化学振荡
化学振荡反应实验条件的研究
化学振荡反应实验条件的研究
研究振荡反应实验条件
振荡反应是典型的化学反应，研究它的实验条件是现代化学研究的重要内容之一。
实现可靠的振荡反应，除了要选择正确的试剂量外，还需要恰当控制实验条件以保证反应的正确性。
首先，温度是影响振荡反应实验条件的重要因素。
一般来说，选择合适的反应温度可以有效地调节反应过程，增加反应物的转化率和反应物总量。
因此，当实验条件的温度超过反应的产物稳定温度时，其反应物可能发生反应错误，从而影响振荡反应的可靠性。
其次，pH值是另一个需要考虑的实验条件。
振荡反应的水溶液的pH值在一定的范围内，以改变反应动力学参数、优化反应条件、改善反应物的反应速率以及提高反应物转化率。
正确控制振荡反应实验的pH值也有助于有效地调节反应条件，有利于提高振荡反应的可控性。
最后，需要考虑振荡反应系统的催化剂、反应催化剂的选择和添加的量、底物和竞争性抑制剂的加入量以及搅拌温度和速度等因素，对反应的控制有着重要的作用。
综上所述，正确控制振荡反应实验条件，如温度、pH和催化剂等，是必不可少的，只有当振荡反应实验参数被严格控制，反应才能高效稳定地进行，才能确保正确而可靠地研究振荡反应。
化学振荡实验报告
化学振荡实验报告化学振荡实验报告引言：化学振荡实验是一种引人注目的实验现象，其通过不断变化的颜色和化学反应速率的周期性变化，展示了化学系统的动态行为。
本实验旨在研究化学振荡反应的机制和影响因素，并探讨其在生物学、医学等领域的应用潜力。
实验材料与方法：本实验所需材料包括：亚硫酸钠、碘化钾、淀粉溶液、稀硫酸、酒精灯、试管、滴管等。
实验过程如下：1. 准备两个试管，分别加入适量的亚硫酸钠溶液和碘化钾溶液。
2. 将淀粉溶液加入其中一个试管中，并加入少量稀硫酸。
3. 用酒精灯加热两个试管底部，使其温度保持在40-50摄氏度。
4. 同时向两个试管中滴加相同体积的碘化钾溶液，观察反应现象。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了明显的颜色变化和反应速率的周期性变化。
开始时，两个试管中的溶液呈现无色状态。
随着滴加碘化钾溶液，其中一个试管中的溶液迅速变为蓝色，而另一个试管中的溶液则仍然保持无色。
然而，随着时间的推移，蓝色溶液逐渐褪色，再次变为无色，而另一个试管中的溶液则开始显现蓝色。
这种周期性的颜色变化持续进行，直到反应完全停止。
实验讨论：化学振荡实验的周期性变化是由于反应物浓度的周期性变化所导致的。
在本实验中，亚硫酸钠和碘化钾是反应的关键成分。
开始时，亚硫酸钠的浓度较高，而碘化钾的浓度较低。
因此，当碘化钾滴加到亚硫酸钠溶液中时，反应迅速发生，产生蓝色复合物。
然而，随着反应的进行，亚硫酸钠的浓度逐渐降低，碘化钾的浓度逐渐增加，导致反应速率逐渐降低。
最终，亚硫酸钠的浓度降至一定程度，无法继续维持反应，从而使反应停止。
化学振荡实验的周期性变化还受到温度的影响。
在本实验中，加热试管底部可以提高反应速率，加快颜色变化的周期。
这是因为温度的升高可以增加反应物的分子动力学能量，促使反应发生。
因此，控制温度是实验中重要的操作步骤之一。
实验应用：化学振荡反应的周期性变化在生物学、医学等领域具有广泛的应用潜力。
例如，在药物释放系统中，可以利用化学振荡反应的周期性变化来控制药物的释放速率。
化学物质的振荡反应
化学物质的振荡反应化学物质的振荡反应是一种引人入胜的现象，它展示了化学反应中的动态性质。
这种反应在一系列反应物和产物之间周期性地发生变化，形成了一种有序的振荡过程。
本文将介绍化学物质的振荡反应的定义、机制以及一些例子，以增进读者对这一现象的理解。
一、定义化学物质的振荡反应是指在某一固定条件下，由反应物生成产物的过程中，反应体系的某些性质会周期性地发生变化，从而产生振荡的现象。
这种振荡通常以某种物理或化学性质的变化为指示器，如颜色、浓度、温度、电位等。
二、机制化学物质的振荡反应的机制涉及多个因素，包括反应物种类、浓度、温度、催化剂、储氧等。
典型的振荡反应包括两种或更多组分的反应物，并且其中至少有一个反应物在反应过程中呈周期性地浓度变化。
