讲义实验七循环伏安法
讲义实验七循环伏安法
循环伏安法【实验目的】学习固体电极表面的处理方法；掌握循环伏安仪的原理和测量技术；了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响【实验原理】循环伏安法(CV )是最重要的电分析化学研究方法之一。
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应用。
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(监测工作电极的电势)，一支辅助(对)电极。
外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。
对可逆电极过程(电荷交换速度很快)，如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63「在电极上还原，反应为：Fe(CN)63_ + e-—Fe(CN)/_得到一个还原电流峰。
当电压正向扫描时，Fe(CN) 64「在电极上氧化，反应为：4- - 3 —Fe(CN)6 —e —Fe(CN)6得到一个氧化电流峰。
所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图7-2所示的氧化还原曲线。
扫描电压呈等腰三角形，如图7-1所示。
如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此•一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。
如图7-2所示，电流随电势的变化而逐渐加大，反应速率逐渐加快，当电极表面的反应物的浓度由于浓度极化的影响，来不及供应时，电极表面反应物的浓度变为零，出现峰值电流I p，所以就整个循环伏安图而言，循环一周有阴极峰值电流I p,c和阳极峰值电流I p,a，与峰值电流相对应的电势称为峰值电势。
E p,c和E p,a分别是阴极峰值电势和阳极峰值电势，它们是循环伏安法中最重要的参数。
对于符合Nernst方程的可逆电极反应，i p.a/i p.c~ 1在25C时.\E p二E pa - E pc二一一(mv)表明此时的峰值电势差在n57-63 、、---------- (mv)之间。
循环伏安法
❖ 循环伏安法不仅可鉴定
电化学反应产物，还可鉴 定电化学—化学偶联反应 过程的产物。
❖ 例如，对—氨基苯酚的 电极反应过程，其循环伏
安图如图。开始由较负的 电位(图中起始点)沿箭头 方向作阳极扫描，得到一 个阳极峰1，而后作反向 阴极扫描，出现两个阴极 峰2和3，再作阳极扫描时 出现两个阳极峰4和5(图 中虚线表示)。其中峰5与 峰1的位置相同。
图3.1 循环伏安法中电位与时间的关系
❖ 其电流—电压曲线如图
图3.2 循环伏安图
❖ 阳、阴极峰电流之比值(设
)
❖ 严格地说，只有当电极反应产物可溶于溶液时， 上式的比值才为1。如电极产物形成汞齐，则由于 悬汞电极的体积很小，汞中还原形的浓度比溶液 中氧化形的浓度大得多，因而阳极峰电流比阴极 峰电流大。
极反应为
❖ 扫速越慢，阳极峰电流比阴极峰电流降低得更快，峰电流之 比ip,a/ip,c与v的关系如前图， ip,a/ip,c随v增加而增加，最后趋 于 发1生。水这化是反由应于电极还原产物Co(en)32+不稳定，在电极附近
❖ Co(en)32+可在阳极上氧化，而水化产物Co(en)2(OH)22+则不 能，因此，扫速越快，水化反应越来不及进行，生成的水化 物越少， ip,a/ip,c值越接近于1。反之，v越小，水化反应作用 越大，电流比值越小。
❖ 三种不同R1和R 2基的烯类比合物的反应是二聚化 反应的另一例子。其反应通式为
❖ 不同取代基的反应物的伏安图，如下图所示。
烯类化含物循环伏安图
c为
的循环伏安图，无阳极峰，表明二聚化反应很快，
循环伏安法实验课件
2 理解原理
对电化学反应和反应动力 学原理有更深入的理解， 可以更好地从实验数据中 获取有意义的信息。
3 提高能力
可以更加熟练地进行循环 伏安法分析，并将实验结 果与理论联系起来进行深 入研究。
循环伏安法实验课件
介绍循环伏安法的基本原理、仪器设备、实验步骤和数据处理方法，使您更 加熟练地运用循环伏安法进行研究。
基本原理
电化学反应
实验基于电化学反应和反应动力学原理进行分析和研究。
循环伏安法
循环伏安法利用电化学反应的特性形成电流对电位的曲线。
曲线分析
循环伏安曲线是分析结果的重要指标，需要理解和掌握。
实验步骤
1
实验前准备
准备必要的试剂、制备电极、连接电路
