伏安分析法实验共26页文档
第5章伏安分析法
二、电解池的伏安行为
当外加电压达到Ｃd2+的电解 还原电压时，电解池内会发生 氧化还原反应。
阴极：Cd2+ + 2e Cd
阳极：
2OH- －2e
H2O + 1/2 O2
U外 ∝ i
U外- Ud= iR
(Cd2+)
二、电解池的伏安行为
浓差极化：由于电解过程中电极表面离子浓度与 溶液本体浓度不同而使电极电位偏离平衡电位的 现象。
，当外加电压未达分解电压时 所观察到的微小电流。
产生原因： a.由于溶液中存在微量易在滴 汞电极上还原的杂质所致． b.电容电流（由于对滴汞电极 和待测液的界面双电层充电形 成的，故又称充电电流） 消除方法：
0.0120 39.55.00
99.0 (25.0 5.00) 25.039.5
0.00120mol / L
§5-４ 定性分析依据
半波电位(E1/2)： 是当电流等于平均 极限扩散电流的一 半时对应的电位。 它不随被还原离子 的浓度不同而改变 ，故用半波电位来 作为定性分析的依 据。
§5-5干扰电流及其消除方法 1.残余电流：在极谱分析时
（４）电解液组成的影响
§5-３极谱定量分析方法
1.极谱定量方法一般有3种：
（1）直接比较法：在相同实验条件下，分别
测浓度为Cs的标准液及未知液的极谱波的波
高hs及hx。
Cx
hx hs
cs
从而求出未知液的浓度
同一条件指两个溶液的底液组成、温度、
毛细管、汞柱高度等保持一致。
（2）标准曲线法：配制一系列含有不同浓度的待测离 子的标准溶液，在相同的实验条件下作各个溶液的 极谱波，求出各溶液的扩散电流
伏安法测电阻实验报告
科学探究的主要步骤※一、提出问题※二、猜想与假设※三、设计实验（一）实验原理（二）实验装置图（三）实验器材和规格（三）实验步骤（四）记录数据和现象的表格四、进行试验※五、分析与论证※六、评估七、交流与合作※最后：总结实验注意事项第一方面：电学主要实验滑动变阻器复习提纲1、原理——通过改变接入电路中电阻丝的长度，来改变电路中的电阻，从而改变电路中的电流。
2、构造和铭牌意义——200Ω：滑动变阻器的最大阻值1.5A：滑动变阻器允许通过的最大电流3、结构示意图和电路符号4、变阻特点——能够连续改变接入电路中的电阻值。
5、接线方法——6、使用方法——与被调节电路（用电器）串联7、作用——1、保护电路2、改变所在电路中的电压分配或电流大小8、注意事项——电流不能超过允许通过的最大电流值9、在日常生活中的应用——可调亮度的电灯、可调热度的电锅、收音机的音量调节旋钮？……实验题目：导体的电阻一定时，通过导体的电流和导体两端电压的关系（研究欧姆定律实验新教材方案）一、提出问题：通过前面的学习，同学们已经定性的知道：加在导体两端的电压越高，通过导体的电流就会越大；导体的电阻越大，通过导体的电流越小。
现在我们共同来探究：如果知道了一个导体的电阻值和它两端的电压值，能不能计算出通过它的电流呢？即通过导体的电流与导体两端的电压和导体的电阻有什么定量关系？二、猜想与假设：1、电阻不变，电压越大，电流越。
（填“大”或“小”）2、电压不变，电阻越大，电流越。
（填“大”或“小”）3、电流用I表示，电压用U 表示，电阻用R表示，则三者之间可能会有什么关系？三、设计实验:一）实验器材：干电池 3 节，10 Ω和 5 Ω电阻各一个，电压表、电流表，滑动变阻器、开关各一只，导线若干。
二）实验电路图：1、从研究电流与电压的关系时，能否能否保证电压成整数倍的变化，鉴别一下甲和乙的优劣？2、乙图重点：研究的是定值电阻这部分电路，而非整个电路。
伏安分析法
温度、离子强度等因素及毛细管的影响
1 21
id KnD2m 3t 6c
影响扩散电流常数的因素：离子淌度、离子 强度、溶液黏度、介电常数、温度等。保证 待测溶液的各种条件恒定不变，控制温度。 影响毛细管常数的因素：毛细管内径，汞柱 高度。使汞柱高度维持恒定。
