B-Z震荡-清华大学物理化学实验报告.pdf

B-Z 振荡反应 曾宪丰 2013012336 基科33 同组同学：吴之晨、侯佳悦、李阳 实验日期：2015 年9 月21 日 提交报告日期：2015 年9 月22 日 指导老师：孙科强 1. 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 所谓化学振荡就是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。1958 年，Belousov 首 次报道在以金属铈离子作催化剂的条件下，柠檬酸被溴酸氧化的均相系统可呈现这种化学振荡现象。随后， Zhabotinsky 继续了该反应的研究。到目前为止，人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应 系统。例如，除了柠檬酸外，还有许多有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的溴酸氧化反应系统能 出现振荡现象，而且所用的催化剂也不限于金属铈离子，铁和锰等金属离子可起同样的作用。后来，人们 笼统地称这类反应为B-Z 反应。目前，B-Z 反应是最引人注目的实验研究和理论分析的对象之一。该系统 相对来说比较简单，其振荡现象易从实验中观察到。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 － 4+ 3+ 从上述的分析可以看出，系统中[Br ]、[HBrO ]和[Ce ]/[Ce ]都随时间作周期性地变化。在实验中我 2 － 4+ 3+ 们可以用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br ] 和[Ce ]/[Ce ]随时间变化的曲线。另外，如果用1/t诱 和1/t 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 和t 可估算表观活化能E 振 诱 振 诱和E振。 2 实验操作 2.1. 实验药品、仪器型号及测试装置示意图 计算机及接口一套；HS-4 型精密恒温浴槽；电磁搅拌器；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； 0.02mol/L硝酸铈铵；0.5mol/L丙二酸；0.2mol/L溴酸钾； 0.8mol/L硫酸。 2.2. 实验条件（实验温度、湿度、压力等） 温度18.5℃，相对湿度36%，大气压102.17kPa 2.3. 实验操作步骤及方法要点 1. 检查仪器药品。 2. 按装置图（如图2 所示）接好线路。 图2. B －Z 振荡反应实验装置图 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。 3. 接通相应设备电源，准备数据采集。 4. 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。 5. 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，保存数据文件后记录恒温槽温度，从数据文件中读出相应的诱导期t诱和振荡周期t振。 6. 升高温度3~5℃，重复步骤4 和5 ，直到35 ℃左右。 注意事项： 1. 各个组分的混合顺序对体系的振荡行为有影响。应在丙二酸、溴酸钾、硫酸混合均匀后， 且当记 录仪的基线走稳后，再加入硝酸铈铵溶液。