循环伏安法实验原理

实验七、循环伏安法观察Fe(CN)6

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。

3–/4–

及抗坏血酸的

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：

?Ep?Epa?Epc?0.056 n其中，Epa和Epc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：

ip?2.69*105n3/2AD1/2v1/2c

其中ip为峰电流（A），n为电子转移数，A

循环伏安法原理及应用小结

1 电化学原理

1.1 电解池

电解池是将电能转化为化学能的一个装置，由外加电源，电解质溶液，阴阳电极构成。

阴极：与电源负极相连的电极（得电子，发生还原反应） 阳极：与电源正极相连的电极（失电子，发生氧化反应） 电解池中，电流由阳极流向阴极。 1.2 循环伏安法

1）若电极反应为O＋e-→R，反应前溶液中只含有反应粒子O，且O、R在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势(φ平)正得多的起始电势(φi)处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如图0所示。

图0 CV扫描电流响应曲线

2）当电极电势逐渐负移到(φ平)附近时，O开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。当O的表面浓度下

降到近于零，电流也增加到最大值Ipc，然后电流逐渐下降。当电势达到(φr)后，又改为反向扫描。

3）随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大，在电势接近并通过(φ平)时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线

实验一 循环伏安法判断电极过程

一、目的要求

1. 学会电化学工作站的使用，学习固体电极表面的处理方法 2. 掌握用循环伏安法判断电极过程的可逆性。

3. 了解可逆波的循环伏安图的特性,学会解释循环伏安图

二、实验原理

循环伏安法是以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，在电极上施加线形扫描电压，当到达设定的终止电压后，再反向回扫至某设定的起始电压，电压与

扫描时间的关系如图1所示。

得到的电流电压曲线包括两个分支，如果前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又会重新在电极上氧化，产生氧化波。因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧化过程的循环，故该法称为循环伏安法，其电流 —电压曲线称为循环伏安图，如图2所示。假设溶液中有电活性物质）则电极上发生如下电极反应：正向扫描时，电极上将发生

还原反应：

O + Ze = R

反向回扫时，电极上生成的还原态R将发生氧化反应：

R = O + Ze

峰电流可表示为：ip = Kn3/2D1/2m2/3t2/3ν1/2c

i—E

曲线

图2

其峰电流与被测物质浓度c、扫描速度ν等因素有关。上式是扩散控制的可逆

实验五 线性扫描伏安法和循环扫描伏安法

一．实验目的

1、 了解线性扫描伏安法和循环扫描伏安法的特点和基本原理。 2、掌握用循环伏安法判断电极过程的可逆性。

二 、基本原理

1、线性扫描伏安法

线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压，即电极电位是随外

加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法。记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。可逆电极反应的峰电流可由下式表示：

Ip=0.4463nFADo1/2Co*(n F v/RT)1/2=5.99*105n3/2Ado1/2v1/2Co* （1） 式中n为电子交换数，A为电极有效面积，Do为反应物的扩散数，v为电位扫描速度，Co*为反应物（氧化态）的本体浓度。也可简化为（A不变时） ip=kv1/2Co* （2） 即峰电流与扫描速度的1/2次方成正比，与反应物的本体浓度成正比。这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。

对于可逆电极反应，峰电位与扫描速度无关，

毕业设计（论文）

课题 学院 电化学分析——循环伏安法 测电极性质

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。

实验二十二 循环伏安法判断电极过程

一、实验目的

1．学会使用电化学工作站进行循环伏安法的测定。 2．掌握循环伏安法的基本原理及其电极动力学过程的规律。 3．了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响。 二、实验原理

1．循环伏安法

循环伏安法是在电极上施加一个线性扫描电压，当到达某设定的终止电位后，再反向回

扫至某设定的起始电压。进行正向扫描时若溶液中存在氧化态O，电极上将发生还原反应： O ＋ ne- R

反向回扫时，电极上的还原态R将发生氧化反应：

R O ＋ ne-

图6 循环伏安法的典型激发信号

三角波电位，转换电位为0.8 V 和－0.2 V（vs.SCE）

2．测量原理 循环伏安图见图7。

峰电流可表示为：

ip＝2.69×105×n3/2v1/2D1/2A c

其中：ip为峰电流（A，安培）；n为电子转移数；D为扩散系数（cm2·s-1）；v为电压扫描速度（V·s-1）；A为电极面积（cm2）；c为被测物质浓度（mol·L-1）。

图7 循环伏安图

从循环伏安图可获得氧化峰电流ipa与还原峰电流ipc，氧化峰电位Epa与还原峰电位Epc。

对于可逆体系

循环伏安法

循环伏安素有“电化学谱”之称，其主要特色是可以通过改变电极电位的扫描速度来考察所研究体系的电化学性质，例如，测定体系的异相电子转移速率常数，考察体系的多步放电过程，监测反应中间质点，研究电子转移的伴随化学反应等，因而其扫速上限决定着它的应用能力。