参数设置
2
等。
根据实验方案，设置实验参数，如扫描
速率、扫描范围等。
3
实验操作
按照实验方案进行实验，逐步改变电位
数据记录
4
并记录过程数据。
将记录到的数据导入计算机，做进一步 处理，同时绘制循环伏安曲线。
数据处理方法
曲线绘制
将原始数据处理成循环伏安曲线，可视化结果。
仪器设备
工作电极
电极是循环伏安法实验的核心部件，需要选择不同 材料和形式的电极。
参比电极
参比电极是对比工作电极电位的基准，需要用标准Βιβλιοθήκη 电化学电池储备。电位变换器
电位变换器将计算机发出的指令转化为电压形式送 入电极，控制电极电位的变化。
计算机
计算机需要使用专业软件来控制仪器、采集数据、 绘制曲线等。
曲线分析
根据曲线峰位、电流、半峰宽等信息分析电化 学反应的特性和规律。
曲线解释
将曲线形态与电化学反应的物理化学特性联系 起来，解释实验结果。
循环伏安法讲义
铁氰化钾溶液的循环伏安曲线一、实验目的1. 了解循环伏安法的基本原理、特点和应用。
2 . 熟练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. 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 曲线的方法都可称为伏安法。
循环伏安法（Cyclic Voltammetry, 简称CV ）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 0.056E 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：()()3466Fe CN e Fe CN ---+→该电极反应是可逆的。
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v1/2 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。
4. 现代电化学仪器均使用计算机控制仪器和处理数据。
CV测试比较简便，所获信息量大。
循环伏安法_厦大《实验电化学》课件
可逆性概念介绍
关于电极反应的“可逆性”一词的意义与热力学中的不一样。
循环伏安图中，可逆性与电子转移速率相对于质量传递是 否足够快有关。 • 如果反应速率足够快，则界面的O、R浓度符合能斯特公 式。即可以看作可逆，反应物的表面浓度与电极电势的关 系可以用能斯特公式描述。 • 当扫描速度增大时，质量传递加快，电子转移速率与质 量传递相比，不能维持Nernst方程，电极反应从可逆转向 不可逆。
1st cycle 2nd cycle 3rd cycle
Initial potential
Time (seconds)
所用三角波示意图
线性扫描伏安法 √ 循环伏安法 √ 重复循环伏安法 √
从起始电压扫描至某一电压后，再反向回扫至起始电压，构成等腰三角形波形
linear sweep voltammetry (LSV)
重复以上过程，测量2，4，6，8，10mM K3Fe(CN)6 ＋ 0.5 M H2SO4溶 液中的CV数据
可测量一个未知浓度溶液的CV数据
K3Fe(CN)6 溶液循环伏安曲线的测定以及实验数据的分析
测量氧化还原峰电位Epc、Epa 及峰电流Ipc、Ipa； Ep与扫描速度无关等数据，→ 可逆 Ep = Epa – Epc＝ 0.058/n 计算n 以氧化还原峰电流Ipc、Ipa 分别与扫速的平方根ν1/2 作图， 以ip = (2.69 x 105)n3/2 A D1/2 C V1/2 公式由斜率计算扩散系数（ Ip ∝ v1/2） 作不同浓度的峰电流数据作标准曲线（相同扫描速度），可计算未知浓度溶液的 浓度
2
如何理解此呈峰状的电流－电位曲线
无
浓度梯度
减小
循环伏安法PPT课件
内容提要
实验原理 实验内容 仪器及其操作
3
一、实验原理 电化学分析法
电位分析法（E-c）
电分析 化学方法
伏安分析法（i-E） 电解和库仑分析法（Q-c） 电导分析法（R-c）
方法特点及应用
。。。。。。
根据溶液或 其它介质中 物质的电化 学性质及其 变化规律来 进行分析的
方法
4
一、实验原理
12
电化学电池(electrochemical cell）
定义：化学能与电能互相转变的装置。 分类：通常分为产生电能的原电池和消
耗外电源的电解池两类。 组成：电极、电解质溶液和电解池。
13
1. 电极
按用途分：
参比电极(reference electrode)： 保持恒定参考电位
辅助电极(auxilary electrode)： 提供电流
25
