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。

能斯特方程活度间的关系，也可以表示电池的电动势与电极表面溶液活度间的关系。

对于任意给定的电极，若电极反应为： R Z O ⇔+e则电极电位的能斯特方程的通式为:O R ZF RT a a ln -=ϕϕ式中,a 为活度;下标O 和R 分别表示氧化态和还原态,R 为标准气体常数,F 为法拉第常数,T 为热力学温度,Z 为电极反应中电子的计量系数 ，ϕ为氧化态和还原态活度等于1时的标准电极电位。

当T=298.15K 时：能斯特方程应用：1.离子浓度改变时电极电势的变化根据能斯特方程可以求出离子浓度改变时电极电势变化的数值。

2.离子浓度改变对氧化还原反应方向的影响非标准状态下对于两个电势比较接近的电对，仅用标准电势来判断反应方向是不够的，应该考虑离子浓度改变对反应方向的影响。

电极的类型电极(electrode)是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。

电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电极反应的场所。

一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，用的较多的是三电极体系，相应的三个电极为工作电极、参比电极和辅助电极。

三电极体系含两个回路，一个回路由工作电极和参比电极组成，用来测试工作电极的电化学反应过程，另一个回路由工作电极和辅助电极组成，起传输电子形成回路的作用。

工作电极: 又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。

一般来讲，对工作电极的基本要求是:工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。

(1)所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定;(2)电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应;(3)电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等。

工作电极的选择：通常根据研究的性质来预先确定电极材料，但最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳（铂、金、银、铅和导电玻璃）等。

采用固体电极时，为了保证实验的重现性，必须注意建立合适的电极预处理步骤，以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。

在液体电极中，汞和汞齐是最常用的工作电极，它们都是液体，都有可重现的均相表面，制备和保持清洁都较容易，同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口记被广泛用于电化学分析中。

辅助电极:又称对电极，辅助电极和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。

由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应，以使电解液组分不变，即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。

但减少辅助电极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。

为了避免辅助电极对测量到的数据产生任何特征性影响，对辅助电极的结构还是有一定的要求。

如与工作电极相比，辅助电极应具有大的表面积使得外部所加的极化主要作用于工作电极上。

辅助电极本身电阻要小，并且不容易极化，同时对其形状和位置也有要求。

参比电极: 是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极。

参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。

在控制电位实验中，因为参比半电池保持固定的电势，因而加到电化学池上的电势的任何变化值直接表现在工作电极/电解质溶液的界面上。

实际上，参比电极起着既提供热力学参比，又将工作电极作为研究体系隔离的双重作用。

参比电极需要具备的一些性能：(1)具有较大的交换电流密度，是良好的可逆电极，其电极电势符合Nernst方程;2) 流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状;3) 应具有良好的电势稳定性和重现性等。

参比电极的种类：不同研究体系可选择不同的参比电极。

水溶液体系中常见的参比电极有:饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl电极、标准氢电极(SHE或NHE)等。

许多有机电化学测量是在非水溶剂中进行的，尽管水溶液参比电极也可以使用，但不可避免地会给体系带入水分，影响研究效果，因此，建议最好使用非水参比体系。

常用的非水参比体系为Ag/Ag+(乙腈)。

工业上常应用简易参比电极，或用辅助电极兼做参比电极。

盐桥与鲁金毛细管：在测量工作电极的电势时，参比电极内的溶液和被研究体系的溶液组成往往不一样，为降低或消除液接电势，常选用盐桥;为减小未补偿的溶液电阻，常使用鲁金毛细管。

化学电源和电解装置：对于化学电源和电解装置，辅助电极和参比电极通常合二为一。

化学电源中电极材料可以参加成流反应，本身可溶解或化学组成发生改变。

对于电解过程，电极一般不参加化学的或电化学的反应，仅是将电能传递至发生电化学反应的电极/溶液界面。

制备在电解过程中能长时间保持本身性能的不溶性电极一直是电化学工业中最复杂也是最困难的问题之一。

不溶性电极除应具有高的化学稳定性外，对催化性能、机械强度等亦有要求。

标准电极电位和条件电位(一)定义: 一个化学电池包括有各种物质相的接触，如固体—溶液、溶液—溶液、固体—固体、溶液—气体等。

在两相接触的界面上，它们的性质与相内是不同的。

无论是哪种相间的接触，在它们的界面上都存在着电位差。

两不同物相间的电位差，称为电极电位。

(二)电极电位的产生1 带电质点在两相间的转移2 某些阳离于或阴离子在相界面附近的某一相内选择性吸附。

3 不带电的偶极质点（如有机极性分子和小偶极子）在界面附近的定向吸附。