4、直流极谱波方程式
极谱波方程式：用于描述极谱波上任意时刻电 流、极限扩散电流与电极电位之间的关系。
三、方波极谱法
方波极谱法：为解决充电电流干扰，提高测 定灵敏度而发展起来的一种快速极谱法。
将叠加的交流正弦波 改为方波，使用特殊 的时间开关，利用充 电电流随时间很快衰 减的特性，在方波改 变方向前一瞬间记录 通过电解池交流极化 电流信号。 记录的
法拉第电流
峰电流与峰电位
电极面积
1
峰电流: i p 1.4107 n2Es D2 Ac
简单金属离子：Mn+ +ne +Hg = M（Hg）
极谱波方程式：EDME
E1/ 2
0.0591 lg n
id
i
i
半波电位 定性分析的依据
E DME
E1/ 2
0.0591 lg
n
id
i i
还原波+，氧化波得以E到D一ME～直l线g i，d i其i 作斜率图：
lg id i
i
一、直流极谱法
以滴汞电极为极化电极（工 作电极），饱和甘汞电极为 去极化电极（参比电极）进 行特殊的电解反应，根据电 流-电位曲线对被测物质进 行定量分析。
特殊性：使用了一支极化电 极和一支去极化电极；在溶 液静止的情况下进行的非完 全的电解过程。
极化电极和去极化电极
伏安分析法
电解条件的特殊性表现在：a. 极谱分析是溶液 保持静止的条件下进行电解的，并且使用了大量的 电解质；b. 极谱分析是在逐渐增加外加电压的条件 下进行的，测量的是电解过程中i—U关系曲线，由 此得到分析结果。
二、极谱波的形成过程
以电解CdCl2稀溶液为例，其浓度为5×10-4mol/L。在试 液中加入大量KCl如0.1mol/L，称之为支持电解质，通N2除去 溶液中的溶解氧，调节汞柱高度是汞滴以2~3d/10s的速度滴 下。
极谱分析的基本原理
把一切基于研究电解过程中i—U关系曲线特性 而建立起来的电化学分析方法统称为伏安法。以滴 汞电极(DME)做工作电极的伏安法称之为极谱法。
一、极谱分析的基本装置（如图5-1所示）
极谱分析是一种在特殊条件下进行的电解过程 。特殊性表现在两个方面：
1．电极的特殊性
滴汞电极:面积很小，电解时i/S很大，易产生 浓差极化现象，是一个完全的极化电极；参比电极( 如,SCE):面积很大, 电解时i/S很小，不产生浓差极 化现象，是一个完全的非极化电极，电极电位稳定 不变。
h=K.Cx
第三节 半波电位---极谱定性分析的原 理
一、极谱波方程式
极谱波方程式实际上就将i与Ede之间的关系式用一个数
学式子表示出来，这个式子就是极谱波方程式。可以有理论
上推导出。
半波电位---极谱定性分析的原理
一、极谱波方程式
1．简单金属离子的极谱波方程式
对还原波
Ede = E1/2 + 0.059/n·lg ((id)c-ic)/ic E1/2= E°+ 0.059/n·lgγ A kB /γ BkA
散电流，用id表示 。id正比于溶液中
电学实验2伏安法测电阻分析
．． ． v Rx 1 v2
Rx
(U 2 U1) U1
r1
．．
电阻测量的其他方法：替代法测量电阻
（1）原理
利用伏安法测电阻，无论电流表内接还是电流表
外接都会对测量造成误差，而利用比较法测电阻可避
免这些误差．实验时先连入某待测电阻，记下电路中
电表的读数，然后把待测电阻换成电阻箱，调整电阻
箱，使电路中电表的读数与原来一样，这时电阻箱的
G、蓄电池（电动势为6V）
H、电键、导线
为了较准确测量Rx的阻值，保证器材的安全，以便操作方便，电 压表、电流表应选择__A_1 _，_V_1__，并画出实验电路图。
3.伏安法测电阻之发散思维
（1）“安安法”
条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用。
． Rx
A1
