BZ振荡实验[实验研究]
4页1、BZ振荡实验一、实验目的及要求 1.了解BZ(Belousov-Zhobotinski)振荡反应的基本原理,观察BZ化学振荡实验。 2.了解化学振荡反应中的电势测定方法,通过测定电位-时间曲线求得化学振荡反应的表观活化能。二、实验原理 1.BZ振荡反应化学振荡是指反应系统中的某些量(如某组分的浓度)随时间做周期性的变化。BZ振荡实验是由贝诺索夫(Belousov)和柴波廷斯基(Zhobotinski)发现和发展起来的,是指在酸性介质中,有机物在有金属离子催化的条件下被溴酸盐氧化,某些组分的浓度发生周期性的变化。大量实验研究表明,化学振荡反应的发生必须满足三个条件:(1)必须是远离平衡态体系;(2)反应历程中含有自催化步骤;(3)体系必须具有双稳态性,即可在稳态间来回振荡。2.FKN机理菲尔德(Field)、科罗什(Koros)、诺伊斯(Noyes)三位科学家对BZ振荡反应实验进行了解释,称为FKN机理。下面以BrO3Ce4+CH2(COOH)2H2SO4体系为例说明。在该体系中发生的总反应为:该反应的的核心内容是系统中存在受Br浓度控制的A和B两个过程。具体的说,当Br的浓度高于某个浓
2、度(这个浓度被称为临界浓度C临)时,BrO3被还原成Br2,即发生A过程。 过程A: (注:HOBr产生后立即被丙二酸消耗,反应过程如下: 当Br-的浓度低于临界浓度时,或者说Br-的浓度较低时,Ce3被氧化为Ce4,发生B过程。过程B: (自由基反应瞬间完成) Br-再生过程: 过程A是消耗Br并产生能进一步发生反应的HBrO2,HOBr是中间产物,产生之后立即被丙二酸消耗。 过程B是一个自催化的过程(HBrO2充当催化剂),在Br消耗到一定程度后,HBrO2才按和进行,并使反应不断加速,与此同时,Ce3被氧化为Ce4+。HBrO2的累积还受的制约。 反应为丙二酸被溴化为BrCH(COOH)2,与Ce4+反应生成Br使Ce4+转化为Ce3+。这个反应使得Br和Ce3+再生,形成周期振荡,并且控制A过程和B过程发生的离子是Br。 3.Br的临界浓度 过程A中,慢反应控制整个A过程的速度,当过程A达到准定态,即=,这时:k1BrO3BrH+2=k2HBrO2BrH+,得:HBrO2A=k1/k2BrO3H+。 过程B中,慢反应产生的自由基BrO2立即反应,当反应达到准定态,即=,这时k3
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