2023年BZ振荡反应实验报告.doc

学院：理学院 专业：应用化学指导教师： 实验时间： 姓名： 学号： BZ振荡反映实验摘要： 本文用铂电极及217型甘汞电极做参比电极测定了B-Z振荡反映的电位变化曲线，通过改变温度、酸度及KBrO3浓度观测对反映诱导期、振荡周期的影响，获得了表观活化能等参数关键词：B-Z振荡反映、温度、酸度、浓度、变化1、前言1.1 B Z振荡反映历史化学振荡反映是具有非线性动力学微分速率方程，是在开放体系中进行的远离平衡的一类反映体系与外界环境互换物质和能量的同时，通过采用适当的有序结构状态耗散环境传来的物质和能量这类反映与通常的化学反映不同，它并非总是趋向于平衡态的192023，伯克利加州大学的布雷(Bray，William)在用碘作催化剂使过氧化氢分解为水和氧气时，第一次发现了振荡式的化学反映但依据经典热力学第二定律，认为任何化学反映只能走向退化的平衡态，因而当时的化学家否认了这个发现1952年，英国数学家图灵通过数学计算的方法，在理论上预见了化学振荡这类现象的也许性1958年，俄国化学家别洛索夫(Belousov) 和扎鲍廷斯基(Zhabotinskii)初次报道了以金属铈作催化剂，柠檬酸在酸性条件下被溴酸钾氧化时可呈现化学振荡现象：溶液在无色和淡黄色两种状态间进行着规则的周期振荡。

该反映即被称为Belousov- Zhabotinskii反映，简称B-Z反映1969年，现代动力学奠基人普里戈金提出耗散结构理论，人们才清楚的结识到振荡反映产生的因素：当体系远离平衡态时，即在非平衡非线性区，无序的均匀态并不总是稳定的在特定的动力学条件下，无序的均匀定态可以失去稳定性，产生时空有序的状态，这种状态称之为耗散结构例如浓度随时间有序的变化(化学振荡)，浓度随时间和空间有序的变化(化学波)等耗散结构理论的建立为振荡反映提供了理论基础，从此，振荡反映赢得了重视，它的研究得到了迅速发展化学振荡是一类机理非常复杂的化学过程，Field、Koros、Noyes三位科学家通过四年的努力，于1972年提出俄勒冈（FKN）模型，用来解释并描述B-Z振荡反映的很多性质该模型涉及20个基元反映环节，其中三个有关的变量通过三个非线性微分方程组成的方程组联系起来，该模型如此复杂以至20世纪的数学尚不能一般地解出这类问题，只能引入各种近似方法测定、研究BZ化学振荡反映可采用离子选择性电极法、分光光度法和电化学等方法1.2反映原理将具有溴酸钾、丙二酸的溶液与溶于硫酸的硝酸铈（铵）溶液混合，由于呈黄色而无色，反映中还可以观测到体系在黄色和无色之间作周期性的振荡。

丙二酸在硫酸介质中及金属铈离子的催化作用下被溴酸氧化在过量丙二酸存在时，净反映过程为： 根据FKN机理，B-Z振荡不少于11个元反映，若抓住其中三个关键物质， 、、，则可以简化为用6个元反映来描述：过程A：当足够大时（1） 　　　（慢）（2）　　 （快） （注：此处一旦生成，立即与丙二酸反映，被消耗）过程B：当较小时，按下式被氧化3） （慢） （4） （快）（5） 过程C：溴离子再生（6） 过程A、B、C合起来组成反映系统中一个振荡周期从过程B看出，当较小时，的生成具有自催的特点当足够大时，按反映（2）消耗，随着的减少，反映（3）同时对的竞争，当达成某临界值临界时，过程B中自催化引起的生成速率正好等于过程A中的消耗速率若体系中<，通过自催化迅速增长，而导致[]通过反映（2）迅速下降，系统的重要过程从A过程切换到B过程，最后通过C过程使再生若体系中> ，体系中的自催化生成受到克制，系统又从B过程切换到A过程，从而完毕一个循环可见当足够大时，反映按A过程进行；随着下降，反映从A切换到B过程，通过C过程使再生，因此，在振荡反映中相称于“选择开关”作用。

而铈离子在反映中起催化作用，催化B过程和C过程通过B-Z振荡曲线，可以了解研究其反映，由于反映中和 随时间作周期性变化，在实验中，用溴离子选择电极、铂电极分别测定 和随时间的变化曲线1.3其他BZ振荡反映Ａｇ＋－Ｃｅ（ＳＯ４）２－ＫＢｒＯ３－ＣＨ２（ＣＯＯＨ）２－Ｈ２ＳＯ４化学振荡反映酸衍生物与丙酮作混合底物的ＢＺ共振荡反映─—ＫＢｒＯ３（ＣＨ３Ｏ）３ＣＣＨ（ＮＨ２）ＣＯＯＨ／ＣＨ３ＣＯＣＨ３／ＭｎＳＯ４／Ｈ２ＳＯ４乳酸-丙酮-BrO_3~--Mn~(2+)-H_2SO_4NaBrO_3-CH_2(COOH)_2-H_3PO_4-CuL~(2+)2、实验部分 2.1设计方案 （1）控制温度为25℃，KBrO3 浓度为0.25mol/l，再依次改变H2 SO4 浓度，H2 SO4 浓度分别为2.0、 2.5、 3.0 、3.5、 4.0 mol/l （2）控制温度为25℃，H2 SO4 浓度为3.0mol/l，再依次改变KBrO3浓度，KBrO3 浓度分别为0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol/l3）控制H2 SO4 浓度为3.0mol/l、KBrO3 浓度为0.25mol/l，再依次改变温度，温度分别为25、30、35、40、45℃。

