【2017年整理】实验二十五BZ化学振荡反应.doc

实验二十五 BZ化学振荡反应 【目的要求】 ， 【实验原理】 (1) Br-＋BrO3-＋2H+ → HBrO2＋HBrO (2) Br-＋HBrO2＋H+ → 2HBrO 过程B (3) HBrO2＋BrO3-＋H+ → 2BrO2. ＋H2O (4) BrO2.＋Ce3+＋H+ → HBrO2＋Ce4+ (5) 2HBrO2 → BrO3-＋H+＋HBrO 过程C (6) 4Ce4+＋BrCH(COOH)2＋H2O＋HBrO 2Br-＋4Ce3+＋3CO2＋6H+ 过程A是消耗Br-，产生能进一步反应的HBrO2，HBrO为中间产物。 过程B是一个自催化过程，在Br-消耗到一定程度后，HBrO2才按式(3)、(4)进行反应，并使反应不断加速，与此同时，Ce3+被氧化为Ce4+。HBrO2的累积还受到式(5)的制约。 过程C为丙二酸被溴化为BrCH(COOH)2，与Ce4+反应生成Br-使Ce4+还原为Ce3+。 过程C对化学振荡非常重要，如果只有A 和B，就是一般的自催化反应，进行一次就完成了，正是C的存在，以丙二酸的消耗为代价，重新得到Br-和Ce3+，反应得以再启动，形成周期性的振荡。 该体系的总反应为： 2H++2BrO+3CH2(COOH)22BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O 振荡的控制离子是Br-。 由上述可见，产生化学振荡需满足三个条件： 1. 反应必须远离平衡态。化学振荡只有在远离平衡态，具有很大的不可逆程度时才能发生。在封闭体系中振荡是衰减的，在敞开体系中，可以长期持续振荡。 2. 反应历程中应包含有自催化的步骤。产物之所以能加速反应，因为是自催化反应，如过程A中的产物HBrO2同时又是反应物。 3. 体系必须有两个稳态存在，即具有双稳定性。 化学振荡体系的振荡现象可以通过多种方法观察到，如观察溶液颜色的变化，测定吸光度随时间的变化，测定电势随时间的变化等。 本实验通过测定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B-Z反应的振荡现象(见图2-25-1)，同时测定不同温度对振荡反应的影响。根据U－t曲线，得到诱导期(t诱)和振荡周期(t1振，t2振，…)。 按照文献的方法，依据及公式，计算出表观活化能E诱，E振。 图2--1 U-t图 【仪器】 【实验步骤】 ·dm-3丙二酸溶液100mL，0.25 mol·dm-3溴酸钾溶液100mL，3.00 mol·dm-3硫酸溶液100mL，4×10-3 mol·dm-3的硫酸铈铵溶液100mL。 2. 按图2--2连接好仪器，打开超级恒温槽，将温度调节到(25.0℃±0.1)℃。 3. 在恒温反应器中加入已配好的丙二酸溶液10mL，溴酸钾溶液10mL，硫酸溶液10mL，恒温10min后加入硫酸铈铵溶液 图2--2 实验装置 10mL，观察溶液的颜色变化，同时记录相应的电势－时间曲线。 4. 用上述方法改变温度为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，重复上述实验。 【注意事项】 ·dm-3H2SO4作液接，可用硫酸亚汞参比电极，也可使用双盐桥甘汞电极，外面夹套中充饱和KNO3溶液，这是因为其中所含Cl-会抑制振荡的发生和持续。 配制4×10-3 mol·dm-3的硫酸铈铵溶液时，一定要在0.20 mol·dm-3硫酸介质中配制，防止发生水解呈混浊。 实验中溴酸钾试剂纯度要求高，所使用的反应容器一定要冲洗干净，磁力搅拌器中转子位置及速度都必须加以控制。 【数据处理】 思考题 【讨论】 2. 振荡体系有许多类型，除化学振荡还有液膜振荡、生物振荡、萃取振荡等。表面活性剂在穿越油水界面自发扩散时，经常伴随有液膜(界面)物理性质的周期变化，这种周期变化称为液膜振荡。另外在溶剂萃取体系中也发现了振荡现象。生物振荡现象在生物中很常见，如在新陈代谢过程中占重要地位的酶降解反应中，许多中间化合物和酶的浓度是随时间周期性变化的。生物振荡也包括微生物振荡。 2 第二篇 基础实验 3 实验二十五 BZ化学振荡反应