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10.19 : 伏安图:概述

伏安图是电流随施加电位变化的曲线图,可深入了解电化学系统。伏安图的形状取决于电流的测量方式以及是否存在对流(即通过流体运动进行的热传递)。

伏安图的形状

伏安图的形状反映了分析物在氧化还原过程中的行为。在存在对流的情况下,例如流体动力学伏安法中的搅拌,曲线会形成 S 形,其中电流从残余电流增加到分析物氧化或还原电位下的极限电流。出现这种极限电流是因为控制向电极的质量转移的扩散层厚度由于流体运动而保持不变。

如果没有对流,扩散层会随着时间的推移而增长,从而产生峰形伏安图。峰值电流表示分析物还原或氧化速率达到最大值的点,然后由于扩散层的膨胀而降低。这两种不同的形状(S 形和峰形)对于理解电化学系统的质量传输和反应动力学至关重要。

定量应用

伏安图也有重要的定量用途。极限电流与溶液中的分析物浓度成正比。这种关系用于流体动力学伏安法等分析技术中,以计算分析物浓度。通过测量极限电流,化学家可以准确确定溶液中物质的量,这对于环境分析、制药和工业监测等领域的应用至关重要。

定性应用:标准状态电位

除了浓度测量外,伏安图还通过确定氧化还原反应的标准状态电位来提供定性数据。伏安图中的峰电位可与能斯特方程一起使用,以计算分析物的氧化还原电位。该电位可深入了解物质在标准条件下被氧化或还原的可能性。

伏安法还可以根据伏安图的对称性和形状区分可逆反应和不可逆反应。可逆反应显示对称峰,而不可逆过程则显示出更多的不对称性。

伏安图是定性和定量电化学分析的重要工具。它们的形状(S 形或峰形)可以揭示电化学反应的性质,而它们的电流-电位关系则可以精确测定分析物浓度和氧化还原电位。这使得伏安法成为研究电化学系统的多功能技术。

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