．． ．． A2
Rx
I2RA2 I1 I2
这需要用 电压表 和 电流表 去测量，测出
后再根据
U
R=
计算出来。
I
由于电压表也叫伏特表， 电流表也叫安培表，所以这 种用电压表、电流表测电阻 的方法叫“伏安法”测电阻。
目的：学习用伏安法测量电阻器的电阻值 原理：R=U/I 器材：
电源、开关、待测电阻、电流表、
电压表、滑动变阻器、导线
实验电路图
V
A
V A
实验步骤：
1、根据测量原理，设计电路图， 连接电路。
按电路图连接电路：
注意：开关要处于 滑片P移动至阻值 压表、电流表
状态，且在实验前要将 ，选择合适的 ，电 接线柱要接正确。
伏安法测电阻实物图连接：
2、闭合开关，调节滑动变阻器， 使电流为 某一适当值，从电压表 和电流表上分别读出U、I的值，把 实验数据记录在表格中。
伏安法测电阻的实验报告
伏安法测电阻的实验报告大家好，今天咱们来聊聊伏安法测电阻这个实验，真是个妙趣横生的事儿，听起来有点拗口，但其实就是利用电压和电流之间的关系来搞定电阻，简单得很！一开始，咱们准备一些实验器材，像电源、安培计、伏特计和被测电阻，少不了导线啦，没它可真不行。
说实话，看到那些闪闪发光的仪器，我心里就乐开了花，科学就是这么有趣！实验一开始，大家纷纷忙碌起来，像小蜜蜂似的。
首先得把电源给接上，然后把伏特计和安培计也连上。
说到这里，大家可得注意，接错了可就麻烦了，电流可不是好惹的！不过，咱们这帮小伙伴都挺聪明的，几番试探之后，终于把一切都搞定。
哎，心里那叫一个美，真想给自己竖个大拇指！然后，咱们开始调电压，慢慢地把电压从零调到某个值，看着伏特计的指针一点点上升，心里那个激动啊，真是如同看着一场精彩的比赛，谁也不想错过任何精彩瞬间。
与此同时，安培计的指针也跟着跳动，这真是双管齐下，一时间，电压和电流的变化让我觉得自己像个小科学家，正站在实验室的中心，掌控着一切。
每当我调整电压，安培计上的读数也随着变化，简直像在看一场华丽的舞蹈，电流和电压在这场舞会上交相辉映。
心想，这电阻到底是个什么东西呢？像个调皮的小家伙，总在这里捣蛋，真让人摸不着头脑。
不过，没关系，咱们有公式呀，哦对了，电阻等于电压除以电流，简单又实用，真是科学的神奇之处。
逐渐地，我开始记录下每一个电压下对应的电流，眼看着纸上密密麻麻的数字，心里那种成就感真是没得说。
实验就像是在种树，越是细心，越能收获丰硕的果实。
实验的气氛也越来越好，大家围在一起讨论，分享着各自的发现，仿佛整个实验室都充满了知识的香气，让人忍不住想多待一会儿。
实验中也不是一帆风顺。
偶尔会出现一些小插曲，比如电流突然飙升，大家顿时一阵慌张，电线就像个不听话的小孩，发出“嘭”的一声响，吓得我差点跳起来。
不过，经过大家的共同努力，最终还是平安无事，真是有惊无险，嘿嘿，咱们可不能被这些小麻烦吓到，科学探索就是这样，总是充满挑战。
伏安分析法voltammetry
伏安法是以测定电解过程中电流-电压曲线（伏安曲
线）为基础的一大类电化学分析方法。它是一类应用广泛而
重要的电化学分析方法。极谱分析属于伏安法，它以滴汞电 极为工作电极，也称极谱法。
极谱分析的依据
极谱分析是应用浓差极化现象来测量
溶液中待测离子的浓度的。
在电流密度较大，不搅拌或搅拌不充 分的条件下，由于电解反应电极表面周围 的离子浓度迅速降低，溶液本体中离子来 不及扩散到电极表面进行补充，而会至使
电极表面附近离子浓度降低。
极谱分析的装置图
由于电极附近待测离子浓度的降低而使电极电位偏离原 来的平衡电位的现象称为极化现象。这种由于电解时在电极 表面的浓度差异而引起的极化现象称为浓差极化。 当外加电压较大时，电极表面周围的待测离子浓度会降 为零。此时电流不会随外加电压的变化而变化，而完全由待 测离子从溶液本体向电极表面的扩散速度决定，并达到一个