2.2仪器及药品南京桑力BZ反映数据采集接口系统 微型计算机 HK-2A型恒温槽 磁力搅拌器 213型铂电极217型甘汞电极 100ml容量瓶8个1000ml容量瓶4个 10ml移液管12只10ml量杯1个 100ml量筒1个溴酸钾固体 丙二酸固体硝酸铈铵固体 浓硫酸（18.4mol/l）2.3操作环节 （1）配制试剂 量杯或量筒量取10.9、13.6、163.0、19.0、21.7ml浓硫酸分别边摇边到贴上标签的5个容量瓶中(4个100ml，1个1000ml)，待冷却后定容摇匀，配成2.0、2.5、3.5、4.0mol/l硫酸溶液各100ml，3.0mol/l硫酸溶液1000ml；在分析天平上分别准确称取2.51、3.34、41.75、5.01、5.85g溴酸钾分别在烧杯中溶解后所有转入贴上标签的5个容量瓶中(4个100ml，1个1000ml) 定容摇匀，配成0.15、0.20、0.30、0.35mol/l各100ml及0.25mol/l KBrO3 溶液1000ml；在分析天平上准确称取46.8g丙二酸固体，在烧杯中溶解后所有1000ml容量瓶中，定容、摇匀；在分析天平上准确称取2.19g硝酸铈铵固体，溶于0.2mol/l的硫酸中，然后所有转入1000ml容量瓶中，再用0.2mol/l硫酸定容摇匀，贴上标签。

2）绘制电位—时间曲线按图连接仪器： 实验装置示意图 将超级恒温水浴锅温度设定为相应值，用乳胶管链接反映器，注意下进上出，检查各仪器的链接状况，打开BZ1.50进入绘图界面，设立纵坐标为0.3~1.5，横坐标为30（一般为默认状态），也可以根据实际测得电位值设定，将超级恒温水浴锅的温度设定为相应的温度，用乳胶管链接反映器，注意下进上出，待温度达成设定值时加入丙二酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液各10ml并启动搅拌磁子，恒温5min后加入10ml硝酸铈铵溶液，在加入硝酸铈铵溶液的同时按下鼠标点击开始绘图按钮，待图形会出5~10个振荡周期后点击停止绘图按钮并保存相关图形，文献为BZD和BMP格式，注意区别各个实验图更换反映物前要用蒸馏水冲洗两支电极和反映器a、控制温度和溴酸钾浓度时，温度设定为25℃，溴酸钾浓度为0.25mol/l，依次加入2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mol/l的硫酸；b、控制温度和酸度时，温度设为25℃，硫酸浓度为3.0mol/l,依次加入0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol/l的溴酸钾溶液；c、控制酸度和溴酸钾浓度时，硫酸浓度为3.0mol/l，酸钾浓度为0.25mol/l，依次设定超级恒温水浴温度为25、30、35、40、45 ℃。

待所有实验结束后整理实验台，将水浴锅的水倒出，擦干；将数据线、连接电极与数据解决器的导线及连接反映器的乳胶管拆下装好，电极和磁搅拌子洗净放好；反映器洗净放入箱内凹槽内将玻璃仪器洗净放入柜子里3、结果分析（1）改变酸度的影响图（控制温度为25℃，KBrO3 浓度为0.25mol/l ）H2 SO4浓度 2.0 mol/lt诱=378.0s t周=95.4s H2 SO4浓度 2.5 mol/lt诱 =374.4s t周 =87.2s H2 SO4浓度 3.0 mol/lt诱=399.6s t周=70.6s H2 SO4浓度 3.5 mol/lt诱=392.4s t周=66.2s H2 SO4浓度 4.0 mol/lt诱=388.8s t周=62.6sCH2 SO4 /（mol/l）2.02.53.04.04.5t诱/（s）378.0374.4399.6392.4388.8t周 /（s）95.487.270.666.262.6单个图的振荡周期在所测时间内基本相同，改变硫酸的用量在误差范围内诱导时间随硫酸H2 SO4的曾加而没有多大变化，对诱导期的影响不大，振荡周期逐渐减小，说明它在诱导期里的作用有些特殊。

2）改变KBrO3浓度的影响图（控制温度25℃H2 SO4浓度为3.0mol/l） KBrO3 浓度为0.15mol/lt诱=396.0s t周=112.6sKBrO3 浓度为0.20mol/lt诱=460.8s t周=98.2sKBrO3 浓度为0.25mol/lt诱=399.6s t周=70.6sKBrO3 浓度为0.30mol/lt诱=392.4s t周=68.8sKBrO3 浓度为0.35mol/lt诱=403.2s t周=65.2s C KBrO3 /（mol/l）0.150.200.250.300.35t诱 /（s）396.0460.8399.6392.4403.2t周 /（s）112.698.270.668.865.2溴酸钾增长后，在误差范围内诱导时间随KBrO3浓度的曾加而有一些延长，振荡周期逐渐减小，这也许是由于HBrO2临界值(k3/2k5)·[BrO3-][H+]与BrO3-成正比，这样HBrO2积累时间被延长，诱导期增长3）改变温度（控制KBrO3浓度为0.25mol/l，H2 SO4浓度为3.0mol/l）温度为25℃t诱=399.6s t周=70.6s 温度为30℃t诱=273.6s t周=55.1s 温度为35℃t诱=212.4s t周=40.3s 温度为40℃t诱=147.6s t周=31.0s温度为45℃t诱=122.4s t周=22.7s 温度/（℃）2530354045t诱/（s）399.6273.6212.4147.6122.4t。