蓝瓶子实验与b-z振荡反应研究.doc

蓝瓶子实验与蓝瓶子实验与 B-Z 振荡反应研究振荡反应研究【【新课引入新课引入】】[教师活动教师活动]：：向学生展示“蓝瓶子”实验，让学生观察实验现象 [学生活动学生活动]：：锥形瓶中的溶液由蓝色褪成无色 [教师活动教师活动]：：请一位同学振荡锥形瓶，让学生继续观察实验现象 [学生活动学生活动]：：锥形瓶中的溶液又由无色变成了蓝色 [教师活动教师活动]：：学生产生浓厚的学习兴趣和求知欲，课堂气氛比较活跃，此时趁热打铁向学 生展示空间波实验，并要求学生仔细观察实验现象 [学生活动学生活动]：：一段时间内观察到培养皿中的溶液在红色和蓝色之间不断变化，溶液中有波 纹出现 [教师活动教师活动]：：通过观察请学生归纳两个实验现象的共同点 [学生活动学生活动]：：“都发生了颜色变化” ， “都是一种周期性地变化” [教师活动教师活动]：：教师设问“那么这两个实验的实验现象又有什么不同点呢？” [学生活动学生活动]：：学生进行交流讨论 [教师活动教师活动]：：教师总结“蓝瓶子实验颜色的周期性变化需要人为的振荡，而空间波实验是 一种自发的变化” 教师设问“那么大家知道其中的原因吗？”带着对这个问题的思考向 学生介绍两个实验的反应原理，并引入今天实验课的主题 B-Z 振荡反应一、实验目的一、实验目的1、通过观察亚甲基蓝和亚甲基白在不同条件下的相互转化，学习观察方法，体验对比 实验法 2、了解 B-Z 震荡反应的基本原理 3、初步了解自然界中普遍存在的非平衡非线形问题二、实验原理二、实验原理蓝瓶子实验原理：蓝瓶子实验原理： 亚甲基蓝是一种暗绿色晶体，溶于水和乙醇，在碱性溶液中，蓝色亚甲基蓝很容易 被葡萄糖还原为无色亚甲基白。

振荡此无色溶液时，溶液与空气接触面积增大，溶液中 氧气溶解量就增多，氧气把亚甲基白氧化为亚甲基蓝，溶液又呈蓝色 （注意事项： NaOH 的用量太多或水浴加热的水温太高会导致葡萄糖在强碱性条件下形成双键在不同 位置的烯醇式和碳键断裂分解为醛，醛又聚合生成树脂状物质，最终溶液变黄失效 ） B-Z 震荡反应原理：震荡反应原理： 有些自催化反应有可能使反应体系中某些物质的浓度随时间(或空间)发生周期性的变 化，这类反应称为化学振荡反应最著名的化学振荡反应是 1959 年首先由别诺索夫 (Belousov)观察发现，随后柴波廷斯基(Zhabotinsky)继续了该反应的研究他们报道了以金 属铈离子作催化剂时，柠檬酸被氧化可发生化学振荡现象，后来又发现了一批溴酸盐的类 似反应，人们把这类反应称为 B-Z 振荡反应非平衡非线性问题是自然科学领域中普遍存 在的问题，大量的研究工作正在进行研究的主要问题是：体系在远离平衡态下，由于本 身的非线性动力学机制而产生宏观时空有序结构，称为耗散结构，最典型的耗散结构是 B- Z 体系的时空有序结构例如丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应就是 一个典型的 B-Z 振荡反应。

也是我们今天着重要研究的内容下面我们来看一下他的反应 原理：当[Br-]足够高时，发生反应 A： A.BrO3 -+2Br -+3CH(COOH)2+3H+=3BrCH(COOH)2+3H2O当[Br-]浓度降低到足够低时，反应 A 处于不稳定状态，一切反应切换到自催化反应， 发生反应 B： B. BrO3 -+4Ce 3++5H+=HOBr -+4Ce 4++2H2O 在这个反应中，Ce 3+ 被氧化成 Ce 4+离子，而 Ce 3+ 是无色的，Ce 4+是黄色的，表现 在溶液现象的变化此时具有氧化性的 Ce 4+将进一步与反应 A 中生成的溴代物BrCH(COOH)2反应，这个过程如反应 C： C：HOBr -+4Ce 4++ H2O+3BrCH(COOH)2=2Br -+4Ce 3++6H++3CO2 在这个反应体系中存在着两个受溴离子浓度控制过程 A 和 B，当[Br-]高于临界浓度 [Br-]时发生 A 过程，当[Br-]低于临界浓度[Br-]时发生 B 过程也就是说[Br-]起着开关作用， 它控制着从 A 到 B 过程发生，再由 B 到 A 过程的转变在 A 过程，由化学反应[Br-]降低， 当[Br-]到达临界浓度[Br-]时，B 过程发生。

