、0.2、0.4mL0.10mol/L铁氰化钾溶液重复c)操作。

e) 分别以5mV/s、10mV/s、20mV/s、50mV/s、100mV/s、200mV/s 的扫描速度记录最后溶液的循环伏安曲线。

抗坏⾎酸溶液的操作步骤与过程和铁氰化钾溶液相同，但电解液换成0.10mol/LH3PO4-KH2PO4溶液，并按下列仪器参数记录。

初始电位：0.0V; 开关电位1：0.0V; 开关点位2：1.0V
电位增量：0.001V；扫描次数：1；等待时间：2
电流灵敏度：10µA 滤波参数：50Hz; 放⼤倍率：1
注：测定抗坏⾎酸溶液时，每次启动扫描前，都要晃动⼀下溶液。

五、实验数据记录
1、不同浓度的铁氰酸根离⼦
图1
加⼊体积/mL
扫描速度：50mV/s X Y1 Y2 0.1 0.2256 5.5438 -0.228 0.2963 -5.2877 -0.4491 0.2 0.2265 10.2631 -0.1578 0.2955 -8.533 0.1122 0.4 0.2273 20.0701 -0.1403 0.2963 -15.5789 2.4561 0.8
0.2249 38.2807 -0.4035 0.2963 -28.6481 6.3508
表格1
2、不同扫描速度同⼀浓度的铁氰酸根离⼦
图2
扫描速度v/(mV/s)
加⼊体积0.80mL X Y1 Y2
5 0.2265 12.4651 -1.0964 0.2963 -9.166
6 3.0263 10 0.2275 17.5438 -1.2456 0.2955 -13.587
7 3.3596 20 0.2265 24.2105 -1.6842 0.2955 -19.5263 3.921 50 0.2257 37.1526 -1.5842 0.2987 -29.9105 3.921 100 0.2232 49.6807 -2.2052 0.3004 -40.3614 6.4157 200
0.2184 63.7814 -1.0526 0.3036 -51.1578 7.7894
表格2
3、不同浓度的抗坏⾎酸
图3
加⼊体积/mL
扫描速度mV/s X
Y1 Y2
0.1 0.3627 -4.9263 -1.2736 0.2 0.3694 -8.4912 -1.24105 0.4 0.3815 -15.4315 -1.4105 0.6 0.4069 -27.8508 -1.3859
表格3
4、不同扫描速度同⼀浓度的抗坏⾎酸
图4
扫描速度v/(mV/s)
加⼊体积mL X Y1 Y2 5 0.3694 -10.2666 -0.8684 10 0.3922 -13.6807 -0.9087 20 0.4019 -18.3508 -1.0877 50 0.4404 -26.6842 -1.5187 100 0.4618 -34.6491 -1.6666 200 0.4832 -45.5087 -1.5842
表格4
其中X 表⽰横坐标电势E （V ），Y 表⽰纵坐标电流I （µA ），表格所⽰分别对应于峰电势E p 和峰电流I p 。

六、数据处理1、验证铁氰酸根离⼦电极反应的可逆性
（1）不同体积的铁氰酸根离⼦加⼊烧杯中后所引起的总体积的变化忽略不计，认为电解质溶液总体积维持恒定，为V
0=20.00mL ，则加
⼊铁氰酸根离⼦后浓度变为o x x o
c V c V =；
（2）峰电流I p 的计算：12
p I Y Y =-
峰电势E p 的计算：E p =X
（3）根据以上公式可得不同浓度铁氰酸根离⼦在同⼀扫描速度情况下表格1的计算结果：（a ）
浓度c/(mol/L)
扫描速度：50mV/s
ΔEp/V
Ipa/Ipc
峰电势/V 峰电流/µA Epa Epc Ipa Ipc 0.0005 0.2963 0.2256 4.8386
5.7718 0.0707 0.838317
0.001 0.2955 0.2265 8.6452 10.4209 0.069 0.829602 0.002
0.2963 0.2273
18.035 20.2104 0.069
0.892362
0.004 0.2963 0.2249 34.9989 38.6842 0.0714 0.904734
（b ）峰电流Ip 与浓度c 的关系如下：
I p (µA )
concentrtion (mmol/L)
由以上表格中的数据计算可得，结果不太理想，与理论值差别较⼤（0.056和1.0），但考虑到数据的采集和仪器本⾝的原因，在误差允许的范围内，可以认为铁氰酸根离⼦的电极反应是近似可逆的；由上述曲线可知Ip 与c 的关系满⾜Randles-Savcik ⽅程。