向电极表面扩散以是电解反应继续进行。这种Pd2+不断扩
散，不断电解而形成电流称为扩散电流。这时在溶液本体 与电极表面之间形成一扩散层。
设扩散层内电极表面上Pd2+浓度 为C0 ，扩散层外与
溶液本体中Pd2+浓度 相同为C。则浓度梯度为：
C C C0 ( )电极表面 x 又因为：i扩散 扩散速度 （ 所以 i扩散 k (C C 0 ) C C0
阴极：Pd 2 2e Hg Pd ( Hg) 阳极： 2 Hg 2Cl Hg 2 Cl 2 2e
3）V外继续增大 ,电解反应加剧，电解池中电流也加剧，如
图中②~④段。此时，滴汞电极汞滴周围的Pd2+浓度 迅速 下降而低与溶液本体中的Pd2+浓度 ，于是溶液本体中Pd2+
伏安分析法
第五章 伏安分析法
Voltammetric analysis 第二节
扩散电流方程----极谱定 量分析基础 Diffusion equations
一、尤考维奇方程式 Ilkovic equations 二、讨论
Discussion
三、极谱的定量分析方法
Quantity analysis
第二节 扩散电流方程式–––极谱定量基础
经典极谱测 小于0.01 mM有困难！
id 607nD m t c
1/ 2 2 / 3 1/ 6
607 1 (1.0 10-5 )1/2 12/3 41/6 0.1 0.24 mA
新极谱
id 607nD m t c
1/ 2 2 / 3 1/ 6
其中id (mA)，t（s） 滴汞周期，m(mg / s) 汞流速， C（mM），D（cm2 / s） 扩散系数
汞流速度与汞柱压力呈 正比， 滴汞周期与汞柱压力呈 反比， m 2 / 3t 1/ 6 p 2 / 3 p 1/ 6 , p h, m 2 / 3t 1 / 6 h mp t 1/p p
即 m 2 / 3t 1 / 6
id h
其中id (mA)，t（s） 滴汞周期，m(mg / s) 汞流速， C（mM），D（cm2 / s） 扩散系数
二、 迁移电流
加惰性电解质，其浓度 比被测组分大50－100倍
三、 极大现象
产生原因： 1）电流密度j不匀，电位分布不匀。汞滴上端毛细管屏蔽效应，j 比下部小 2）电位分布不匀，表面张力不匀。σ大的地方收缩，σ小的地方 扩张，引起切向运动 3）切向运动引起溶液搅动，i↑ 4）极大以后，完全浓度极化，降至id值 消除方法：加表面活性剂，如动物胶，σ大的多吸附：σ下降更多 ，达到σ的均匀分布，消除切间运动，但表面活性剂不能太大，＜ 0.02％，否则粘度↑，D↓, id↓,甚至极谱变形。
伏安法测小灯泡电功率、电阻实验报告
伏安法测小灯泡电功率、电阻实验报告
实验目的，通过伏安法测量小灯泡的电功率和电阻，掌握伏安法测量电功率和电阻的方法，并了解小灯泡的电特性。
实验仪器，数字万用表、电源、小灯泡、导线等。
实验步骤：
1. 将小灯泡连接到电源上，保证电路连接正确。
2. 使用数字万用表测量电源的电压，记录下数值。
3. 将数字万用表调至电流测量档位，将其串联在小灯泡的电路中，记录下电流数值。
4. 根据测得的电压和电流，计算小灯泡的电功率和电阻。
实验结果：
1. 电源电压，220V。
2. 小灯泡电流，0.5A。
3. 计算得到小灯泡的电功率为，P = V I = 220V 0.5A = 110W。
4. 计算得到小灯泡的电阻为，R = V / I = 220V / 0.5A = 440Ω。
实验结论，通过伏安法测量，得到小灯泡的电功率为110W，电阻为440Ω。
实验结果与理论值基本吻合，证明了伏安法测量电功率和电阻的可靠性。
同时也了解了小灯泡的电特性，为日常生活中的电器使用提供了一定的参考依据。
存在问题及改进措施，实验过程中未发现明显的问题，但在测量过程中应注意安全，避免触电和短路等情况的发生。
在实验中应严格按照操作步骤进行，确保实验数据的准确性。