这种变化通常由反应物之间的相互作用引起，可以是催化剂的活化/解活化过程、反应物之间的复杂平衡反应等。
三、例子1. 皮亚扎罗反应皮亚扎罗反应是一种经典的化学物质振荡反应。
它由亚硝酸铵和二氧化硫在酸性条件下反应而成，反应体系的pH和浓度会周期性地改变。
这一反应被广泛应用于研究化学振荡反应的机制。
2. 质子振荡反应质子振荡反应是一种以质子浓度周期性变化为指示器的振荡反应。
它通常涉及质子的转移、重新组合以及催化剂的作用。
这种反应在生物体内的许多生理过程中具有重要的作用，如呼吸过程中的氧气与氧化还原酶的相互作用等。
3. 铁氯化合物振荡反应铁氯化合物振荡反应是一种以颜色变化为指示器的振荡反应。
它由铁离子和氯离子在酸性条件下反应而成，反应体系的颜色会周期性地变化。
这种反应在教学实验中广泛应用，以帮助学生理解化学反应动力学和平衡的概念。
四、应用和研究意义化学物质的振荡反应不仅具有理论研究的价值，还具有广泛的应用前景。
例如，通过研究振荡反应可以深入了解复杂的化学动力学过程，并为化学合成提供新的思路。
此外，化学振荡反应还可应用于设计和制备新型的生物传感器、催化剂以及分子开关等。
总结化学物质的振荡反应是一种引人入胜的现象，它展示了化学反应中的动态性质。
化学振荡反应
化学振荡反应在成千上万的化学反应中，有一类反应很有趣，如在丙二酸、溴酸钾、溴化钾的混合液中，加入含有Ce(Ⅲ)与H 2SO 4的混合液时，就会看到反应过程中溶液的颜色从无色变为黄色，又变为无色，再变成黄色……十分有规律地变化着，直到反应达到平衡为止，这类反应称为“化学振荡反应(Oscillating Chemical Reaction)”。
所谓化学振荡，是指在化学反应过程中，某种化学成分的浓度随时间发生周期性变化的现象。
化学振荡是十分复杂的反应，它包含了大量的化学反应物质，如反应物、生成物、中间体(intermediates)和催化剂。
在一般的化学反应进行时，反应物浓度不断降低，产物浓度不断增大，中间体浓度较低，相对地保持拟稳定状态值，即中间体的生成速度基本上等于它的消耗速度。
在振荡反应中，反应物、生成物浓度变化情况和上述情况相同，但中间体的浓度发生振荡，即它们的浓度随时间发生周期性变化。
在化学振荡发生时会有稳定性、滞后现象、激发性、非周期振荡等现象存在。
1921年，Bray首次报道了在均相溶液中化学反应的周期性现象，即H 2O 2被I 2和HIO 3催化分解的反应，但最早的均相溶液中化学振荡反应实例是由苏联化学家贝洛索夫(Belousov)在1958年提出的，另一位苏联化学家扎伯丁斯基(Zhabotinskii)进一步证明、改进了这个反应。
人们把这个化学振荡反应称为“Belousov zhabotinskii”反应，简称B Z 反应。
1958年，苏联化学家贝洛索夫在金属铈离子作催化剂的情况下做柠檬酸的溴酸氧化反应，他发现在某些条件下苛性组分（例如溴离子、铈离子）的浓度会随时间作周期变化，造成反应介质的颜色在黄色和无色之间作周期性的变换。
其后生物化学家扎伯丁斯基等人继续并改进了贝洛索夫的实验，发现另外一些有机酸（例如丙二酸）的溴酸氧化反应也能呈现出这种组分浓度和反应介质的颜色随周期变化的现象。
利用适当的催化剂，介质的颜色变化可更加明显，例如在红色和蓝色之间作周期性变换。
化学振荡反应
化学振荡反应在成千上万的化学反应中，有一类反应很有趣，如在丙二酸、溴酸钾、溴化钾的混合液中，加入含有Ce(Ⅲ)与H2SO4的混合液时，就会看到反应过程中溶液的颜色从无色变为黄色，又变为无色，再变成黄色……十分有规律地变化着，直到反应达到平衡为止，这类反应称为“化学振荡反应(Oscillating Chemical Reaction)”。
所谓化学振荡，是指在化学反应过程中，某种化学成分的浓度随时间发生周期性变化的现象。
化学振荡是十分复杂的反应，它包含了大量的化学反应物质，如反应物、生成物、中间体、(intermediates)和催化剂。
在一般的化学反应进行时，反应物浓度不断降低，产物浓度不、断增大，中间体浓度较低，相对地保持拟稳定状态值，即中间体的生成速度基本上等于它的、消耗速度。
在振荡反应中，反应物、生成物浓度变化情况和上述情况相同，但中间体的浓度、发生振荡，即它们的浓度随时间发生周期性变化。