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
26
工作电极(working electrode)： 确定被研究界面
14
参比电极
要 求： 具有稳定的电位和在实验期间实
质上不受极化。
常见种类：饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl
电 极、Hg/Hg2SO4电极
饱和甘汞电极
1——Hg 2——Hg2Cl2 3——饱和KCl溶液
15
辅助电极
要 求：不对测量到的数据产生任 何特征性的影响， 相对大的面积
常用电极：铂丝/网/片电极
16
工作电极的要求
不与溶剂或溶液组分进行化学反应 面积相对较小(<0.25 cm2) 表面最好平滑(确定几何特性和传质
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）是一种常用的电化学分析技术，广泛应用于化学、生物、材料科学等领域。
它通过在电极上施加线性变化的电位扫描，测量电流随电位的变化，从而获取有关电化学反应的信息。
一、循环伏安法的原理循环伏安法的基本原理基于电化学中的氧化还原反应。
在实验中，工作电极、参比电极和对电极组成三电极体系。
工作电极是研究的对象，参比电极用于提供稳定的电位参考，对电极则用于完成电流回路。
电位扫描通常从起始电位开始，以一定的扫描速率向一个方向线性增加或减少，到达终止电位后，再反向扫描回到起始电位，从而形成一个循环。
在电位扫描过程中，电活性物质在电极表面发生氧化或还原反应，产生电流。
当电位逐渐增加时，电活性物质被氧化，电流逐渐增大；当电位达到物质的氧化峰电位时，电流达到最大值，随后随着电位的继续增加，电流逐渐减小。
反向扫描时，氧化产物被还原，产生还原电流，出现还原峰。
循环伏安曲线的形状和特征参数（如峰电位、峰电流等）与电活性物质的性质、浓度、电极反应的可逆性等因素密切相关。
二、循环伏安法的实验装置循环伏安法的实验装置主要包括电化学工作站、三电极体系、电解池和电解质溶液。
电化学工作站用于控制电位扫描和测量电流。
三电极体系中的工作电极通常根据研究对象选择，如铂电极、金电极、玻碳电极等；参比电极常见的有饱和甘汞电极、银/氯化银电极等；对电极一般为铂丝或铂片。
电解池用于容纳电解质溶液和电极，通常由玻璃或塑料制成。
电解质溶液的选择要根据研究的体系和目的确定，其浓度和组成会影响实验结果。
三、循环伏安曲线的特征典型的循环伏安曲线包括氧化峰和还原峰。
氧化峰电位和还原峰电位之间的差值（ΔEp）可以反映电极反应的可逆性。
对于可逆反应，ΔEp 较小，一般在 59/n mV（n 为电子转移数）左右；而不可逆反应的ΔEp 较大。
峰电流（Ip）与电活性物质的浓度成正比，通过测量峰电流可以定量分析物质的浓度。
循环伏安法详解PPT课件
实验步骤
• 3．以10mV·s-1的扫描速率分别对20mmol•L-1、10mmol•L-1、5mmol•L-1、 2mmol•L-1、1mmol•L-1的K3Fe(CN)6溶液进行循环伏安扫描，了解Ipc、Ipa、 Δp与浓度的关系。
• 实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复原位，桌面擦拭干净。
实验目的
1．掌握循环伏安法的基本原理和测量技术。 2．通过对体系的循环伏安测量，了解如何根据峰电流、峰电势及峰电势差和扫描
速度之间的函数关系来判断电极反应可逆性，以及求算有关的热力学参数和动力学 参数 。
第1页/共18页
实验原理
• 循环伏安法是指在电极上施加一个线性扫描 电压，以恒定的变化速度扫描，当达到某设 定的终止电位时，再反向回归至某一设定的 起始电位，循环伏安法电位与时间的关系为 （见图a）
第14页/共18页
数据处理
• 从循环伏安图上读出Ipc、Ipa、Δp，作Ipc和Ipc~CO图。 第15页/共18页
注意事项
（1）测定前仔细了解仪器的使用方法。 （2）每一次循环伏安实验前，必须严格按照步骤1中所述，处理电极。
第16页/共18页
思考题
1．在三电极体系中，工作电极、辅助电极和参比电极各起什么作用。 2．按1式，当υ→0时，Ip→0，据此可以认为采用很慢的扫描速度时不出现
第12页/共18页
实验步骤
（3）分别以5mV•s-1、10mV·s-1、20 mV•s-1、50 mV•s-1、80 mV•s-1、100 mV•s-1的扫描速率对5mmol•L-1K3Fe(CN)6＋0.5 mol•L-1KCl体系进行循环伏安实验， 求出Δp、Ipc、Ipa，了解Ipc、Ipa、Δp与扫描速率的关系。
循环伏安法测定铁氰化钾实验讲义
