物理化学实验报告

BZ振荡反应

1.实验报告

（1）了解BZ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。 2. 实验原理

化学振荡：反应系统中某些物理量随时间作周期性的变化。

BZ体系是指由溴酸盐，有机物在酸性介质中，在有（或无）金属离子催化剂作用下构成的体系。有苏联科学家Belousov发现，后经Zhabotinski发现而得名。

本实验以BrO3? ~ Ce+4 ~ CH2(COOH)2 ~ H2SO4作为反映体系。该体系的总反应为：

?2H??2BrO3?2CH2?COOH?2???2BrCH?COOH?2?3CO2?4H2O 1

体系中存在着下面的反应过程。 过程A：

K2?BrO3?Br??2H????HBrO2?HOBr

2 3

K3HBrO2?Br??H????2HOBr

过程B：

K4?BrO3?HBrO2?H????2BrO2?H2O

4 5 6

K5BrO2?Ce?3?H????HBrO2?Ce?4 K6-2HBrO2???BrO3?HOBr?H?

Br- 的再生过程：

当[Br-]足够高时，主要发生过程A，2反应是速率控制步骤。研究表明，当达到准定态时，有?HBrO2??K2?BrO3H?。 K3????当[Br-]低时，发生过程B，Ce+3被氧化。4反应是速率控制步骤。反应将自催化产生HBrO2，达到准定态时，有?HBrO2??K4?BrO3H?。 2K6??????可以看出：Br- 和BrO3是竞争HbrO2的。当K3 [Br- ]>K4[BrO3]时，自催

化过程不可能发生。自催化是BZ振荡反应中必不可少的步骤，否则该振荡不能发生。研究表明，Br-的临界浓度为：

?若已知实验的初始浓度[BrO3]，可由上式估算[Br- ]crit。

体系中存在着两个受溴离子浓度控制的过程A和过程B，当[Br- ]高于临界浓度[Br- ]crit时发生过程A，当[Br- ]低于[Br-]crit时发生过程B。[Br- ]起着开关的作用，他控制着A,B之间的变化。这样体系就在过程A、过程B间往复振荡。

在反应进行时，系统中[Br- ]、[HbrO2]、[Ce+3]、[Ce+4]都随时间作周期性的变化，实验中，可以用溴离子选择电极测定[Br- ]，用铂丝电极测定[Ce+4]、[Ce+3]随时间变化的曲线。溶液的颜色在黄色和无色之间振荡，若再加入适量的FeSO4邻菲咯啉溶液，溶液的颜色将在蓝色和红色之间振荡。 从加入硫酸铈铵到开始振荡的时间为t诱 ，诱导期与反应速率成反比。 即 并得到

?1作图ln??t?诱?1?～，根据斜率求出表观活化能E表。 ?T?本实验使用的BZ反应数据采集接口系统，并与微型计算机相连。通过接口系统测定电极的电势信号，经通讯口传送到PC。自动采集处理数据。 3.实验仪器与试剂 BZ反应数据采集接口系统

恒温槽 溴酸钾 mol·dm-3 磁力搅拌器 硫酸 mol·dm-3 丙二酸·dm-3 硫酸铈铵4×10-3 mol·dm-3 微型计算机 反应器 4.实验步骤

（1）连接电极，将铂电极接入电压输出正端，参比电极接入电压输出负端。 （2）接通恒温槽，调节设定温度至30。启动微机，进入主菜单，打开BZ振荡反应数据采集接口装置。

（3）参数设置菜单中的参数直接使用实验预设的，不必变动。 （4）等待恒温槽达到设定的温度，软件窗口出现提示。

（5）在反应器内加入丙二酸溶液，硫酸溶液，溴酸钾溶液的混合溶液，每种溶液8ml。取硫酸铈铵溶液8ml于锥形瓶中，放入恒温槽内。

（6）5min后，开始实验，将之前准备好的硫酸铈铵溶液倒入反应器中，同时单击记录数据，系统开始采集电位信号。

（7）注意观察反应器中颜色变化，同时观察波形，当画完10完整波形后，点击停止采集。

（8）倒掉反应器中的溶液，用去离子水冲洗反应器和所用电极。 （9）同时调节恒温槽的温度使其升高3度，并电极软件上的“下一次实验”，调整预设温度至33，确定。

（10）重复以上的步骤，每次测量都需要调节温度，并洗刷反应器和电极。 （11）实验完毕后，将原始数据拷贝，关闭仪器电源，冲洗电极和反应器。 5.实验数据及处理 本实验采用A处理方法。 （1）各温度下的电位-时间图像

原始数据中存在一些干扰数据，将干扰数据剔除后作出如下图像。

30℃电位-时间图