2、同⼀浓度不同扫描速度下铁氰酸根离⼦的电极反应类似于上⼀步的处理过程，由表格2可得如下结论：（1）原始数据处理如下
扫描速度
v/(mV/s)
浓度0.004mol/L
ΔEp/V
Ipa/Ipc
峰电势/V 峰电流/µA Epa Epc Ipa Ipc
5 0.2963 0.2265 12.1929 13.5615 0.0698 0.899082 10 0.2955 0.2275 16.9473 18.7894 0.068 0.901961 20 0.2955 0.2265 23.4473 25.8947 0.069 0.90548
6 50 0.298
7 0.2257 33.7315 38.7368
0.073 0.870787
100
0.3004 0.2232 46.7771 51.8859 0.0772 0.901538
200 0.3036 0.2184 58.9472 69.843 0.0852 0.843996
由计算结果可知当扫描速度达到200mV/s 时，Ipa/Ipc 及ΔEp 与理论值偏差较⼤，可能是扫描速度过快，远超出了离⼦的响应速度。

（2）作峰电流Ip 与扫描速度平⽅根v 1/2曲线，如下
I p a (µA )
v1/2 (mV/s)1/2
由上述曲线可知Ip 与v 的关系也近似满⾜Randles-Savcik ⽅程，但是Ipa 偏差稍微⼤⼀些。

3、不同浓度抗坏⾎酸在同⼀扫描速度下的电极反应
（1）由图3可知，每次扫描时只出现⼀个峰，因此抗坏⾎酸在此条件下的电极反应是不可逆的。

（2）按照表格1的处理⽅法，由表格3得
浓度c/(mol/L)
扫描速度：50mV/s 峰电势Ep/V 峰电流Ip/µA 0.0005 0.3627 3.6527 0.001 0.3694 7.25015 0.002
0.3815
14.021
0.004 0.4069 26.4649
（3）作Ip-c 曲线，如下
I p (µA )
c (mol/L)
Ip 与c 的关系满⾜Randles-Savcik ⽅程。

4、同⼀浓度抗坏⾎酸在不同扫描速度下的电极反应
（1）由图4可知，每次扫描时只出现⼀个峰，因此在该条件下抗坏⾎酸的电极反应是不可逆的。

（2）类似于表格1的处理⽅法，由表格4 可得
扫描速度v/(mV/s) 浓度c=0.004mol/L 峰电势Ep/V 峰电流Ip/µA 5 0.3694 9.3982 10 0.3922 12.772 20 0.4019 17.2631 50 0.4404 25.1655 100 0.4618 32.9825 200
0.4832 43.9245
（3）作Ip-v 1/2曲线，如下
I p (µA )
v1/2 (mV/s)1/2
Ip 与v 的关系也满⾜Randles-Savcik ⽅程。

七、讨论
1、由于读取图像数据本⾝的原因，使得在验证铁氰酸根离⼦电极反应的可逆性时误差较⼤。

虽然在验证ΔEp 和Ipa/Ipc 时与理论值相差较⼤，但是每⼀个ΔEp 和Ipa/Ipc 都很接近，
2、在测量抗坏⾎酸的电极反应数据时，每次测量前都应该将溶液摇匀，因为电极表⾯会吸附抗坏⾎酸分⼦（有机物，该过程的发⽣与电极表⾯的组成有关）。

3、虽然在验证ΔEp 和Ipa/Ipc 时与理论值相差较⼤，但是每⼀个ΔEp 和Ipa/Ipc 都很接近，说明实验存在⼀定的系统误差。

4、由两个电极反应可知，可逆的电极反应峰电流Ip 满⾜Randles-Savcik ⽅程，然⽽根据抗坏⾎酸的实验结果可以看出，即便电极反应不可逆，峰电流Ip 也有可能满⾜Randles-Savcik ⽅程。