电化学——循环伏安法应用

毕业设计（论文）

课题电化学分析——循环伏安法测电极性质

学院河南工业职业技术学院

专业应用化工技术

班级化工1202

姓名***

学号*********

指导老师***

日期****.**.**

目录

引言

电化学分析法概要

原电池与电解池

能斯特方程

电极的类型

标准电极电位与条件电极电位 循环伏安法简介

实验——循环伏安法测铁氰化钾的电极过程

循环伏安法在其他方面的应用

参考文献

附录——CHI600E电化学分析站的用户手册

引言

循环伏安法(CyclicVoltammetry)是一种常用的电化学分析方法。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。通常利用CHI工作站进行循环伏安法测定电极反应参数。

关键词：电化学、循环伏安法、CHI工作站、电极

电分析化学法概要

一、什么是电化学分析?

定义: 应用电化学的基本原理和实验技术，利用物质的电学或电化学性质来进行分析的方法称之为电化学分析法。通常是使待分析的试样溶液构成一个化学电池（原电池或电解池），通过测量所组成电池的某些物理量（与待测物质有定量关系）来确定物质的量(See Fig.)。

二、电化学分析法的分类

利用物质的电学及电化学性质来进行分析的方法称为电分析化学法：

第一类电分析化学法是通过试液的浓度在某一特定实验条件下与化学电池中某些物理量的关系来进行分析的。

属于这类分析方法的有：电位分析法（电位），电导分析（电阻），库仑分析法（电量），伏安分析法（i—E关系曲线）等。

第二类电分析化学法是以电物理量的突变作为滴定分析中终点的指示，所以又称为电容量分析法。属于这类分析方法的有：电位滴定，电导滴定，电流滴定等。

第三类电分析化学法是将试液中某一个待测组分通过电极反应转化为固相，然后由工作电极上析出物的质量来确定该组分的量。称为电重量分析法（电子做“沉淀剂”），即电解分析法。

按照国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的推荐,电化学分析

法分为以下三类:

第一类,既不涉及双电层,也不涉及电极反应,如电导分析法。第二类,

非法拉第阻抗。

第三类,涉及电极反应。这一类又可以分为: (1)涉及电极反应,施加恒定的激发信号:激发信号电流i=0的有电位法和电位滴定法;激发信号电流i≠0的有库仑滴定、电流滴定、计时电位法和电重量分析法等。(2)涉及电极反应,施加可变的大振幅或小振幅激发信号,如交流示波极谱、单扫描极谱、循环伏安法或方波极谱、脉冲极谱法等。

电分析化学的特点：

－－所使用的仪器较简单、小型、价格较便宜。因测量的参数为电信号，传递方便，易实现自动化和连续化；

－－测定快速、简便；

－－某些新方法的灵敏度高，可作痕量或超痕量分析，选择性也较好；

－－不仅可以作组分含量分析，也可以进行价态、形态分析，还可以作为其他领域科学研究的工具。

原电池与电解池

化学能与电能互相转变的装置称为电池，它是任何一类电

化学分析法中必不可少的装置。每个电池由两支电极和适当的电解质溶液组成，一支电极与它所接触的电解质溶液组成 一个半电池，两个半电池构成一个电池。如图1所示：

电池分为原电池和电解池两类。

原电池将化学能转变为电能，在外电路接通的情况下，反应可以自发地进行并向外电路供给电能。图2为锌——铜原电

池。锌片放入ZnSO 4溶液中，铜片放入CuSO 4溶液中，两电解质溶液之间用烧结玻璃或半渗透膜隔开。当两电极接通

后锌电极上发生氧化反应：e 2Zn n 2+⇔+Z ;

铜电极上发生还原反应:

u e 2u 2C C ⇔++ 。

电池的总反应为：u n u n 22C Z C Z +⇔+++。

Zn 失去2个电子氧化成Zn 2+而进入溶液，锌失去的电子留在锌电极上，通过外电路流到铜电极被溶液中Cu 2+接受，使Cu 2+还原为金属Cu 而沉积在铜电极上。锌电极带负电，铜 电极带正电，锌电极是原电池的负极，铜电极是正极。电流的方向与电子流动的方向相反，电流从电位高的正极流向电位低的负极。

原电池和电解池都属于化学电池，都是进行电化学反应的场所，是实现化学能与电能相互转化的装置。它们的区别可用下表对比表示：

原电池 电解池

电池的化学反应及能量的转化 电池中的化学反应 自发进行,反应中化学自由能降低转化为电能,在外电路接通时会产生电流,他是自发电池将化学能转化为电能的装置。

需要外电路提供电 能才能进行化学反,它是将外电源的电能转化为化学

能,消耗外电源的

电能产生电流的装

置。

电子流动方向 由负极流向正极 由阳极流向阴极

电极名称

电极反应

负极 电子流出的极 氧化反应 正极 电子流入的极 还原反应 阴极 接电源负极 还原反应 阳极 接电源正极 氧化反应

电池的电动势用电位计测量。

铜锌原电池可书写为：-Zn ∣ZnSO4a 1）∣CuSO4（a 2）∣Cu+ a 1、a 2分别表示两电解质溶液的活度。两边的单竖“∣”表示金属和溶液的两相界面，中间的单竖“∣”表示两种浓度或组成不同的电解质界面处存在的电位差，这种电位差称为

液接电位。按规定把电池的负极写在左边，它发生氧化反应；正极写在右边，发生还原反应。该电池的电动势E 等于两电极的电极电位差与液接电位的代数和：

电动势的通式为：

液接电位存在于两种不同离子(浓度相同或不同)或两种离相同而浓度不同的溶液界面上，它是由离子的运动速度不同引起的。

能斯特方程