BZ振荡反应实验报告

验九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即有机物在酸性介被催化溴氧化的一类反应，如丙二酸在Ce作用下，自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：为BZ振荡反应系统，质中4+的催化酸性介质中溴氧化的反应。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+Ce（3）4+22在反应（3）中快速积累的Ce又加速了下列氧化反应：4+4Ce4++BrCH(COOH)+HO+HO-Br32+Br+4Ce（+43）CO+6H222C4），当达到临界浓度值后，反应系统中下列反应成为主导反应：Br-,c通过反应（BrO-+Br+2H+HBrO+HOBr（5）（6）-32HBrO+Br+H+2HOBr-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－CCBr-此可见，反应系统中Br－浓度的变化相当于一个“启动”开关，当时，反应（2）、5）、（6）起动力学方程式中出现6）中消耗，又在反应（4）中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－Br-,c（3）起主导作用，通过反应（主导作用，Br－又被消耗。由于反应（2）、（3）中存在自催化过程，使出现振荡现象。Br在（5）、（4）不断使Br积累；当时，反应（－CCBr-Br-,c非线性关系，导致反应系统产生；－BrO-和CH(COOH)现周期性变化，而反应物，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-,ckC6CCkCCCHBrO2HBrO22Br-,cH+BrO3-H+CkC/k5106C所以26Br-,cBrO3-BrO3-三、仪器与试剂：NDM－1电压测量仪；磁力搅拌器；SYC－15B超级恒温水浴；反应器100ml；217型甘汞电极；213型电铂极；数据采集接口装置；溴酸钾（GR）；丙二酸（AR）；计算机；硝酸铈铵（AR）；浓硫酸（AR）。四、实验步骤：1.用1.00moldm3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.±0.1℃；3.配制0.45moldm3moldm3moldm3250ml、0.25溴化钾250ml、3.00硫酸介质中配制4103moldm3的硫酸铈铵250ml。丙二酸250ml；在0.20moldm3硫酸4.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0.1mV档（即电压测量仪的2V档），且为“手动”状态，甘汞电极接负极，铂电极接正极；7.恒温5min后，加入硫酸铈铵溶液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t；诱9.用上述方法将温度设置为30℃、35℃、40℃、45℃重复实验，并记下t；诱10.根据t与温度数据ln(1/t)1/T作图。诱诱五、注意事项1.实验中溴酸钾试剂要求纯度高，为GR级；其余为AR级。2.配制硫酸铈铵溶液时，一定要在0.2moldm3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0.1mV分辨率的手动状态下。5.跟电脑连接时，用要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11t(min)诱温度(C)T(min)lnt诱T256.573-1.882971.1100.9009304.557-1.516660.8861.1287353.564-1.270880.56961.7556402.343-0.851430.38562.5934451.969-0.677530.26443.7821501.467-0.383220.20144.9652根据实验数据作出ln(1/)~1/T图如下：t诱依据上图就可求出任何温度下的诱导期和振荡周期。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。2.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