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B-Z 振荡反应 实验日期：2016/11/24 完成报告日期：2016/11/25 引言 实验目的 了解Belousov-Zhabotinski 反应（简称B-Z 反应）的机理。 通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。 实验原理 对于以 B-Z 反应为代表的化学振荡现象，目前被普遍认同的是 Field，kooros 和 Noyes 在1972 年提出的 FKN 机理，，他们提出了该反应由萨那个主过程组成： BrO ? ? Br ? ? 2H ? ? HBrO ? HOBr 过程 A ① 3 2 HBrO ? Br ? ? H ? ? 2HOBr ② 2 HBrO Br? HOBr 式中 2 为中间体，过程特点是大量消耗 。反应中产生的 能进一步反应，使 有机物 MA 如丙二酸按下式被溴化为 BrMA, (A1) HOBr ? Br ? ? H ? ? Br 2 H O 2 Br (A2) 2 MA ? BrMA ? Br ? ? H ? BrO ? ? HBrO ? H ? 过程 B ③ 3 2 2BrO ? H O 2 2 2BrO ?2Ce3? ? 2H ? 2HBrO ? 2Ce 4? ④ 2 2 Br? HBrO 这是一个自催化过程，在 消耗到一定程度后， 2 才转化到按以上③、④两式 进行反应，并使反应不断加速，与此同时，催化剂Ce3? 氧化为Ce4? 。在过程 B 的③和④中， HBrO ③的正反应是速率控制步骤。此外， 2 的累积还受到下面歧化反应的制约。 ⑤ 2HBrO2 ? BrO3? ? HOBr ? H ? 过程C MA 和 BrMA使Ce4? 离子还原为Ce3? ，并产生 Br?（由 BrMA）和其他产物。这一过程目前了解得还不够，反应可大致表达为： ⑥2 Ce4? + MA + BrMA ? f Br? +2 Ce3? +其他产物 式中 f 为系数，它是每两个Ce4? 离子反应所产生的Br? 数，随着 BrMA与 MA 参加反应的不同比例而异。过程 C 对化学振荡非常重要。如果只有 A 和 B，那就是一般的自催化反应或时钟反应，进行一次就完成。正是由于过程C，以有机物MA 的消耗为代价，重新得 到 Br ?和Ce 3? ，反应得以重新启动，形成周期性的振荡。 CH (COOH ) BrMA BrCH (COOH ) 丙二酸的 B-Z 反应，MA 为 2 2 ， 即为 2 ，总反应为： 3H ? ? 3BrO ? ? 5CH 3 2 (COOH ) 2 ?C?e3??? 3BrCH (COOH ) 2 2HCOOH ? 4CO 2 5H O 2 它是由①+②+4×③+4×④+2×⑤+5×（A1）+5×（A2），再加上⑥的特征， 8Ce 4? ? 2BrCH (COOH ) 2 4H O ? 8Ce3? ? 2Br ? ? 2HCOOH ? 4CO 2 2 ? 10 H ? 组合而成。但这个反应式只是一种计量方程，并不反应实际的历程。 按在 FKN 机理的基础上建立的俄勒冈模型，可以导得，振荡周期t 振与过程 C 即反应步骤 ⑥的速率系数 k c 以及有机物的浓度 c B 呈反比关系，比例常数还与其他反应步骤的速率系数 有关。当测定不同温度下的振荡周期t ，如近视地忽略比例常数随温度的变化，可以估算 振 c 过程 C 即反应步骤⑥的表观活化能。另一方面，随着反应的进行， 将逐渐增大。 B 逐渐减小，振荡周期 实验操作 实验用品 计算机及接口一套（或其他电势差数据记录设备）；THGD-0506 高精度低温恒温浴槽； 78-2 型双向磁力加热搅拌器；反应器 1 个；铂电极 1 个；饱和甘汞电极 1 个；滴瓶 3 个； 量筒 3 个；2ml 移液管 1 支；洗瓶 1 个；镊子 1 把。 0.02 mol/L 硝酸铈铵；0.5mol/L 丙二酸；0.2 mol/L 溴酸钾；0.8 mol/L 硫酸。 实验装置图 实验条件 实验室温为 17.5℃，气压为 101.29 kPa。实验分别在 20℃、25℃、30℃、35℃。 实验操作步骤及方法要点 检查好仪器样品，按照装置图接好电路。其中，铂电极接在正极上，饱和甘汞电极接在负极上，在进行实验之前需检查甘汞电极中的液面是否合适以及是否有气泡等。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，用移液管加入 2ml 硝酸铈铵溶液。 观察溶液的颜色变化及反应曲线，待重复 8~10 次完整周期后，停止数据记录，保存数据文件，记录恒温槽温度，从数据文件中读出相应的诱导期和振荡