循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程[实验目的]1) 学习固体电极表面的处理方法。
2) 掌握循环伏安仪的使用技术。
3) 了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响。
[实验原理]铁氰化钾离子-亚铁氰化钾离子：])([])([6463CN Fe K CN Fe K ⇔ 氧化还原电对的标准电极电位：V 36.00=ϕ 峰电流方程：循环伏安法在一定扫描速率下，从起始电位（+0.8V ）正向扫描到转折电位（-0.2 V ）期间，溶液中[Fe(CN)6]3- -被还原生成[Fe(CN)6]4-，产生还原电流；当负向扫描从转折电位（-0.2 V ）变到原起始电位（+0.8 V ）期间，在指示电极表面生成的 [Fe(CN)6]4-被氧化生成[Fe(CN)6]3-，产生氧化电流。
53/21/21/2p2.6910i n ACD v =⨯为了使液相传质过程只受扩散控制，应在加入电解质和溶液处于静止下进行电解。
实验前电极表面要处理干净。
在0.10 mol.L -1 NaCl 溶液中[Fe(CN)6]的扩散系数为0.63×10-5 cm.s -1；电子转移速率大，为可逆体系（1.0 mol.L -1 NaCl 溶液中，25℃时，标准反应速率常数为5.2×10-2 cm ·s -1）。
[注意事项和问题]1.实验前电极表面要处理干净。
2. 扫描过程保持溶液静止。
3. 若实验中测得的条件电极电位和与文献值有差异，说明其原因。
i —E曲线循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程[实验步骤]1. 指示电极的预处理铂电极用Al 2O 3粉末（粒径0.05 µm）将电极表面抛光，然后用蒸馏水超声清洗3min.。
2.配制溶液配制2⨯10-2、2⨯10-3 、8⨯10-4、2⨯10-4 mol ·L -1的K 3[Fe(CN)6]溶液。
3. 不同扫描速率K 3[Fe(CN)6]溶液的循环伏安图先对10-3mol·L -1K 3 [Fe(CN)6]溶液（含支持电解质KNO 3浓度为0.50 mol·L -1, 通氮气除氧5min ）以20mV/s 在+0.8至-0.2V 电位范围内扫描循环伏安图。
化工实验--循环伏安法 讲义
◦ 对电极：为工作电极上产生的电流提供回路，常用材质 为Pt，其电极反应不能影响到工作电极；
实验装置：三电极体系
三电极体系的组成（3）
◦ 工作电极：使用前抛光、清洗处理得到干净表面； ◦ 参比电极：饱和甘汞电极使用前应检查电极液接底部是
否有KCl晶体、液接部分液面是否合适 ◦ 对电极：Pt丝对电极表面要保持干净，如有变色或杂质
吸附，应用酒精灯灼烧后置于浓HNO3中浸泡清洗
实验装置：三电极体系
溶液配制：见实验教材 工作电极抛光清洗与测试：在抛光布上放入适量抛光粉，
加水至稀糊状，手握电极偏下部，将电极竖直轻压抛光粉， 小圈抛光数分钟后，用洗瓶中去离子水冲洗，分别置于稀 硝酸、水、乙醇中超声清洗约10s，氮气吹干；将三电极 置于含0.5mL K3Fe(CN)6的10ml 0.1M KCl溶液中循环扫描。 浓度：0，0.25，0.5，1.0，2.0 扫描速率：10，25，50，100， 150，200 mV/s，0.5mL K3Fe(CN)6
CHI软件操作手册（2）
◦ 设置测试参数
起始电位 高电位 低电位 扫描方向 扫描速率 扫描圈数 静置时间 灵敏度
扫描方式
半圈数 扫描前 量程
三电极体系的组成（1）
◦ 三电极体系：工作电极（WE）、参比电极（RE）、对电极（CE）
实验装置：三电极体系
三电极体系的组成（2）
◦ 工作电极：研究对象，常用材质包括玻碳、金、铂、银； 极化电极，电极电位随外加电压变化；
峰电流 电子转移数 扩散系数 扫描速率 电极面积 浓度
ip kc
循环伏安图的数据分析
循环伏安法实验报告
实验七、循环伏安法观察Fe(CN)63–/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 0.056E 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： ()()3466Fe 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。
循环伏安法实验报告
循环伏安法实验报告实验目的1. 了解电化学分析的工作原理、发展过程，掌握用循环伏安法判断电极是否可逆。
