B-Z振荡反应实验报告.docx

B-Z振荡反响：何一白 学号：2012011908 班级：化22实验日期：2014年11月6日提交报告日期：2014年11月22日带实验的教师：王振华1 引言〔简明的实验目的/原理〕1.1 实验目的了解Belousov-Zhabotinski反响的机理通过测定电位-时间曲线球的振荡反响的表观活化能1.2实验原理化学震荡：反映系统中某些物理量〔如组分浓度〕随时间做周期性变化B-Z反响机理：在硫酸介质中以金属铈离子做催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化——FKN机理〔共十步〕系统中[Br-]、[HBrO2]，[Ce4+]/[Ce3+]都随时间做周期性的变化测量与数据：我们用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间变化的曲线，处理数据得到诱导期时间与震荡周期由1/t诱，1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反响速率的快慢，综合不同温度下的t诱和t振，估算表观活化能E诱，E振2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号与测试装置示意图实验仪器计算机与接口一套；HS-4 型精细恒温浴槽；电磁搅拌器；反响器1 个；铂电极1 个；饱和甘汞电极1 个；滴瓶3 个；量筒3 个；2ml 移液管1 支；洗瓶1 个；镊子1 把；实验药品0.02 mol/L 硝酸铈铵；0.5 mol/L 丙二酸；0.2 mol/L 溴酸钾； 0.8 mol/L 硫酸。

2.2 实验条件〔实验温度、湿度、压力等〕实验室温度16.3℃，大气压102.19kPa2.3 实验操作步骤与方法要点1.检查仪器药品2.按装置图〔如图1所示〕接好线路图1 . B－Z振荡反响实验装置图3.接通相应设备电源，准备数据采集4.调节恒温槽温度为20℃分别取7ml丙二酸、15ml溴酸钾、18ml硫酸溶液于干净的反响器中，开动搅拌翻开数据记录设备，开场数据采集，待基线走稳后，用移液管参加2ml硝酸铈铵溶液5.观察溶液的颜色变化，观察反响曲线，出现振荡后，待振荡周期完整重复8~10次后，停止数据记录，保存数据文件后记录恒温槽温度，从数据文件中读出相应的诱导期t诱和振荡周期t振6.升高温度4℃，重复步骤4和5，重复次数5次2.4 考前须知：1. 各个组分的混合顺序对体系的振荡行为有影响应在丙二酸、溴酸钾、硫酸混合均匀后，且当记录仪的基线走稳后，再参加硝酸铈铵溶液2. 反响温度可明显地改变诱导期和振荡周期，故应严格控制温度恒定3. 实验中溴酸钾试剂纯度要求高4. 配制硝酸铈铵溶液时候，一定要在硫酸介质中配制，防止发生水解呈浑浊5. 所使用的反响容器一定要冲洗干净，转子位置与速度都必须加以控制。

3 结果与讨论3.1原始实验数据 根据实验测得的数据在Origin中作图结果如下：图2 20摄氏度时电位-时间曲线：T=25℃ 根据实验测得的数据在Origin中拟合作图得到结果如下：图3 25摄氏度时电位-时间曲线：T=30℃ 根据实验测得的数据在Origin中拟合作图得到结果如下：图4 30摄氏度时电位-时间曲线：T=35℃ 根据实验测得的数据在Origin中拟合作图得到结果如下：图5 35摄氏度时电位-时间曲线 刚刚参加硝酸铈铵时，溶液显黄色，随后溶液颜色逐渐变浅，在振荡过程中，当电位在最高点时黄色最深，然后逐渐变浅，在最低点时几乎无色查阅表观活化能文献值得：E诱 =35.45 kJ/mol，E振 =63.79 kJ/mol 实验时实验室温度21.5度3.2计算的数据、结果诱和t振 根据自己记录的诱导期起点时间，再根据BZ振荡曲线中取得的诱导期终点，计算得出诱导期t诱，，然后将8次振荡周期最高点作为周期点，取平均作为振荡周期t振得到诱导时间和振荡时间如下：温度〔℃〕20253035t诱(s)677.6487365263t振(s)12183.650.933.4由：t诱 r诱 =常数又由：lnk=lnA-从而：ln1/t诱 =lnA-分别作ln(1/t诱)-1/T，ln(1/t振)-1/T图，由直线斜率再乘-R即可求出表观活化能。

