BZ振荡实验报告夏胜军材52.docx

B-Z振荡反应姓名：夏胜军 学号：20150011944 班级：材52 同组实验者：韦尧洁实验日期：2016年11月3日 提交报告日期：2016年11月6日 助教：代巧玲引言1.1实验目的1．了解Belousov-Zhabotinski反应（简称B-Z反应）的机理。2．通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。1.2实验原理化学振荡的定义：反应系统中某些物理量如组分的浓度随时间作周期性的变化。B-Z振荡的定义：在金属铈离子、铁离子和锰离子等的催化下，柠檬酸等有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的溴酸氧化反应系统能出现化学振荡现象。人们笼统地称这类反应为B-Z反应。由实验测得的B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图1所示：图1：B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线B－Z反应的机理：目前为人们普遍接受的是关于在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化的机理，简称为FKN机理。其主要的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下：FKN机理序号机理步骤速率或速率常数（1）（2）（3）（4）（5）（6）快速（7）（8）（9）（10）注：ki代表第i个反应步骤的速率，MA和BrMA分别为CH2(COOH)2和BrCH(COOH)2的缩写。按照FKN机理，对化学振荡现象解释如下：当[Br－]较大时，反应主要按表中的（1）、（2）、（3）进行，总反应为： （11）生成的Br2按步骤（7）消耗掉。步骤（1）、（2）、（3）、（7）组成了一条反应链，称为过程A，其总反应为： （12）当[Br－]较小时，反应按步骤（5）和（6）进行，总反应为： （13）步骤（5）为该反应的速度控制步骤（（5）的逆反应速率可忽略），这样有 （14）上式表明HBrO2的生成具有自催化的特点，但HBrO2的增长要受到步骤（4）的限制。（4）、（5）、（6）组成了另一个反应链，称为过程B。其总反应为： （15）最后Br－可通过步骤（9）和（10）而获得再生，这一过程叫做C。总反应为： （16）过程A、B、C合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。当[Br－]足够大时，HBrO2按A中的步骤（2）消耗。随着[Br－]的降低，B中的步骤（5）对HBrO2的竞争愈来愈重要。当[Br－]达到某个临界值[]时，自催化步骤（5）引起的HBrO2的生成速率正好等于过程A中由步骤（2）引起的HBrO2的消耗速率，即 （17）由（17）式易得：当时，[HBrO2]通过自催化反应（13）很快增加，导致[Br－]通过反应步骤（2）而迅速下降。于是系统的主要过程从A转换到B。B中产生的Ce4+通过C使Br－再生，[Br－]慢慢回升；当时，体系中HBrO2的自催化生成受到抑制，系统又从B转换到A，从而完成一个循环。在本次实验中，如果用1/t诱和1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢，那么通过测定不同温度下的t诱和t振可估算表观活化能E诱和E振。实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验药品： 0.02mol·dm-3硝酸铈铵；0.5mol·dm-3丙二酸；0.2mol·dm-3溴酸钾；0.8mol·dm-3硫酸。实验仪器：大学化学实验计算机接口 清华大学化学系研制；高精度低温恒温槽：THGD-0506宁波天恒仪器厂；78-2型双向磁力加热搅拌器 江苏省金坛市荣华仪器有限公司；反应器1个；铂电极1个；饱和甘汞电极1个；滴瓶3个；25ml量筒2个；10ml量筒1个；2ml移液管1支；烧杯2个；洗瓶1个；镊子1把。实验装置图：：1 计算机及其数据接口2 恒温浴槽3 电极搅拌器，4 饱和甘汞电极5 铂电极图2：B－Z振荡反应装置图实验条件实验时室温为15.0℃，湿度为39%，压力为101.3kPa。在反应过程中，分别设定反应温度为20℃、25℃、30℃、35℃进行4组实验。 实验操作步骤及方法要点检查仪器药品。按装置图接好线路。接通相应设备电源，准备数据采集。调节恒温槽温度为20℃。分别取7ml丙二酸、15ml溴酸钾、18ml硫酸溶液于干净的反应器中，开动搅拌。打开数据记录设备，开始数据采集，待基线走稳后（约300s），用移液管加入2ml硝酸铈铵溶液。观察溶液的颜色变化，观察反应曲线，出现振荡后，待振荡周期完整重复8~10次后，停止数据记录，保存数据文件。升高温度3~5℃，重复步骤4和5，直到35℃。退出数据采集-振荡反应界面。进入B-Z振荡反应数据处理软件，点击打开文件，找出已保存对应温度下的振荡曲线并调出。选择诱导期起始点：移动光标，注意观察Y轴值的变化，找出加入硝酸铈铵后，曲线变化的起点，并将光标停在该点，点击鼠标左键，在左下角显示的该点附近几个坐标中选择诱导期起点。选择诱导期终点：移动光标，注意观察Y轴值的变化，找出开始出现振荡曲线变化的前一点