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对于一个简单的一级反应:Ox+neRed,电极反应电流方程为:
1i=1i0expαη+λω-12(3)
式中:η为电极反应的过电位,V;i0为电极反应交换电流密度,A/cm2;α为电子转移系数。
若令iη为电极电活化控制电流,则式(3)可写为:
1i=1iNC+λω-12(4)
在未达到极限的条件下,取6个不同超电位下的一组ω-12和1i的对应值作图,并外推至ω-12为零,可以求得该电位下电极活化控制电流iNC。
若将iη两边取对数,并以α+β=1的条件代入可得:
lη=lni0+αnFRTη(5)
以lη对η作图,由直线在η=0处的纵坐标数值的反对数求得i0值,由直线的斜率求得α值,再从方程i0=nFK(c0O)1-α(c0R)α求得K。
(3) 极限电流与反应物浓度线性关系曲线的测定。
在传质控制的极限条件下,Levich方程为:
iL=0.62nFD23ν-16ω12c0(6)
若旋转圆盘电极的角速度ω固定,又将n、F、D和ν视为常数,则电极反应的极限电流iL与反应物的浓度c0成正比。
测定一组不同浓度下的K4Fe()6/K3Fe()6体系溶液的极限电流,可以做出K4Fe()6/K3Fe()6浓度与极限电流关系的工作曲线。
(4) 半波电位φ12的测定。
对一个氧化态和还原态均为离子形态的可逆过程,其半波电位可以用下列方程表示:
φFln(IL)c-II,φa=φ12+RTnFlnII-(IL)a(7)
因此,通过测定阳极过程或阴极过程半波电流对应的电位可以求得该氧化/还原体系的半波电位。
三、仪器和试剂
1. 仪器
CHI660A电化学工作站,电化学系统以旋转圆盘电极为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极,铂片为辅助电极。
2. 试剂
不同浓度的K4Fe()6(A.R.)和K3Fe()6溶液(A.R.)。
四、实验步骤
1. 电化学动力学参数的测定
(1) 配制0.01mol·L-1K4Fe(ol·L-1K3Fe()6的1mol·L-1KL置于电解槽中。
(2) 选定6个不同的转速,打开CHI660A电化学工作站的(Setup)下拉菜单,在Teique项选择Tafel Plot方法,在Parameters项内选择参数:扫描速率为10mV/s,扫描范围为-0.1~+0.5V(vs.SCE)。
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