首先计算ln(1/t诱)，ln(1/t振)，1/T数据如下表：T〔℃〕293298303308t诱(s)677.6487365263t振(s)12183.650.933.41/T0.0034130.0033560.00330.003247ln(1/ t诱)-6.51856-6.18826-5.8999-5.57215ln(1/ t振)-4.79579-4.42604-3.92986-3.50856然后使用Origin软件作图并且线性拟合如下〔图6与图7〕：图6 1/T与ln(1/ t诱)关系图线图7 1/T与ln(1/ t振)关系图线根据Origin软件拟合得到两条直线斜率，进而求出活化能的值如下：斜率表观活化能〔kJ/mol〕拟合直线R2诱导-5644.1446.9240.999振荡-7860.9965.3560.9943.3讨论分析计算得到的结果46.924kJ/mol和65.356kJ/mol与文献值E诱 =35.45 kJ/mol，E振 =63.79 kJ/mol有一定偏差，尤其E诱偏差比拟大，分析如下：1〕本实验由曲线选取诱导期终点时主要靠人工从光滑曲线上选取，这会带来不准确。

我选取的方法是计算所有数据点处的曲线斜率，找到极值点作为诱导期的终点，这虽然减小了一定人工误差，但仍然可能与实际诱导期完毕时间不一致2〕本实验求振荡周期时为减小误差，取的均为每个振荡周期最高点，因此可有效减少人工判断带来的误差3〕实验室软件所得数据拟合R2现象分析如前所述，刚刚参加硝酸铈铵时，溶液显黄色，随后溶液颜色逐渐变浅，在振荡过程中，当电位在最高点时黄色最深，然后逐渐变浅，在最低点时几乎无色，如此反复这主要是由于在电压的上升沿，[Br－]量比拟少，[HBrO2]通过自催化反响增加，[Br－]被更加快速地消耗，同时也产生了[Ce4+]，使溶液颜色变黄；在电压的下降沿，[Ce4+]通过过程C消耗，生成[Br－]，体系中HBrO2的自催化生成受到抑制，系统又从B转换到A，可观察到溶液颜色变浅4 结论B-Z 振荡反响的表观活化能测定值分别为：E诱=46.924Jk/mol，E振 =65.356kJ/mol5 参考文献[1] 贺德华，麻英，连庆编. 根底物理化学实验. ：高等教育，2008.5.[2] 朱文涛编著. 根底物理化学. ：清华大学，2011.9.6 附录〔计算的例子、思考题等〕6.1 思考题1 卤素离子〔Cl- ，Br－ ，I－ 〕都很易和 HBrO2反响，如果在振荡反响的开场或是中间参加这些离子，将会出现什么现象？试用 FKN 机理加以分析。

答：假设在振荡反响的开场参加，那么因卤素离子与 HBrO2 反响，会减缓 HBrO2的积累速率，如果卤素粒子过多，会导致 HBrO2 无法到达触发振荡反响的临界浓度，无法发生振荡假设在振荡中间参加，因临界溴离子浓度较小，会使得[Br-] > ，体系转化至步骤 A，如果量大的话,可能会使得振荡反响终止 2 为什么 B-Z 反响有诱导期？反响何时进入振荡期？答：因为振荡涉与的关键物质 HBrO2 在一开场并不存在，需要由一系列的反响来进展积累，而且还存在着自身的分解反响，故需要一个较长的积累期，当它的生成速率与分解速率相等时，反响便进入振荡期 3 影响诱导期的主要因素有哪些？答：反响温度、反响物浓度、卤素离子等杂质浓度、搅拌均匀程度 4 体系中什么样的反响步骤对振荡行为最为关键？答：步骤 A、B 形成竞争关系，通过 HBrO2 这个关键物质的生成、分解反响的相互竞争，来调配振荡过程的进展，通过催化剂铈离子来表达周期性的电位变化、颜色转化，而这个振荡所需的能量那么由反响物丙二酸和溴酸根离子来提供，二者发生氧化复原反响来维持振荡，当这两者消耗完或者低于某一临界浓度时，振荡终止6.2 实验总结本次实验总体上比拟满意，在实验中学习了B-Z反响的机理，同时也知道了如何测定其表观活化能。

最后E诱与文献值相差较大，但询问同学发现这是一个普遍现象可能以后还应想到更好的判断诱导期的方法，从而提高实验精度总体上感觉通过这次实验收获很大，也很感助教对实验操作的讲解。