Br-再生， ［Br-］增加，当［Br-］达到临界浓度 [Br-]，A 过程发生，这样体系就在 A 过程，B 过程间往复振荡，形成了一个循环往复的反 应链，即 A----B-----C-----A-----B------C 本实验是通过观察溶液颜色的变化来认识震荡体系，此外还有很多方法：测定吸光度 随时间的变化，测定电势随时间的变化等由上述可见，产生化学振荡需满足三个条件：1，反应必须远离平衡态化学振荡只有在远离平衡态，具有很大的不可逆程度时才能 发生在封闭体系中振荡是衰减的，在敞开体系中，可以长期持续振荡2，反应历程中应包含有自催化的步骤产物之所以能加速反应，因为是自催化反应， 如过程 A 中的产物 HBr02同时又是反应物 3．体系必须有两个稳态存在，即具有双稳定性三、仪器与试剂三、仪器与试剂1．仪器： 锥形瓶、试管、滴管、橡胶塞、烧杯、酒精灯、量筒、托盘天平、温度计、计时器， 烧杯，量筒，培养皿 2．试剂： 0.2%亚甲基蓝溶液、NaOH、葡萄糖、蒸馏水； 丙二酸，浓硫酸，溴酸钾，硝酸铈胺， 邻二氮菲指示剂四、实验步骤四、实验步骤 1、蓝瓶子实验 在 100mL 水中溶解 2g 葡萄糖，加入 3~5 滴亚甲基兰指示剂，再加入 0.5~2g 的 NaOH，观察实验现象。

2、B-Z 震荡 （1）空间波实验 实验开始前，先配制如下溶液： 溶液Ⅰ：3mL浓硫酸+11g溴酸钾+134mL去离子水 溶液Ⅱ：1.1g溴酸钾+10mL去离子水 溶液Ⅲ：2g丙二酸+20mL去离子水在培养皿中加入 18mL 溶液Ⅰ，再加入 1.5mL 溶液Ⅱ和 3mL 溶液Ⅲ，使它们混合均 匀，待溶液澄清后再加入 3mL 的邻二氮菲指示剂，使其混合均匀将其放在水平桌面上， 下面放一张白纸以利于观察培养皿中的溶液先呈现均匀的红色，片刻后溶液出现蓝点并 向外扩展，继而在蓝色内又出现红色，如此周期行反应并成环状向外扩展，形成各种同心 圆图案若倾斜培养皿使同心圆破坏，则可观察到螺旋状图案这些图案继续向四周扩展2）B-Z 震荡实验 在烧杯中加入 7ml 0.5mol.L-1的丙二酸和 15ml 0.2mol.L-1的溴酸钾，再加入 18ml 0.8mol.L-1的硫酸和 1ml 0.04mol.L-1的硝酸铈胺，混合均匀，最后加入 5 滴邻二氮菲指示剂， 观察颜色变化溶液的颜色由蓝色变成红色，再由红色变成蓝色，并记录他们的变化周期五、实验探究五、实验探究1.探究不同浓度的 KBrO3对震荡周期的影响KBrO3浓度/mol.L-10.10.20.3时间/ S1244018结论：在一定范围内，随着 KBrO3浓度的增大，震荡周期缩短。

2.探究不同浓度的 H2SO.4对震荡周期的影响H2SO4浓度/mol.L-10.81.01.4时间/ S43110121结论：在一定范围内，随着 H2SO.4浓度的增大，震荡周期增大 3.探究不同温度对震荡周期的影响温度/ 0 C303540时间/ S47268、结论：在一定范围内，随着温度的升高，震荡周期缩短六、思考题六、思考题1. B-Z 震荡可应用于哪些领域？ 答：生命科学、药物分析（维生素测定、农药残留测定等） 、和化学领域 2. B-Z 震荡实验受那些因素的影响？ 答：表面活性胶束、酸度、温度、催化剂等都会对 B-Z 震荡实验产生很大的影响七、注意事项七、注意事项（1）NaOH 的用量不能太多，否则会导致葡萄糖在强碱性条件下形成双键在不同 位置的烯醇式和碳键断裂分解为醛，醛又聚合生成树脂状物质，最终溶液变黄失效 （2）蓝瓶子实验时可在锥形瓶上塞上塞子，使反应现象更明显 （3）指示剂的加入量要适量，不可太多或太少，3~5 滴即可指示剂加得太多可 能观察不到实验现象，加得太少颜色变化不明显4）B-Z 振荡的探究实验中要控制好温度，并准确记录振荡周期。