在化学振荡发生时会有稳定性、滞后现象、激发性、非周期振荡等现象存在。
1921年，Bray首次报道了在均相溶液中化学反应的周期性现象，即H2O2被I2和HIO3催化分解的反应，但最早的均相溶液中化学振荡反应实例是由苏联化学家贝洛索夫(Belousov)在1958年提出的，另一位苏联化学家扎伯丁斯基(Zhabotinskii)进一步证明、改进了这个反应。
人们把这个化学振荡反应称为“Belousov Z habotinskii”反应，简称BZ反应。
1958年，苏联化学家贝洛索夫在金属铈离子作催化剂的情况下做柠檬酸的溴酸氧化反应，他发现在某些条件下苛性组分（例如溴离子、铈离子）的浓度会随时间作周期变化，造成反应介质的颜色在黄色和无色之间作周期性的变换。
其后生物化学家扎伯丁斯基等人继续并改进了贝洛索夫的实验，发现另外一些有机酸（例如丙二酸）的溴酸氧化反应也能呈现出这种组分浓度和反应介质的颜色随周期变化的现象。
利用适当的催化剂，介质的颜色变化可更加明显，例如在红色和蓝色之间作周期性变换。
化学振荡反应实验报告
一、实验目的1. 了解Belousov-Zhabotinski（B-Z）反应的基本原理和FKN机理。
2. 观察B-Z振荡反应的化学振荡现象。
3. 学习使用铂电极和甘汞电极进行电位-时间曲线的测定。
4. 练习用微机处理实验数据并绘制曲线。
二、实验原理B-Z振荡反应是一种典型的化学振荡现象，其机理由Field、Koros和Noyes在1972年提出的FKN机理所描述。
该反应由以下三个过程组成：过程A：中间体的生成与消耗A1：2BrO3- + 2CH2(COOH)2 + 4H+ → 2Br- + 2HBrO2 + 2CO2 + 2H2OA2：HBrO2 → Br- + H2O + BrO过程B：自催化过程B1：HBrO2 → Br- + H2O + BrOB2：BrO + Ce3+ → HBrO2 + Ce4+B3：2HBrO2 → Br2O + H2O + BrO2过程C：Br-的再生C1：4Ce4+ + BrCH(COOH)2 + 6H2O → 4Ce3+ + 2Br- + 3CO2 + 12H+当反应体系中Br-的浓度足够高时，主要发生过程A，其中反应A2是速率控制步骤。
当Br-的浓度较低时，发生过程B，其中反应B2是速率控制步骤。
反应C1对化学振荡现象至关重要，因为它使得Br-得以再生，维持反应的持续进行。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：铂电极、217型甘汞电极、微电极、微机、搅拌器、烧杯、移液管、pH计等。
2. 试剂：溴酸盐、丙二酸、硫酸、硫酸铜、氯仿等。
四、实验步骤1. 配制B-Z反应溶液：将一定量的溴酸盐、丙二酸、硫酸和硫酸铜溶解于水中，搅拌均匀。
2. 将铂电极和甘汞电极插入反应溶液中，用pH计测量溶液的pH值，调节至实验所需的pH值。
3. 开启搅拌器，观察反应溶液的颜色变化，记录化学振荡现象。
4. 使用微电极测定电位-时间曲线，记录数据。
5. 关闭搅拌器，将反应溶液取出，进行数据处理和分析。
物理化学-实验二十六：BZ化学振荡反应
实验二十六BZ化学振荡反应一、实验目的及要求1. 了解BZ振荡(Belousov－Zhabotinski) 反应的基本原理及研究化学振荡反应的方法。
2. 掌握在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂时，丙二酸被溴酸钾氧化过程的基本原理。
3. 测定上述系统在不同温度下的诱导时间及振荡周期，计算在实验温度范围内反应的诱导活化能和振荡活化能。
二、实验原理化学振荡是一种周期性的化学现象，即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。
早在17世纪，波义耳就观察到磷放置在留有少量缝隙的带塞烧瓶中时，会发生周期性的闪亮现象。
这是由于磷与氧的反应是一支链反应，自由基累积到一定程度就发生自燃，瓶中的氧气被迅速耗尽，反应停止。
随后氧气由瓶塞缝隙扩散进入，一定时间后又发生自燃。