循环伏安法的基本原理，一个由氧化还原电极对组成的体系，若对它施加一个随时间作线性函数变化的电势，当高于该体系的平衡电势时，就产生氧化电流响应；当低于平衡电势时就产生还原电流响应。由于反应物质扩散缓慢，供不上反应的需要，或产物积叠，于是分别形成氧化和还原的电流峰及其对应的峰电势。 循环伏安法曲线的形成：

当外加电势向正的方向变化时，随电势的变化氧化电流逐渐增加，反应产物通过扩散离开电极表面向溶液深处运动，或与电极表面某些离子反应形成不溶物，附着在电极表面上。但由于传质过程较缓慢，在循环伏安法中，认为扩散是惟一的传质过程，不受外加电势的影响。在电势变正、氧化电流增加、反应产物增加时，反应产物会逐渐累积在电极表面附近阻碍氧化反应的进行，外加电势再继续变正氧化电流反而减小，形成一个电流峰值。若外加电势继续正移，达到某一电势时，这时原来的反应产物可能以一个新的高价态形式继续氧化或

循环伏安法知识小结

精品资料

利用循环伏安确定反应是否为可逆反应

1.氧化峰电流与还原峰电流绝对值相等，即二者绝对值比值始终为一，与扫描速率，换向电势，扩散系数无关。

2.氧化峰与还原峰电位差约为59mV

利用循环伏安确定反应是否为可逆反应

1.氧化峰电流与还原峰电流之比的绝对值等于1

2.氧化峰与还原峰电位差约为(59/n)mV (25摄氏度时)

一般这两个条件即可

判断扩散反应或者是吸附反应：

改变扫描速率，看峰电流是与扫描速率还是它的二次方根成正比,若是与扫描速率成线性，就是表面控制过程,与二次方根成线性，就是扩散控制

利用循环伏安确定反应是否可逆

1：氧化峰和还原峰的电流比是否相等，若相等则可逆。

有时对同一体系，扫描速率不同也会在一定程度上影响其可逆性的一般而言，扫速越大其电化学反应电流也就越大。

2：氧化峰和还原峰电位差等于59/nmV,若大于，则是准可逆体系。

这种确定onset potential的方法的依据是什么呢？我看有的文献上直接是作一条切线，但这样误差也很大，很主观随意。

以前我们老师上电极过程动力学的时候说准确的onset potential其实是很难被确定的。只能估计大致的范围。求法可以仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

精品资料

说有好几

实验二十二 循环伏安法判断电极过程

一、实验目的

1．学会使用电化学工作站进行循环伏安法的测定。 2．掌握循环伏安法的基本原理及其电极动力学过程的规律。 3．了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响。 二、实验原理

1．循环伏安法

循环伏安法是在电极上施加一个线性扫描电压，当到达某设定的终止电位后，再反向回

扫至某设定的起始电压。进行正向扫描时若溶液中存在氧化态O，电极上将发生还原反应： O ＋ ne- R

反向回扫时，电极上的还原态R将发生氧化反应：

R O ＋ ne-

图6 循环伏安法的典型激发信号

三角波电位，转换电位为0.8 V 和－0.2 V（vs.SCE）

2．测量原理 循环伏安图见图7。

峰电流可表示为：

ip＝2.69×105×n3/2v1/2D1/2A c

其中：ip为峰电流（A，安培）；n为电子转移数；D为扩散系数（cm2·s-1）；v为电压扫描速度（V·s-1）；A为电极面积（cm2）；c为被测物质浓度（mol·L-1）。

图7 循环伏安图

从循环伏安图可获得氧化峰电流ipa与还原峰电流ipc，氧化峰电位Epa与还原峰电位Epc。

对于可逆体系

循环伏安法知识小结

精品资料

利用循环伏安确定反应是否为可逆反应

1.氧化峰电流与还原峰电流绝对值相等，即二者绝对值比值始终为一，与扫描速率，换向电势，扩散系数无关。

2.氧化峰与还原峰电位差约为59mV

利用循环伏安确定反应是否为可逆反应

1.氧化峰电流与还原峰电流之比的绝对值等于1

2.氧化峰与还原峰电位差约为(59/n)mV (25摄氏度时)

一般这两个条件即可

判断扩散反应或者是吸附反应：

改变扫描速率，看峰电流是与扫描速率还是它的二次方根成正比,若是与扫描速率成线性，就是表面控制过程,与二次方根成线性，就是扩散控制

利用循环伏安确定反应是否可逆

1：氧化峰和还原峰的电流比是否相等，若相等则可逆。

有时对同一体系，扫描速率不同也会在一定程度上影响其可逆性的一般而言，扫速越大其电化学反应电流也就越大。

2：氧化峰和还原峰电位差等于59/nmV,若大于，则是准可逆体系。

这种确定onset potential的方法的依据是什么呢？我看有的文献上直接是作一条切线，但这样误差也很大，很主观随意。

以前我们老师上电极过程动力学的时候说准确的onset potential其实是很难被确定的。只能估计大致的范围。求法可以仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

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