BZ振荡反应

物理化学实验报告

BZ振荡反应

一、 实验目的

（1）了解BZ（Belousov-Zhabotinski）反应的基本原理。 （2）观察化学振荡现象。

（3）练习用微机处理实验数据和作图。

二、 实验原理

化学振荡：反应系统中，某些物理量（如某组分浓度）随时间做周期性变化。 BZ体系：溴酸盐、有机物在酸性条件以及在有（或无）金属离子催化剂作用下构成的体系。

BZ振荡反应机理（FKN机理）：

总反应：（A）2H++2Br03-+2CH2(COOH)2→2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O 过程(1):(B)BrO3-+Br-+H+→HBrO2+HOBr (C)HBrO2+Br-+H+→2HOBr 过程(2):(D)BrO3-+HBrO2+H+→2BrO2+H2O (E)BrO2+Ce3++H+→HBrO2+Ce4+

(F)2HBrO2→BrO3-+HOBr+H+

Br-再生过程(G)4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HOBr→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+

体系中存在着两个受溴负离子浓度控制的过程（1）与（2）。当溴负离子含量足够高时，主要发生过程（1），其中步骤B是速率控制步骤。当溴负离子含量低时，主要发生过程（2），其中D是速率控制步骤。如此，体系在过程（1）

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与（2）之间往复振荡。

反应进行时，系统中Br-、HBrO2、Ce3+、Ce4+的浓度均随时间做周期性变化。实验中，可选用溴离子选择电极测定Br-，用铂丝电极测定Ce4+、Ce3+随时间变化。

从加入硫酸铈铵到体系开始振荡的时间为t即1/t诱正比于k=Aexp（-E表/RT）,并且有，

Ln（1/t诱）=LnA-E表/RT.

作图Ln（1/t诱）-1/T,根据斜率可求出表观活化能E表。

诱，诱导期与反应速率成反比，

三、仪器与试剂

BZ反应数据采集接口系统、微型计算机、恒温槽、反应器、磁力搅拌器、丙二酸（0.45mol/L）、溴酸钾（0.25mol/L）、硫酸（3.00mol/L）、硫酸铈铵（4×10-3mol/L）.

四、实验步骤

(1)恒温槽水浴接通电源，设置温度为33℃。用去离子水清洗反应器、铂电极、参比电极。检查仪器连线（铂电极-BZ反应数据采集接口正极，参比电极-BZ反应数据采集接口负极，温度传感器探头-恒温水浴）。

(2)启动微机，接通BZ反应数据采集接口系统电源，进入BZ振荡软件主菜单。 （3）文件-新建；实验-设置参数（使用默认值）；实验-反应记录。（4）取8ml硫酸铈铵溶液于锥形瓶中，放于恒温槽中恒温。（待恒温槽温度稳定在设置温度并在软件窗口出现提示。）分别取丙二酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液8ml混合，

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加入反应器中，固定好电极，用磁力搅拌器搅拌，并调好搅拌速度，实验中不得改变速度。

（5）将恒温5分钟后的硫酸铈铵溶液加入反应器中，立即单击“开始记录”键，系统开始采集记录，显示电位信号。

（6）系统画完10个振荡周期后，单击“停止实验”。

（7）重新设置恒温槽温度36℃，升温期间，去离子水清洗电极、反应器（原反应液倒入废液瓶中）。

（8）取8ml硫酸铈铵溶液于锥形瓶中，放于恒温槽中恒温。（待恒温槽温度稳定在设置温度并在软件窗口出现提示。）分别取丙二酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液8ml混合，加入反应器中，固定好电极，用磁力搅拌器搅拌，并调好搅拌速度，实验中不得改变速度。

（9）之后的反应依次进行，之后再分别设置39℃、42℃，同样方法进行实验。 （10）实验-查看波形；对于系统判断错误的起波时间进行修正。

（11）实验-处理数据；据软件提示，进行A、B处理，打印处理结果。并拷贝实验数据。

（12）清洗化学仪器，关闭恒温槽、BZ反应数据采集接口系统、微机电源。 注意事项

1、所使用的反应容器一定要冲洗干净，转子位置及速度都必须加以控制。 2、恒温水浴一定要设定相应的温度，与反应器相连的水流一定要上进下出，待到达指定温度后要恒温至少5min后才能加入硝酸铈铵溶液。

3、加入硝酸铈铵的同时要用鼠标点击开始绘图按钮，绘图过程中不能改变恒温

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水浴的温度和转子转速。

4、小心使用硫酸溶液，避免对实验者和仪器设备造成腐蚀。

五、实验处理及现象

实验过程中，最初加入硫酸铈铵后溶液为黄色，在开始震荡后，逐渐变为无色。之后在黄色和无色之间振荡。

总反应：（A）2H++2Br03-+2CH2(COOH)2→2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O 过程(1):(B)BrO3-+Br-+H+→HBrO2+HOBr (C)HBrO2+Br-+H+→2HOBr 过程(2):(D)BrO3-+HBrO2+H+→2BrO2+H2O (E)BrO2+Ce3++H+→HBrO2+Ce4+

(F)2HBrO2→BrO3-+HOBr+H+

Br-再生过程(G)4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HOBr→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+

用origin处理每次实验的数据，各个温度下（30、33、36、39）bz振荡曲线作图如下

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30 度

33 度

36 度

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