1921年，勃雷（Bray W C）在一次偶然的机会发现H2O2与KIO3在稀硫酸溶液中反应时，释放出O2的速率以及I2 的浓度会随时间呈现周期性的变化。
从此，这类化学现象开始被人们所注意，特别是1959年，由贝洛索夫（Belousov B P）首先观察到并随后被扎波廷斯基（Zhabotinsky A M）深入研究的反应，即丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应：3H++3BrO- 3+5CH2(COOH)2−−→−+3Ce3BrCH(COOH)2+4CO2+5H2O+2HCOOH这使人们对化学振荡发生了广泛的兴趣，并发现了一批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统，这类反应称为B-Z振荡反应。
而水溶液中KBrO3氧化丙二酸CH2(COOH)2的反应是化学振荡反应中最为著名，且研究的最为详细的一例，其催化剂为Ce4+/Ce3+或Mn3+/ Mn2+。
人们曾经对BZ反应做过多方面的探讨，并提出了不少历程来解释BZ振荡反应，其中说服力较强的是KFN历程（即Fidld.Koros及Noyes三姓的简称）。
按此历程，反应是由三个主过程组成：过程A (1) Br-＋BrO3-＋2H+→ HBrO2＋HBrO(2) Br-＋HBrO2＋H+→ 2HBrO过程B (3) HBrO2＋BrO3-＋H+→ BrO2·＋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。
振荡反应例子
振荡反应例子
振荡反应是化学反应中一种特殊的类型，它通常是由于一组反应物在一定条件下产生周期性变化而引起的。
这种反应在化学合成、生物学和物理学等领域中都有广泛的应用。
以下是几个振荡反应的例子：
1. Belousov-Zhabotinsky反应：这是一种经典的振荡反应，它是由俄罗斯化学家Belousov和Zhabotinsky在20世纪50年代发现的。
这种反应产生的周期性变化是由于铁离子、钴离子和硫酸等反应物在氧化还原过程中产生的。
2. Briggs-Rauscher反应：这种反应也是一种振荡反应，它是由铁离子、硫酸、过氧化氢和碘酸等反应物在一定条件下产生的。
这种反应产生的周期性变化可以通过观察反应混合物的颜色来实现。
3. FitzHugh-Nagumo模型：这是一种数学模型，它描述了神经细胞的振荡行为。
这个模型中包含了电势和电流等变量，它可以用来研究神经元的行为和生物钟等周期性过程。
4. Van der Pol振荡器：这是一种机械振荡器，它可以用来模拟电路中的振荡行为。
这种振荡器具有非线性特性，它可以产生各种复杂的周期性行为。
总之，振荡反应是一种非常有趣的化学现象，它不仅有重要的理论意义，还可以应用于许多实际领域。
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化学震荡
一、目的要求
1、了解、熟悉化学振荡反应的机理。
2、通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。
二、基本原理
有些自催化反应有可能使反应体系中某些物质的浓度随时间(或空间)发生周期性的变化,这类反应称为化学振荡反应。
最著名的化学振荡反应是1959年首先由别诺索夫(Belousov)观察发现,随后柴波廷斯基(Zhabotinsky)继续了该反应的研究。
他们报道了以金属铈离子作催化剂时,柠檬酸被HBrO3氧化可发生化学振荡现象,后来又发现了一批溴酸盐的类似反应,人们把这类反应称为BZ振荡反应。
例如丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应就是一个典型的BZ振荡反应。
典型的BZ系统中,铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图1所示。
对于以BZ反应为代表的化学振荡现象,目前被普遍认同的是Field,Körös和Noyes在1972年提出的FKN机理。