实验人员签名，___________ 日期，___________。
化学实验报告——循环伏安法测乙酰氨基酚
循环伏安法测乙酰氨基酚一、实验目的和要求1、采用循环伏安法测定小儿泰诺糖浆中对乙酰氨基酚的浓度；2、学习用循环伏安法研究乙酰氨基酚的电化学氧化机理的方法。
二、实验内容和原理伏安分析法是一定电位下测量系统的电流，得到伏安特性曲线，根据伏安特性曲线进行定性定量分析的一种电化学方法。
物质的结构不同导致其氧化还原电位不同，这是伏安分析法定性分析的基础。
流过电极的电子数=参与反应的离子数×离子价态，i ∝反应物的数量∝反应物的浓度，这是伏安分析法定量分析的依据。
时间-电压曲线：电流-电压曲线：电极上所加电位称为激励信号。
如果电位激励信号为线性，则所获得的电流响应与电位的关系称为线性伏安扫描；如果电位激励信号是三角波信号，所获得的电流响应与电位激励信号的关系称为循环伏安扫描。
循环扫描时，扫描电压呈等腰三角形。
如果前半部扫描(电压上升部分)为化合物在电极上被氧化的阳极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被还原的阴极过程。
因此．一次三角波扫描完成一个氧化过程和还原过程的循环，故称为循环伏安法。
两个峰电流值及其比值，两个峰电位值及其差值是循环伏安法中最为重要的参数。
阳极扫描峰值电位E ap与阴极扫描峰值电位E cp的差值(△E p)可以用来检测电极反应是否是能斯特反应。
当一个电极反应的△E p接近2.3RT/nF(59/n mV，25℃)，以及氧化峰与还原峰电流值之比接近于1时，可以判断该反应为能斯特反应，即可逆反应。
当电极反应不可逆时，氧化峰与还原峰的峰值电位差值相距较大，相距越大，不可逆程度越大。
氧化峰电流与还原峰电流值的差距也反映了电极反应的可逆性。
一般地，利用不可逆波来获取电化学动力学的一些参数，如电子传递系数以及电极反应速率常数k ，电化学反应中的质子参与情况以及电催化问题等。
循环伏安法可以测定电活性物质的浓度，能够提供较多的有关电活性物质与电极表面发生电子转移的信息量，是研究电化学反应机理的最佳手段之一。
伏安分析法实验1
循环伏安分析法
• 1) 循环伏安法概述： • 循环伏安法（Cyclic Voltammetry）的基本原理是： 根据研究体系的性质，选择电位扫描范围和扫描 速率，从选定的起始电位开始扫描后，研究电极 的电位按指定的方向和速率随时间线性变化，完 成所确定的电位扫描范围到达终止电位后，会自 动以同样的扫描速率返回到起始电位。在电位进 行扫描的同时，同步测量研究电极的电流响应， 所获得的电流－电位曲线称为循环伏安曲线或循 环伏安扫描图。
体系
Scan Rate (V/
ipc
ipa
ipc/ipa
5 mM 0.02 K3Fe(C N)6 0.05
0.1 0.2
【数据处理】
• 在软件Origin下绘制K3Fe(CN)6的氧化还 原峰电流ipc、ipa 分别与扫速的平方根 υ1/2 的关系曲线。 从以上数据及曲线得出K3Fe(CN)6在电极 上的可能反应机理。
起始电位为0.8V，然后沿负的 电位扫描，当电位至K3Fe(CN)6 可还原时将产生阴极电流。此 时的电极反应为：
4 Fe(CN )3 e Fe ( CN ) 6 6
随着电位变负，阴极电流迅速增加，直至电极表面的K3Fe(CN)6浓 度趋于零，电流达到最高峰。然后电流迅速衰减，当电电极电位 向正向变化至K4Fe(CN)6的析出电位时，聚集在电极表面附近的还 原产物K4Fe(CN)6被氧化，电极反应为：
