实验八-旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数-肖时英.pdfVIP

实验八 旋转圆盘电极法测定电极过程动力学参数 王法星 11210220045 同组人： 肖时英 王春 邓陶丽 一、目的要求 1．了解圆盘电极在旋转时的特点，掌握该实验的基本原理。 2 ．测定Fe(CN) 4-/Fe(CN) 3-体系中反应粒子的扩散系数（D ）、交换电流密度（i ）、阴极反 6 6 0 应传递系数（α）和阳极反应传递系数（β）。 二、实验原理 旋转圆盘电极的结构是将圆柱电极材料镶嵌在聚四氟乙烯棒中，一端呈圆盘状的平面作 为反应面，，另一端则连接马达。当电极经马达带动以一定速率旋转时，在电极附近的液体 必定会发生流动。在一定条件下，旋转圆盘电极附近的液体处于层流状态时，液体的流动可 以分解成三个方向： 1． 由于电极旋转而产生的离心力，使液体在径向以V 径速度向外流动； 2 ． 由于液体的粘滞性，在旋转圆盘电极的平面以一定的角速度转动时，液体就要以 V 切速度向圆盘的切向流动； 3 ． 由于电极附近的液体向外流动，使电极中心区的液体压力下降，从而使得电极表面 较远的液体以 V 轴速度向中心流动。 根据流体动力学的计算，可以得出液体处于层流时，上述流动速度的数学表达式为： V径  rF( ) (1) V切  rG( ) (2) V轴  H( ) (3) 上三式中，r 是离电极轴心的径向距离，ω是电极旋转的角速度（等于 2 πN ，N 为每秒钟的 2 旋转数），是液体的运动粘度(等于粘度/密度，单位是 cm /s) ，ξ是一个无因次比值(等于（ω 1/2 / ） Z ，Z 是离电极表面的轴向距离) 。F 、G 和 H 三个函数值与ξ的关系可见图 1。 图 1 F、G 和 H 函数值与ξ的关系 从图 1 可知，当ξ=3.6 时，F 、G 函数值已接近于零，而 H 函数则接近定值(-0.866)， 在此情况下，V 径=V 初=0 。人们通常将ξ=0.36 时所对应的 Z 值，定义为流体动力学层的边 界厚度，用δ 表示，即 Pr    3.6 （4 ） Pr  当Z δ 时，液体基本上只作轴向流动，在 Z δ 时， Pr Pr V  0.866  （5 ） 轴 当 Z δ 时，液体在径向和切向的流速都不可忽略。由于圆盘旋转时，其边缘区液体 Pr 流动情况复杂，所以圆盘必须处在整个圆盘的中心，圆盘的半径也要比电极的大好几倍，以 忽略边缘效应对研究电极下液体流动的影响。 如果对旋转圆盘电极进行阶跃恒电位极化，电极表面进行的电极反应可表示为： O + ne = R (6) 在大量支持电解质存在的