FKN机理提出反应由三个主过程组成：过程A (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++2 BrO3-+3CH2(COOH)2−
−→
−+3Ce2BrCH(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。
按在FKN 机理基础上建立的俄勒冈模型,推导可得振荡周期t 与过程C 即反应步骤(6)的速率系数及有机物浓度呈反比关系,比例常数还与其它步骤的速率系数有关。
如测定不同温度下的振荡周期,并近似地忽略比例常数随温度的变化,则可应用I RT E t +-=诱诱1ln 及'ln I RT
E t +-=振振1可估算过程C 即反应步骤(6)的表观活化能E 诱，E 振。
另一方面,随着反应的进行,有机物浓度逐渐减少,振荡周期将
逐渐增大,并最终停止振荡,反应终止。
本实验采用电动势法测量反应过程中离子浓度的变化。
以甘汞电极作为参比电极,用铂电极测定不同价位铈离子浓度的变化,用离子选择性溴电极测定溴离子浓度的变化。
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BZ 反应的振荡现象(见图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(t 1振，t 2振，…)。
图1.振荡反应装置 图2. 振荡曲线
三、 仪器与试剂
仪器: 2D-BZ 振荡实验装置，100ml 电解池，光亮铂丝电极，217型双盐桥甘汞电极（用 H 2SO 4作液接盐桥）,SYC-15B 超级恒温槽，移液管，洗耳球。
试剂：0.05mol ·L -1硫酸铈铵溶液（在0.2mol ·L -1硫酸介质中配制）。
0.2mol ·L -1溴酸钾溶液，0.4mol ·L -1丙二酸溶液，3mol ·L -1硫酸溶液
四、实验步骤
按图17－1连接好仪器装置，开启电脑，打开超级恒温槽，将温度恒定在25.0±0.1℃。
在100mL 的反应器中加入浓度为0.4mol ·L -1的丙二酸、浓度为 0.2mol ·L -1
的KBrO 3、浓度为 3mol ·L -1的硫酸各10 mL 混合，开启电磁搅拌使溶液在设定温
度下恒温至少10min （调节调速旋钮约3圈半）。
打开BZ 振荡2.0软件，设置纵坐标0-1.5V ，横坐标0-30min 。
待电压稳定后，开始绘图，绘图约5min 后加入10mL 浓度为 硫酸铈铵溶液，观察溶液颜色变化，
图18－1 B-Z反应实验装置示意图
图18-2 B-Z反应的电势振荡曲线
经过一段时间后，此后的曲线呈现有规律性周期变化。
图像出现10个周期以后，停止绘图。
获取振荡曲线数据和图像。
取出电极洗净电解池和所用电极，在20-50℃之间选择5-8个合适的温度（如20.0℃，25.0℃，30.0℃，···），在每个温度下重复上述步骤，绘制在不同温度下的曲线。
五、数据记录和处理
室温：始：31.3℃末：31.7℃
大气压：始：100.68kPa 末：101.60kPa
数据分析：根据上述图可得，诱导时间（t u ）=60.31s ，震荡周期（t z ）=28.38s 。
由图中直线的斜率可以求得诱导表观活化能（E u ）=91.416kJ ，震荡表观活化能（E z ）=45.946kJ.
六、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。
（2）反应温度可明显地改变诱导期和振荡周期，故应严格控制温度恒定。
（3）实验中溴酸钾试剂纯度要求高。
（4）配制硝酸铈铵溶液时候，一定要在硫酸介质中配制，防止发生水解呈浑浊。
（5）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。
七、思考题
1、影响诱导期、周期、及振荡寿命的主要因素有哪些？
答：主要因素有：反应体系的温度、反应物的浓度、离子的活性、催化剂的性质。
2、为什么在实验过程中应尽量使搅拌子的位置和转速保持一致？
答：因为化学振荡反应发生的3个条件之一为：体系必须具有双稳态性，即可在两态间来回振荡。
所以应尽量使搅拌子的位置和转速保持一致是体系在一个相对稳定的状态下反应。