铁氰化钾溶液的循环伏安曲线

一、 原理



铁氰化钾体系(Fe(CN)63-/4-）在中性水溶液中的电化学行为是一个可逆过程，其氧化、还原峰对称，两峰的电流值相等，峰峰电位差理论值为59mV。体系本身很稳定，通常被用于检测电极和仪器。



二、 仪器与试剂



RST系列电化学工作站; 金(铂或玻碳）圆盘电极为工作电极、铂片电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极。

1.00×10-2mol/L K3Fe(CN)6水溶液;2.0mol/L KNO3水溶液。



三、 实验步骤



1． 溶液的配置

在5个50mL容量瓶中，依次加入KNO3溶液和K3Fe(CN)6溶液，使稀释至刻度后KNO3浓度均为0.2mol/L，而K3Fe(CN)6浓度依次为1.00×10-4、2.00×10-4、5.00×10-4、8.0×10-4、1.00×10-3mol/L，用蒸馏水定容。

2． 工作电极的预处理

用抛光粉(Al2O3， 200～300目）将电极表面磨光，然后在抛光机上抛成镜面(如果事先已经抛光处理过的电极，不需上面的处理），最后分别在1:1乙醇、1:1HNO3和蒸馏水中超声波清洗。

3． K3Fe(CN)6溶液的循环伏安曲线

在电解池中放入5.00×10-4mol/LK3(内含0.20mol/L KNO3)溶液，插入工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞电极，通N2除O2 。

以50mV/s的扫描速率，从-200～＋700mV扫描，记录循环伏安曲线，观察峰电位和峰电流，判断电极活性。

以不同扫描速率10、50、100、200、300、500mV/s，分别记录从-200～＋700mV扫描的循环伏安图。

4.不同浓度的K3Fe(CN)6溶液循环伏安图

选择循环伏安法，扫描速度为50mV/s， 从-200～＋700mV扫描，分别记录1.00×10-4、2.00×10-4、5.00×10-4、8.0×10-4、1.00×10-3mol/L(内均含0.20mol/L KNO3并在测定前除氧) 溶液的循环伏曲线，测量峰电流。记录峰电流与浓度。在电化学工作站所具有的定量分析功能的标准曲线法中进行数据处理，找出峰电流和浓度的线性方程和相关系数。

四、 结果与讨论


1. 对K3(内含0.20mol/L KNO3)溶液的循环伏安曲线进行数据处理，选取曲线的第二圈，

2. 即第三和第四段曲线，根据循环伏安曲线特点，用半峰法进行峰测量，测量结果如图：

由测量结果可知，氧化峰电位为Ep2=277mV，峰电流为ip2=5.596591´10-6A;还原峰电位是Ep1=203mV，峰电流是ip1=5.568737´10-6A。氧化峰还原峰电位差为74mV，峰电流的比值为：ip1/ip2=1.005≈1。由此可知，铁氰化钾体系(Fe(CN)63-/4-）在中性水溶液中的电化学反应是一个可逆过程。(注：由于该体系的稳定，电化学工作者常用此体系作为电极探针，用于鉴别电极的优劣。）



3. 将不同扫描速率10、50、100、200、300、500mV/s的循环伏安曲线进行叠加，如下图。由图可知，随着扫描速度的增加，峰电流也增加。且分别测量他们的峰数据可以得到峰电流与扫描速度的关系。根据电化学理论，对于扩散控制的电极过程，峰电流ip与扫描速度的二分之一次方呈正比关系，即ip～n1/2为一直线。对于表面吸附控制的电极反应过程，峰电流ip与扫描速度呈正比关系，即ip～n为一直线。(此关系也可利用标准曲线法的线性拟合功能，以峰电流为横坐标，扫描速度的二分之一次方或扫描速度为纵坐标，考察线性关系）

用标准曲线法中的线性拟合处理，得出峰电流ip与扫描速度的二分之一次方呈线性关系，相关系数达到0.9988。

将不同浓度的铁氰化钾(Fe(CN)63-）溶液的循环伏安曲线，同样进行叠加可以发现，峰

电流随着浓度的增加而增加。分别测量它们的峰数据并进行数据处理，这里仅对ip1数据进行处理，其结果为：k=6.030216´10-3，b=-1.684007´10-7，r=0.9999289。由线性方程及相关系数可知，在实验的浓度范围内，峰电流与铁氰化钾(Fe(CN)63-）溶液浓度呈线性关系。可以以此进行定量分析。

4. 将不同浓度的铁氰化钾(Fe(CN)63-）溶液的循环伏安曲线，同样进行叠加可以发现，峰

电流随着浓度的增加而增加。分别测量它们的峰数据并进行数据处理，这里仅对ip1数据进行处理，其结果为：k=6.030216´10-3，b=-1.684007´10-7，r=0.9999289。由线性方程及相关系数可知，在实验的浓度范围内，峰电流与铁氰化钾(Fe(CN)63-）溶液浓度呈线性关系。可以以此进行定量分析。