2. 学会测定循环伏安曲线3. 掌握循环伏安法的一般操作过程，学会测量峰电流和峰电位。
实验原理循环伏安法(Cyclic Voltammetry)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，可称之为“电化学的谱图”。
循环伏安法除了使用汞电极外，还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。
若溶液中存在氧化态，电极上将发生还原反应；反扫时，电极上生成的还原态将发生氧化反应。
峰电流可表示为ip Kv1/2c即峰电流与被测物质浓度，扫描速率等有关。
如何判断表面电化学反应的可逆性1. 对于可逆体系，氧化峰电流与还原峰电流之比：ipa2. 氧化峰峰电位与还原峰电位差：ipc 1 0.058 pa pc (V) Z3. 当扫速较慢时，峰电位不随扫速的变化而变化判断一个电极是扩散过程还是表面过程：ip V为直线，则为表面过程ip V1/2为直线，则为扩散过程实验仪器：仪器：CHI电化学工作站440；玻碳工作电极，铂丝对电极和Ag-AgCl 电极。
试剂：1.00×10-3mol/L K3Fe(CN)6+0.50mol/LKNO3实验步骤：1．玻碳电极的预处理玻碳电极用Al2O3粉将电极表面抛光，然后用蒸馏水清洗，用超声处理，待用。
2．K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图1）在电解池中放入配制好的K3Fe(CN)6溶液，插入三电极池，玻碳工作电极、大表面的铂丝辅助电极和Ag/AgCl参比电极。
实验7 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程
实验7 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程实验七循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程一、目的要求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．学会使用伏安仪;3．掌握用循环伏安法判断电极反应过程的可逆性。
二、试验原理循环伏安法(CV)是最重要的电分析化学研究方法之一。
由于其设备价廉、操作简便、图谱解析直观，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。
因而一般是电分析化学的首选方法。
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。
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2所示。
该图是在1.0mol/L的KNO3电解质溶液中，6×10-3mol/L 的K3Fe(CN)6在Pt工作电极上反应得到的结果。
起始电位Ei为+0.8V（a点），然后沿负的电位扫描(如箭头所指方向)，当电1位至Fe(CN)63�C可还原时，即析出电位，将产生阴极电流（b点）。
其电极反应为： [Fe(CN)6]3??e?[Fe(CN)6]4?随着电位的变负，阴极电流迅速增加（b-c-d），直至电极表面的Fe(CN)63-浓度趋近零，电流在d点达到最高峰。
然后迅速衰减（d-e-f），这是因为电极表面附近溶液中的Fe(CN)63-几乎全部因电解转变为Fe(CN)64-而耗尽。
当电压开始阳极化扫描时，由于电极电位仍相当的负，扩散至电极表面的Fe(CN)63-仍在不断还原，故仍呈现阴极电流。
当电极电位继续正向变化至Fe(CN)64-的析出电位时，聚集在电极表面附近的还原产物Fe(CN)64-被氧化，其反应为：[Fe(CN)6]4??e?[Fe(CN)6]3?这时产生阳极电流(i-j-k)，阳极电流随着扫描电位正移迅速增加，当电极表面的Fe(CN)64-浓度趋于零时，阳极化电流达到峰值（j点）。
《循环伏安法》课件
04
CATALOGUE
循环伏安法的应用实例
在电池研究中的应用
电池性能评估
01
循环伏安法可以用来评估电池的电化学性能，如容量、能量密
度和功率密度等。
电池老化研究
02
通过循环伏安法可以研究电池的老化过程，了解电池在不同循
环次数下的性能变化。
电池反应机制研究
03
循环伏安法可以用来研究电池的电化学反应机制，深入了解电
05
CATALOGUE
循环伏安法的优缺点
循环伏安法的优点
01
高灵敏度
循环伏安法能够检测到微小的电 化学反应，因此对于痕量物质的 检测具有高灵敏度。
结构简单
02
03
信息丰富
该方法使用的实验装置相对简单 ，操作方便，适合于多种应用场 景。
