循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程

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循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程

一、实验原理 1.循环伏安法

循环伏安法是将循环变化的电压施加于工作电极和对电极之间,记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线。此方法也称为三角波线性电位扫描方法。图1-1表明了施加电压的变化方式。选定电位扫描范围E1～E2 和扫描速率, 从起始电位E1开始扫描到达E2 , 然后连续反向在扫描从E2回到E1。由图1-2 可见,循环伏安图有两个峰电流和两个峰电位。i pc 和 i pa 分别表示阴极峰值电流和阳极峰值电流，对应的阴极峰值电位与阳极峰值电位分别为E pc 和E pa 。

图1-1 循环伏安法的典型激发信号图1-2 K3Fe(CN)6在KCL 溶液中的循环伏安图

2.判断电极可逆性

根据Nernst 方程,在实验测定温度为298K 时,计算得出 △Ep = Epa- Epc≈59/n mV (1-1) 阳极峰电流ipa 和阴极峰电流ipc 满足以下关系： ipc/ipa ≈1 (1-2)

同时满足以上两式，即可认为电极反应是可逆过程。如果从循环伏安图得出的 △Ep/mv = 55/n ～65/n 范围，也可认为电极反应是可逆的。 3.计算原理

铁氰化钾离子-亚铁氰化钾离子氧化还原电对的标准电极电位 [Fe(CN)6]3- + e - = [ Fe(CN)6]4- Φ=0.36v 电极电位与电极表面活度的Nernst 方程：

峰电流与电极表面活度的Randles-Savcik 方程： i p = 2.69×105n 3/2ACD 1/2v 1/2 二、实验仪器与试剂

仪器： CHI660电化学工作站，电解池

0'Ox pa Red

C RT

In F C ϕϕ∆=+

E / V

t / s

阳极 i / μA 阴极

ϕ / v

铂盘工作电极

铂丝辅助电极

Ag/AgCl参比电极。

试剂：铁氰化钾溶液:0.1mol/L；

硝酸钾溶液：1.0mol/L

三、实验步骤

1．Pt工作电极预处理

不同粒度的α-Al2O3粉，抛光，洗去表面污物，再超声水浴中清洗，每次2－3分钟，重复三次，得到平滑光洁和新鲜的电极表面。

2．铁氰化钾试液的配制

准确移取0mL ,0.25 mL ,0.50 mL ,1.0 mL和2.0 mL溶度为2.0x10-2M的铁氰化钾标准液于10 mL的小烧杯中，加入1.0M的氯化钾溶液1.0 mL，再加蒸馏水稀释至10 mL。因此，5种铁氰化钾试液的浓度依次是：

0M , 0.5×10-3M , 1.0×10-3M , 2.0 ×10-3M , 4.0 ×10-3M。

3. 将铁氰化钾标准溶液转移至10 mL电解池中，插入三支电极，在“实验”菜单中选择“实验方法”，选择“循环伏安法”，点“确定”，设置实验参数：起始电位（+0.6 V）；终止电位（-0.2 V）；静止时间（2 s）；扫描时间（任意扫速）；扫描速度（0.1 V/s）；灵敏度（1.0×e-3）；循环次数（1）；是否敲击（不敲击）；通氮时间（0）；氮气（不保持），点“确定”。从“实验”菜单中选择“开始实验”，观察循环伏安图，记录峰电流和峰电位。

4. 考察峰电流与扫描速度的关系，使用上述溶液，分别以不同的扫描速度：0.1、0.2、0.5 V/s（其他实验条件同上）分别记录从＋0.6V~ -0.2V扫描的循环伏安图，记录峰电流。

5. 考察峰电流与浓度的关系，分别准确移取上述溶液1.00、2.00、5.00 mL，置于3只10 mL容量瓶中，分别用去离子水定容，摇匀，以0.1 V/s的扫描速度（灵敏度调为1.0×e-4，其他实验条件同上）分别记录从＋0.6V~ -0.2V扫描的循环伏安图，记录峰电流。

四、数据处理

1. 计算阳极峰电位与阴极峰电位的差△E。

2. 计算相同实验条件下阳极峰电流与阴极峰电流的比值i pa / i pc。

3. 相同K3Fe(CN)6浓度下，以阴极峰电流或阳极峰电流对扫描速度的平方根作图，说明二者之间的关系。

4. 相同扫描速度下，以阴极峰电流或阳极峰电流对K3Fe(CN)6的浓度作图，说明二者之间的关系。

5. 根据实验结果说明K3Fe(CN)6在KNO3溶液中电极反应过程的可逆性。

五、实验结果与讨论