BZ振荡反应实验报告.doc

BZ振荡反应一、实验目的1. 了解BZ振荡反应的基本原理；体会自催化过程是产生振荡反应的必要条件2. 初步理解耗散结构系统远离平衡的非线性动力学机制3. 掌握测定反应系统中电势变化的方法；了解溶液配制要求及反应物投放顺序二、实验原理自然界存在大量远离平衡的敞开系统，它们的变化规律不同于通常研究的平衡或近平衡的封闭系统，与之相反，它们是趋于更加有秩序、更加有组织由于这类系统在其变化过程中与外部环境进行了物质和能量的交换，并且采用了适当的有序结构来耗散环境传来的物质和能量，这样的过程称为耗散过程受非线性动力学控制，系统变化显示了时间、空间的周期性规律目前研究的较多、较清楚的典型耗散结构系统为BZ振荡反应系统，即有机物在酸性介质中被催化溴氧化的一类反应，如丙二酸在Ce4+的催化作用下，自酸性介质中溴氧化的反应BZ振荡反应是用首先发现这类反应的前苏联科学家Belousov及Zhabotinsky的名字而命名的，其化学反应方程式为：2BrO-+3CH（COOH）+2H+€2BrCH（COOH）+3CO+4HO（1）322222真实反应过程是比较复杂的，该反应系统中HBrO2中间物是至关重要的，它导致反应系统自催化过程发生，从而引起反应振荡。

为简洁的解释反应中有关现象，对反应过程适当简化如下：当Br-浓度不高时，产生的HBrO2中间物能自催化下列过程：BrO-+HBrO+H+€2BrO+HO（2）3222BrO+Ce3++H+€HBrO+Ce4+（3）22在反应（3）中快速积累的Ce4+又加速了下列氧化反应：4Ce4++BrCH（COOH）+HO€+HO-Br32+Br+4Ce（+34）CO+6H222通过反应（4），当达到临界浓度值C后，反应系统中下列反应成为主导反应：Br-,cBrO-+Br-+2H+€HBrO+HOBr（5）32HBrO+Br-+H+€2HOBr（6）2反应（6）与反应（2）对HBrO2竞争，使得反应（2）、（3）几乎不发生Br-不断消耗，当Br-消耗到临界值以下，则反应（2）、（3）为主导作用，而反应（5）、（6）几乎不发生由此可见，反应系统中Br-浓度的变化相当于一个“启动”开关，当C€C时，反应（2）、Br-Br-,c（3）起主导作用，通过反应（4）不断使Br-积累；当C€C时，反应（5）、（6）起Br-Br-,c主导作用，Br-又被消耗由于反应（2）、（3）中存在自催化过程，使动力学方程式中出现非线性关系，导致反应系统出现振荡现象。

Br-在（5）、（6）中消耗，又在反应（4）中产生；Ce3+、Ce4+分别在（3）、（4）中消耗和产生，所以Br-、Ce3+、Ce4+在反应过程中浓度会出现周期性变化，而BrO-和CH（COOH）反应物，在反应过程中不断消耗，不会再生，因322此，它们不会出现振荡现象C值又反应(2)、(6)可求得Br-,ckCCC€kCCC6HBrO2Br-,cH+2BrO3-HBrO2H+所以C€kC/k，5x10-6CBr-,c2BrO3-6BrO3-三、仪器与试剂SYC-15B超级恒温水浴反应器100ml；213型铂电极；计算机；硝酸铈铵（AR）;浓硫酸（AR）ZD-BZ振荡实验装置；磁珠（搅拌器）；217型甘汞电极；数据采集接口装置；溴酸钾（GR）；丙二酸（AR）；四、实验步骤：.用ool„dm-3硫酸作型7甘汞电极盐桥；配制mol„dm-3丙二酸mol„dm-3溴酸钾ool„dm-3硫酸按图连接好仪器，打开超级恒温水浴，将温度调节至土°C；;在2ol-dm-3硫酸介质中配制4,10-3mol-dm-3的硫酸铈铵在反应器中加入已配好的丙二酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液各；在反应器中放入磁珠，并调节合适的速度；将电压测量仪置于档，将正负极短接调零后，将甘汞电极接负极，铂电极接正极；打开计算机上的振荡反应实验系统软件，点击“数据通讯”-“开始通讯”选项，输入体系温度；恒温后，加入硫酸铈铵溶液，观察溶液颜色的变化，同时点击确定开始记录相应的变化电势；观察图中电势的变化情况，在经过个振荡周期后，点击菜单“数据通讯”-“停止通讯”结束记录；点击菜单“文件”-“保存”保存反映曲线；用上述方法将温度设置为°C、5、°C、5、°C重复实验，记录下每个温度下的反应曲线并保存；点击表现活化能面板，点击菜单“文件”-“打开”打开5°C的个反应曲线；点击放大5反应曲线，然后点击菜单“数据处理”-“计算活化能参数”，然后点击鼠标右键确定诱导时间和振荡周期。

用上述方法求出°C、5、°C、5、C的诱导时间和振荡周期点击菜单“数据处理”-“数据映射”将数据映射到表格中，然后点击“数据处理”-“计算表现活化能”，作图并计算出诱导表现活化能和振荡表现活化能五、注意事项实验中溴酸钾试剂要求纯度高，为级；其余为级配制硫酸铈铵溶液时，一定要在mol-dm-3硫酸介质中配制，防止发生水解呈浑浊3反在应器应清洁干净，磁珠和速度都必须加以控制4实在验前必须将电压仪正负极短接后调零5在跟电脑连接时，要用专用通讯线将电压测量仪的串行口与电脑串行口相接，在相应软件下工作六、实验数据及数据处理温度°ct诱1ln—t1T七、思考题1.试述影响诱导期的主要因素答：中间体的生成速率初步说明振荡反应的特征及本质答：振荡反应的特征如下：（）反应必须是敞开系统，且远离平衡态；（）反应历程中应包含自催化的步骤；（）系统具有双稳定性振荡反应的本质是必然是耗散结构，化学振荡的动力学具有非线形的微分速率公式说明实验中测得的电势的含义答：说明离子的浓度随时间的周期性变化情况从而导致电势周期性的发生变化。