BZ振荡反应实验

1、BZ振荡反应实验BZ振荡反应实验一、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 .掌握在硫酸介质中以金属钟离子作催化剂时,丙二酸被淡酸氧 化体系的基本原理。3 . 了解化学振荡反应的表观活化能计算方法。二、实验原理BZ振荡反应系统是有机物在酸性介质中被催化溟氧化的一类反 应，如丙二酸在Ce”的催化作用下，自酸性介质中澳氧化的反应。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,+4HQ (1)真

2、实反应过程是比较复杂的，该反应系统中HBrOz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BL浓度不高时，产生的HBrOz中间物能自催化下列过程:BrO'+HBrC,+H =2BrO2+H2O(2)BrO2+Ce3F+Hb = HBQ+Ce"（3）在反应（3）中快速积累的Ce"又加速了下列氧化反应：4Ce4+ +BrCH（COOU）2 +H2O41 IOBr = 2Br-十 4Ce计 +3CO2+6H+（ 4 ）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 IM .1为

3、主导反应：BrO5+Br +2H =HBrO24-HOBr（5）HBrO2+Br+H=2HOBr（6）反应（6）与反应（2）对HBrOz竞争，使得反应（2）、（3）几乎不 发生。BL不断消耗，当BL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 BL浓度的变化相当于一个“启动”开关，当Cb.”,时，反应（2）、 （3）起主导作用，通过反应（4）不断使BL积累；当Cb口 Cb入时, 反应（5）、（6）起主导作用，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。BF在（5）

4、、（6）中消耗，又在反应（4）中产生；Ce3 Ce"分别在（3）、（4）中消耗和产生，所以Br-、Ce3 Ce"在反应过 程中浓度会出现周期性变化，而BrO；和CHKCOOH）?反应物，在反应 过程中不断消耗，不会再生，因此，它们不会出现振荡现象。Cb值又反应（2）、（6）可求得6HBrO2Br .cir = &C8fo18102c1r本实采用离子选择性电极上的电势（U）随时间（t）变化的U-t 曲线来观察BZ反应的振荡现象，同时测定不同温度对振荡反应的 影响。根据Ut曲线，得到诱导期（TQ。设反应的速率方程是：-dc/dt=kcn在温度Ti时速率常数为k”诱导期为

5、匕，那么c 111fkidt = kiuco cn ；在温度l时速率常数为k2,诱导期为t2,那么c (2-f = fk2dt = k2t2icn i由于起始浓度相同，反应程度相同，所以两式左边的积分值应相同, 则有根据阿仑尼乌斯公式:,kl Eaf 11 A , tlIn =ln k2 R(T1 T2 j t2可由诱导期推算表观活化能Em三、仪器试剂仪器：NDM-1电压测量仪；SYC-15B超级恒温水浴；磁力搅拌 器；反应器100ml； 217型甘汞电极；213型销电极；数据采集接口装置；计算机；试剂：澳酸钾（GR）；硝酸钾锭（AR）；丙二酸（AR）；浓硫酸（AR）。四、实验步骤1 .用1.

6、 00?。/加厂3硫酸作217型甘汞电极液接；2 .按图连接好仪器，打开超级恒温水浴，将温度调节至25. 0±0.1；3 .配制0. 45血 加3丙二酸250ml. 0. 25?。/ "尸溟化钾250ml、3. 00 mol - dni硫酸250ml ;在0. 20 mol - dm硫酸介质中配制 4x 10?mol - dm 的硫酸钟钱 250ml o4 .在反应器中加入已配好的丙二酸溶液、溪酸钾溶液、硫酸溶液 各 15ml；5 .打开磁力搅拌器，调节合适速度；6 .将精密数字电压测量仪置于分辨率为O.lmV档(即电压测量仪 的2V档)，且为“手动”状态，甘汞电极接负极，

7、的电极接正极；7 .恒温5min后，加入硫酸钾锭溶液15ml,观察溶液颜色的变化, 同时开始计时并记录相应的变化电势；8 .电势变化首次到最低时，记下时间总；9 .用上述方法将温度设置为30> 35。40。45七重复实验, 并记下，诱；10 .根据“与温度数据ln(l/“)I/T作图。五、数据记录及处理温度(K)1/T% (s)*3080.003247273.5-5.6113130.003195214-5. 3663180. 003145140.5-4. 9453230.003096118-4.7713280. 00304988-4. 477根据实验数据作出皿|%)|/丁图如下:根据上图

8、可得出直线斜率为k=-5785.64,则表观活化能E M=-kR=5785. 64*8. 314=48850J=48. 85kJ六、注意事项L实验中澳酸钾试剂要求纯度高，为GR级；其余为AR级。2 .配制硫酸钾锭溶液时，一定要在0. 2山加尸硫酸介质中配制, 防止发生水解呈浑浊。3 .反应器应清洁干净，转子位置和速度都必须加以控制。4 .电压测量仪一定要置于0.lmV分辨率的手动状态下。5 .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。七、思考题6 试述影响诱导期的主要因素。答：中间体的生成速率。7 .初步说明BZ振荡反应的特征及本质。答：BZ振荡反应的特征如下：（1）反应必须是敞开系统，且远 离平