BZ振蕩反應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

驗(yàn)九BZ振蕩反應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解BZ振蕩反應(yīng)的基本原理；體會(huì)自催化過程是產(chǎn)生振蕩反應(yīng)的必要條件。2.初步理解耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡的非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制。3.掌握測定反應(yīng)系統(tǒng)中電勢變化的方法；了解溶液配制要求及反應(yīng)物投放順序。二、實(shí)驗(yàn)原理自然界存在大量遠(yuǎn)離平衡的敞開系統(tǒng)，它們的變化規(guī)律不同于通常研究的平衡或近平衡的封閉系統(tǒng)，與之相反，它們是趨于更加有秩序、更加有組織。由于這類系統(tǒng)在其變化過程中與外部環(huán)境進(jìn)行了物質(zhì)和能量的交換，并且采用了適當(dāng)?shù)挠行蚪Y(jié)構(gòu)來耗散環(huán)境傳來的物質(zhì)和能量，這樣的過程稱為耗散過程。受非線性動(dòng)力學(xué)控制，系統(tǒng)變化顯示了時(shí)間、空間的周期性規(guī)律。目前研究的較多、較清楚的典型耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)即有機(jī)物在酸性介被催化溴氧化的一類反應(yīng)，如丙二酸在Ce作用下，自BZ振蕩反應(yīng)是用首先發(fā)現(xiàn)這類反應(yīng)的前蘇聯(lián)科學(xué)家Belousov及Zhabotinsky的名字而命名的，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：為BZ振蕩反應(yīng)系統(tǒng)，質(zhì)中4+的催化酸性介質(zhì)中溴氧化的反應(yīng)。2BrO-+3CH(COOH)+2H+2BrCH(COOH)+3CO+4HO（1）322222真實(shí)反應(yīng)過程是比較復(fù)雜的，該反應(yīng)系統(tǒng)中HBrO2中間物是至關(guān)重要的，它導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)自催化過程發(fā)生，從而引起反應(yīng)振蕩。為簡潔的解釋反應(yīng)中有關(guān)現(xiàn)象，對反應(yīng)過程適當(dāng)簡化如下：當(dāng)Br－濃度不高時(shí)，產(chǎn)生的HBrO2中間物能自催化下列過程：BrO-+HBrO+H+2BrO+HO（2）3222BrO+Ce3++H+HBrO+Ce（3）4+22在反應(yīng)（3）中快速積累的Ce又加速了下列氧化反應(yīng)：4+4Ce4++BrCH(COOH)+HO+HO-Br32+Br+4Ce（+43）CO+6H222C4），當(dāng)達(dá)到臨界濃度值后，反應(yīng)系統(tǒng)中下列反應(yīng)成為主導(dǎo)反應(yīng)：Br-,c通過反應(yīng)（BrO-+Br+2H+HBrO+HOBr（5）（6）-32HBrO+Br+H+2HOBr-2反應(yīng)（6）與反應(yīng)（2）對HBrO2競爭，使得反應(yīng)（2）、（3）幾乎不發(fā)生。Br不斷消耗，當(dāng)－Br消耗到臨界值以下，則反應(yīng)（2）、（3）為主導(dǎo)作用，而反應(yīng)（5）、（6）幾乎不發(fā)生。由－CCBr-此可見，反應(yīng)系統(tǒng)中Br－濃度的變化相當(dāng)于一個(gè)“啟動(dòng)”開關(guān)，當(dāng)時(shí)，反應(yīng)（2）、5）、（6）起動(dòng)力學(xué)方程式中出現(xiàn)6）中消耗，又在反應(yīng)（4）中Ce3+、Ce4+分別在（3）、（4）中消耗和產(chǎn)生，所以Br、Ce3+、Ce4+在反應(yīng)過程中濃度會(huì)出－Br-,c（3）起主導(dǎo)作用，通過反應(yīng)（主導(dǎo)作用，Br－又被消耗。由于反應(yīng)（2）、（3）中存在自催化過程，使出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。Br在（5）、（4）不斷使Br積累；當(dāng)時(shí)，反應(yīng)（－CCBr-Br-,c非線性關(guān)系，導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生；－BrO-和CH(COOH)現(xiàn)周期性變化，而反應(yīng)物，在反應(yīng)過程中不斷消耗，不會(huì)再生，因322此，它們不會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。C值又反應(yīng)（2）、（6）可求得Br-,ckC6CCkCCCHBrO2HBrO22Br-,cH+BrO3-H+CkC/k5106C所以26Br-,cBrO3-BrO3-三、儀器與試劑：NDM－1電壓測量儀；磁力攪拌器；SYC－15B超級恒溫水??；反應(yīng)器100ml；217型甘汞電極；213型電鉑極；數(shù)據(jù)采集接口裝置；溴酸鉀（GR）；丙二酸（AR）；計(jì)算機(jī)；硝酸鈰銨（AR）；濃硫酸（AR）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1.用1.00moldm3硫酸作217型甘汞電極液接；2.按圖連接好儀器，打開超級恒溫水浴，將溫度調(diào)節(jié)至25.±0.1℃；3.配制0.45moldm3moldm3moldm3250ml、0.25溴化鉀250ml、3.00硫酸介質(zhì)中配制4103moldm3的硫酸鈰銨250ml。丙二酸250ml；在0.20moldm3硫酸4.在反應(yīng)器中加入已配好的丙二酸溶液、溴酸鉀溶液、硫酸溶液各15ml；5.打開磁力攪拌器，調(diào)節(jié)合適速度；6.將精密數(shù)字電壓測量儀置于分辨率為0.1mV檔（即電壓測量儀的2V檔），且為“手動(dòng)”狀態(tài)，甘汞電極接負(fù)極，鉑電極接正極；7.恒溫5min后，加入硫酸鈰銨溶液15ml，觀察溶液顏色的變化，同時(shí)開始計(jì)時(shí)并記錄相應(yīng)的變化電勢；8.電勢變化首次到最低時(shí)，記下時(shí)間t；誘9.用上述方法將溫度設(shè)置為30℃、35℃、40℃、45℃重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并記下t；誘10.根據(jù)t與溫度數(shù)據(jù)ln(1/t)1/T作圖。誘誘五、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)中溴酸鉀試劑要求純度高，為GR級；其余為AR級。2.配制硫酸鈰銨溶液時(shí)，一定要在0.2moldm3硫酸介質(zhì)中配制，防止發(fā)生水解呈渾濁。3.反應(yīng)器應(yīng)清潔干凈，轉(zhuǎn)子位置和速度都必須加以控制。4.電壓測量儀一定要置于0.1mV分辨率的手動(dòng)狀態(tài)下。5.跟電腦連接時(shí)，用要專用通訊線將電壓測量儀的串行口與電腦串行口相接，在相應(yīng)軟件下工作。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理11t(min)誘溫度(C)T(min)lnt誘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根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出ln(1/)~1/T圖如下：t誘依據(jù)上圖就可求出任何溫度下的誘導(dǎo)期和振蕩周期。七、思考題1.試述影響誘導(dǎo)期的主要因素。答：中間體的生成速率。2.初步說明BZ振蕩反應(yīng)的特征及本質(zhì)。答：BZ振蕩反應(yīng)的特征如下：（1）反應(yīng)必須是敞開