循环伏安法可以提供关于电化学 反应动力学的信息，如反应速率 常数、扩散系数等。
THANKS
感谢观看
污染的影响。
02
采用适当的支持电解质
选择合适的支持电解质可以提高电化学测量的灵敏度和线性范围。
03
采用适当的扫描速率
适当的扫描速率可以平衡电化学反应的测量时间和精度，提高测量结果
的准确性。
06
CATALOGUE
未来展望
循环伏安法的发展趋势
技术进步
随着科学技术的不断进步，循环伏安法在实验设 备、测量精度和数据处理方面将得到进一步优化 。这可能包括使用更高性能的电极、更稳定的电 解质和更先进的信号处理技术。
电子转移
电化学反应中，电子从反 应物转移到受体，是实现 化学能转化为电能的关键 过程。
离子传输
在电化学反应过程中，离 子在溶液中的迁移对于电 荷平衡和电流的产生具有 重要意义。
《循环伏安法实验》课件
循环伏安法实验PPT课件大纲
实验目的
1 掌握基本原理和操作技能
了解循环伏安法和电化学反应、分析方法
实验原理
原理介绍
讲解循环伏安方法的仪器、原理以及操作步骤
实验步骤
1
准备实验材料和仪器
确保所有实验材料和仪器齐全并处于
制备电极和样品
2
良好状态
正确制备电极和样品，确保实验准确
注意仪器的维护保养
定期维护仪器，预防设备 故障
实验结果分析
绘制图像
根据实验数据绘制图像
分析电化学性质
利用数据分析样品溶液的电
实验总结
1 复述实验目的、原理和结果
简洁复述实验的目的、原理和结果
2 总结实验的优点和不足
总结实验的优点和改进建议
参考文献
• 实验指导书 • 电化学分析书籍 • 相关文献
性
3
连接电路和调试仪器
按照正确的步骤连接电路，并校准仪
循环扫描样品溶液
4
器
根据实验要求循环扫描样品溶液
5
记录电位和电流数据
准确记录实验过程中的电位和电流数
分析和处理数据
6
据
利用收集到的数据进行分析和处理
实验注意事项
注意安全事项
避免电击和化学伤害，确 保实验安全
严格按操作步骤进行
遵循正确的操作步骤，以 避免实验失败
循环伏安法讲义
铁氰化钾溶液的循环伏安曲线一、实验目的1. 了解循环伏安法的基本原理、特点和应用。
2 . 熟练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. 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 曲线的方法都可称为伏安法。
循环伏安法（Cyclic Voltammetry, 简称CV ）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 0.056E 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：()()3466Fe CN e Fe CN ---+→该电极反应是可逆的。
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v1/2 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。
4. 现代电化学仪器均使用计算机控制仪器和处理数据。
CV测试比较简便，所获信息量大。
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析嘿，亲爱的小伙伴们，今天我们来聊聊一个超级有趣的实验——循环伏安法原理及结果分析！这个实验可是让我们大开眼界，让我们一起来探索一下吧！我们要明白什么是循环伏安法。
简单来说，循环伏安法就是一种用来测量电池内阻的方法。
我们知道，电池有正极和负极，正极负责提供电子，负极负责吸收电子。
当我们把一个电流表接在正极上，另一个电流表接在负极上，然后通过改变电压来看看电流表上的读数有什么变化，就可以得到电池的内阻了。
那么，循环伏安法是怎么实现的呢？其实很简单，我们只需要把电压表接在电池的两个电极之间，然后不断地改变电压，观察电流表上的读数有什么变化就可以了。
这样一来，我们就可以得到一个关于电池内阻与电压之间的关系式，从而推算出电池的实际内阻。
接下来，我们来看一下循环伏安法的结果分析。
我们需要做的就是画出一个V-I图。
V-I图是用来表示电池内阻与电压之间关系的图形。
在V-I图上，横坐标表示电压，纵坐标表示电流。
通过观察V-I图，我们可以发现：当电压增大时，电流也会随之增大；当电压减小时，电流也会随之减小。
这就是因为电池内部的化学反应产生了电势差，从而导致了电流的变化。
我们还可以通过循环伏安法来计算电池的容量。
电池的容量是指电池在一定的时间内所能提供的电能。