•抛光后先洗去表面污物，再移入超声水浴中清洗，每次 23分钟，重复三次，直至清洗干净。最后用乙醇、稀酸 和水彻底洗涤，得到一个平滑光洁的、新鲜的电极表面。 将处理好的碳电极放入含一定浓度的K3Fe(CN)6和支持 电解质的水溶液中，观察其伏安曲线。如得到的曲线阴、 阳极峰对称，两峰的电流值相等，峰峰电位差Ep约为 70 mV（理论值约60 mV），即说明电极表面已处理好， 否则需重新抛光，直到达到要求。
定量分析-伏安分析法
3．以滴汞电极为阴极、饱和甘汞电极为阳极，在电解液保持静止的状态 下进行电解；电解时，外加电压从小到大逐渐增大，并同时记下不同电压 时相应的电解电流值；
4．以所测得的电流（用I表示）为纵坐标，电压（用V表示）为横坐标作 图，得到I～V曲线，此曲线叫做极谱波或叫极谱图。最后利用此图就可求 出溶液中的铅的浓度。
二、影响扩散电流的因素
a) 溶液组份的影响
组份不同，溶液粘度不同，因而扩散系数D不同。分析时应使标准液 与待测液组份基本一致——底液。
b) 毛细管特性的影响
汞滴流速 m、滴汞周期 t 是毛细管的特性，将影响平均扩散电流大小
。通常将m2/3t1/6称为毛id 细管特性常数。设汞柱高度为h，因m=k’h， t=k’’/h, 则毛细管特性常数m2/3t1/6=kh1/2，即id 与h1/2成正比。
e
U外 i
W
高阻抗回路：
w 无 电 流 ， 因
而无极化
R
C
极谱电流i容易从回路WC中测得，滴汞工作电极电位可由高阻抗回路WR 中获得(因阻抗高，因而此回路无明显电流通过)，即可通过此监测回路显示。
伏安法的工作电极
汞电极：挤压式悬汞电极、挂吊式悬汞电极、汞膜电极（以石墨电极 为基质，在其表面上镀上一层汞得到）。
外加电压继续增加，Cs 趋近于0， (C-Cs)趋近于C 时，这时电流的大 小完全受溶液浓度C来控制─极限 电流id，
这就是极谱分析的定量分析基础。
注意：式中极限电流 id 包括残余电流 iR (不由扩散产 生），故极限电流减去残余电流即为极限扩散电流。 当电流等于极限扩散电流的一半时所对应的电位称之 为半波电位(E1/2)，由于不同物质其半波电位不同，因 此半波电位可作为极谱定性分析的依据。
伏安分析法实验
Current/A
14 12 10
i/μ A
i/
8 6 4 2 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
X E/V title axis
1 mM K3Fe(CN)6在金电极上的DPV图
•
维生素C又名抗坏血酸,是动物维持、生 长、繁殖和保证健康所必需的营养物质, 是生命中不可或缺的物质。它在电极上 能直接发生氧化还原反应。
Init E (V)
-0.2 V
Sampling Width(s)
0.0167
Final E (V)
0.8 V
Pulse Period (s) 0.2
Incr E (V)
0.004 V
Quiet Time (s)
2
Pulse Width (s) 0.05s
Sensitivity (A/V) 2e−6
•
Init E (V)
0.7 V
Segment
2
High E (V) 0.7 V
Low E (V) 0 V Scan Rate (V/s) 0.02 V
Smpl 0.001 Interval (V) Quiet Time 2 (s) Sensitivity (A/V) 5e−5
【数据处理】
• 从以上所作的循环伏安图上分别求出Epc, Epa, ΔEp,ipc,ipa,ipc/ipa等参数，并列表表示。
实验二 差示脉冲伏安法测定维生素 C的含量
【目的】 • 了解差示脉冲伏安法的原理，掌握实验 技术，并应用其测定维生素C片剂中Vc 的含量。
差示脉冲伏安法原理
• 微分脉冲伏安法是一种高灵敏度的伏安 分析技术。它是在缓慢变化的直流电压 上叠加一个恒振幅的脉冲电压，脉冲振 幅（高度）一般十～几十毫伏，持续时 间40～60毫秒，记录脉冲结束前一瞬间 的电流与加脉冲前一瞬间的电流之差。