我们知道，电池的内阻越小，它的容量就越大。
因此，通过循环伏安法得到的电池内阻数据可以帮助我们判断电池的实际容量。
要想得到准确的容量数据，我们还需要进行一些额外的计算和分析。
循环伏安法是一种非常实用的实验方法，它可以帮助我们了解电池的内阻、容量等重要参数。
通过这个实验，我们可以更好地理解电池的工作原理，为我们今后的研究和应用奠定坚实的基础。
所以，亲爱的小伙伴们，赶快去试试看吧！相信你们一定会爱上这个有趣的实验的！。
循环伏安法实验讲义(北京大学)
仪器分析实验（电分析） 2004.02注意事项：1.电分析共四个实验：电位法测量水溶液的pH 值 (1.32)、氟离子选择电极测定饮用水中的氟 (1.33) 、库仑滴定法测定砷 (1.35)以及循环伏安法 (本讲义)；2.组号为单数的同学第一周作1.32 和1.33； 双数的同学作1.35 及循环伏安法；3.实验两人一组，自由组合；循环伏安法【目的】学习和掌握循环伏安法的原理和实验技术。
了解可逆波的循环伏安图的特性以及测算玻碳电极的有效面积的方法。
【原理】循环伏安法是在固定面积的工作电极和参比电极之间加上对称的三角波扫描电压，记录工作电极上得到的电流与施加电位的关系曲线，即循环伏安图。
从伏安图的波形、氧化还原峰电流的数值及其比值、峰电位等可以判断电极反应机理。
与汞电极相比，物质在固体电极上伏安行为的重现性差，其原因与固体电极的表面状态直接有关，因而了解固体电极表面处理的方法和衡量电极表面被净化的程度，以及测算电极有效表面积的方法，是十分重要的。
一般对这类问题要根据固体电极材料不同而采取适当的方法。
对于碳电极，一般以Fe(CN)63-/4-的氧化还原行为作电化学探针。
首先，固体电极表面的第一步处理是进行机械研磨、抛光至镜面程度。
通常用于抛光电极的材料有金钢砂、CeO2、ZrO2、MgO和α-Al2O3粉及其抛光液。
抛光时总是按抛光剂粒度降低的顺序依次进行研磨，如对新的电极表面先经金钢砂纸粗研和细磨后，再用一定粒度的α-Al2O3粉在抛光布上进行抛光。
抛光后先洗去表面污物，再移入超声水浴中清洗，每次2∼3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。
如得到如图所示的曲线，其阴、阳极峰对称，两峰的电流值相等（i pc / i pa=1），峰峰电位差∆E p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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
循环伏安法
【实验目的】
学习固体电极表面的处理方法； 掌握循环伏安仪的原理和测量技术； 了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响 【实验原理】
循环伏安法（CV ）是最重要的电分析化学研究方法之一。
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 研究领域被广泛应用。
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（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。
外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。
对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－ 在电极上还原，反应为： Fe(CN)63－＋e - → Fe(CN)64－
得到一个还原电流峰。
当电压正向扫描时，Fe(CN) 64－在电极上氧化，反应为： Fe(CN)64－ － e - → Fe(CN)63－
得到一个氧化电流峰。
所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图7-2所示的氧化还原曲线。
扫描电压呈等腰三角形，如图7-1所示。
如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。
如图7-2所示，电流随电势的变化而逐渐加大，反应速率逐渐加快，当电极表面的反应物的浓度由于浓度极化的影响，来不及供应时，电极表面反应物的浓度变为零，出现峰值电流I p ，所以就整个循环伏安图而言，循环一周有阴极峰值电流I p,c 和阳极峰值电流I p,a ，与峰值电流相对应的电势称为峰值电势。
E p,c 和E p,a 分别是阴极峰值电势和阳极峰值电势，它们是循环伏安法中最重要的参数。
对于符合Nernst 方程的可逆电极反应，i p.a / i p.c ≈ 1 在25℃时 )(63
57mv n
E E E pc pa p -=
-=∆表明此时的峰值电势差在
)(63
57mv n
-之间。
峰电势与标准电极电势的关系为： d
Ox
pc
pa d Ox D D n
E E E Re 0
Re /lg
029
.02
+
-=
正向扫描的峰电流I p 为： I p =2.69n 3/2AD 1/2ν1/2
C
其中：A 为研究电极的表面积（cm 2），Dwei 反应物的扩散系数（cm 2﹒s -1）,C 为反应物浓度（mol ﹒dm -3），v 为扫描速率（V ﹒s -1）。
【应用领域】
循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
主要的应用有：
1.判断反应的稳定性
2.判断电极反应的可逆性
可逆电极反应、准可逆电极反应和不可逆电极反应的判据见表7-1。
表7-1电极反应判据
图7-2 氧化还原cv 曲
图7-1 cv 图中电势~时间关
3.研究电化学-化学耦联反应的过程
其中包括：前行化学反应、可逆随后化学反应、不可逆随后化学反应以及催化反应等。
4.判断电极反应是在电极/溶液界面上进行，还是在电极表面上进行 若在电极表面进行，如吸附反应，则I p 正比于v 。
【仪器和试剂】
1. CHI 630E 电化学系统，玻碳电极（d = 3mm ） 为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂片电极为辅助电极；
2. 容量瓶：250 mL 、100mL 各2个，25 mL 7个。
3. 移液管：2、5、10mL 、20mL 各一支。
4. K 4[Fe(CN)6]、KNO 3、Al 2O 3粉末（粒径0.05 μm ）。
【实验内容】
氧化还原体系的循环伏安法测定可以按下列步骤进行：
（1） 选择好溶剂，支持电解质、研究电极、参比电极、辅助电极。
（2） 配好电解液，接好电极测定回路。
（3） 通氮气约30分钟，除去溶解氧后停止通气，让电解液恢复静止状态。
（4） 定好电位测定幅度和扫描速度。
（5） 进行测定。
以一定条件下Fe(CN)63-/4-体系为例：
1. 配制0.020mol/L K 3[Fe(CN)6]；1.0mol/L KNO 3。
； 分别向1-5号10mL 电解池中加入0.02mol·L -1的K 3[Fe(CN)6]溶液0.00mL 、0.20mL 、0.50mL 、1.00mL 、
2.00mL ，再各加入2.00mL ，1.00mol·L -1的KNO 3溶液，最后加入蒸馏水稀释至10.00ml 定容混匀。
2. 将玻碳电极在抛光布上用抛光粉抛光后，再用蒸馏水清洗干净；
3. 依次接上工作电极(绿)、参比电极(白)和辅助电极(红)；
4. 开启电化学系统及计算机电源开关，启动电化学程序，在菜单中依次选择Setup 、Technique 、CV 、Parameter ，输入以下参数：
5. 点击Run 开始扫描，将实验图存盘后，记录氧化还原峰电位E p,c 、E p,a 及峰电流I p,c 、I p,a ；
Init E (V) 0.8 V Segment 2 High E (V) 0.8 V Smpl Interval (V) 0.02 Low E (V) −0.2 V Quiet Time (s) 2 Scan Rate (V/s) 0.02 V
Sensitivity (A/V)
5e−5
6. 改变扫速为0.04、0.06、0.08 和0.1 V/s ，分别作循环伏安图；
7. 将5个循环伏安图叠加比较； 【数据处理】
1. 从以上所作的循环伏安图上分别求出E p,c 、E p,a 、 ΔE p 、i p,c 、i p,a 、i p,c /i p,a 等参数，并列表表示。
体系
Scan Rate (V/s)
E p,c E p,a ΔE p i p,c i p,a i p,c /i p,a 5 mM K 3Fe(CN)6
0.02
0.04 0.06 0.08 0.1
2、分别以i p,a 和i p,c 对K 4[Fe(CN)6]溶液浓度c 作图，说明峰电流与浓度的关系。
3、分别以i p,a 和i p,c 对12
υ作图，说明峰电流与扫描速率间的关系。
【思考题】
1． 从循环伏安图可以测定那些电极反应的参数？从这些参数如何判断电极反应的可逆性？
2． 如何判断碳电极表面处理的程度？
注意事项
1. 实验前电极表面要处理干净。
2. 扫描过程保持溶液静止。
3. 若mV E p 100>∆，需重新磨电极。