BZ振荡反应-实验报告
B-Z 振荡反应
实验日期：2016/11/24 完成报告日期：2016/11/25
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
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：
过程A ①
②
式中
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)
(A2)
过程B ③
④
这是一个自催化过程，在消耗到一定程度后，
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，催化剂氧化为。在过程B 的③和④中，③的正反应是速率控制步骤。此外，
的累积还受到下面歧化反应的制约。
⑤
过程C MA 和使离子还原为，并产生（由）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++f +2+其他产物
式中f 为系数，它是每两个离子反应所产生的数，随着与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，重新得到和，反应得以重新启动，形成周期性的振荡。
322BrO Br H HBrO HOBr --+++→+22HBrO Br H HOBr
-+++→2
HBrO Br -
HOBr 22HOBr Br H Br H O -+++→+2Br MA BrMA Br H -+
+→++32222BrO HBrO H BrO H O
-++++342222222BrO Ce H HBrO Ce ++
++→+Br -
2
HBrO 3Ce +
4Ce +
2
HBrO 232HBrO BrO HOBr H -+
→++BrMA 4Ce +
3Ce +
Br -
BrMA 4Ce +
MA BrMA →Br -
3Ce +
4Ce +
Br -
BrMA Br -
3Ce +
丙二酸的B-Z 反应，MA 为
，即为
，总反应为：
22
()CH COOH BrMA 2
()BrCH COOH
它是由①+②+4×③+4×④+2×⑤+5×（A1）+5×（A2），再加上⑥的特征，
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
以及有机物的浓度
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
振，如近视地忽略比例常数随温度的变化，可
以估算过程C 即反应步骤⑥的表观活化能。另一方面，随着反应的进行，逐渐减小，振
荡周期将逐渐增大。
2 实验操作
2.1 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
2.2 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℃。
2.3 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。
3322222335()3()245Ce
H BrO CH COOH BrCH COOH HCOOH CO H O +
+-++???→+++4322282()4822410Ce BrCH COOH H O Ce Br HCOOH CO H ++-+
++→++++c
k B
c B
c
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周期。后依次升温至25℃、30℃、35℃，进行实验操作。
3 结果与讨论
3.1 原始实验数据
丙二酸溶液的浓度为0.5mol/L；溴酸钾溶液的浓度为0.2mol/L；硝酸铈铵溶液的浓度为
0.02mol/L；硫酸溶液的浓度为0.8mol/L。
1. t = 20℃
20℃时电压~时间关系曲线（振荡曲线）
2. t = 25℃
25℃时电压~时间关系曲线（振荡曲线）
3. t = 30℃
30℃时电压~时间关系曲线（振荡曲线）
4. t = 35℃
35℃时电压~时间关系曲线（振荡曲线）
5. 现象观察：
加入硝酸铈铵溶液后，溶液显浅黄色。出现振荡后，随着电压的降低，溶液颜色逐渐变浅直至消失；而后，溶液颜色突然出现，随之电压开始快速升高，达到最高处时颜色最深。
3.2 计算的数据、结果
1. 诱导期及表观活化能E诱
根据所得的电压-时间曲线，利用origin 读出诱导起始和终止点并可计算出对应的诱导期，列表如下：
各温度下诱导起始和终止点及诱导期
温度/℃20253035
诱导起始点/s68.4375156.0625133.910269.4492
诱导终止点/s580.418508.9531400.75252.2188
诱导期/s511.9805352.8906266.8398182.7696
因此即可得ln(1/ t诱 )和1/T数值如下表：
各温度下ln(1/ t诱 )和1/T数值
温度/℃20253035
1/(T/℃)0.003413 0.003356 0.003300 0.003247 ln(1/ t诱 )-6.2383 -5.8662 -5.5866 -5.2082
根据所得数值，作出ln(1/ t诱 ) ~1/T图像如下：
ln(1/ t诱 ) ~1/T关系及拟合直线
拟合直线方程为y=-6080.6x+14.517，拟合系数为0.998。
由阿累尼乌斯公式知，直线斜率为-Ea / R，因此有：
E诱 = -m×R= 6080.6×8.314 = 50.55 kJ/mol
2. 振荡周期及表观活化能E振
根据所得的电压-时间曲线，利用origin 读出各个振荡周期的峰值并计算出对应的振荡周期，列表如下：
各温度下振荡周期
温度/℃20253035
振荡周期1/s86.071867.937540.324226.2071
振荡周期2/s90.621169.468739.250026.6601
振荡周期3/s86.597671.507840.265627.7071
振荡周期4/s93.132969.453241.230528.1875
振荡周期5/s88.636728.1914平均值/s89.0120 55.6734 32.2141 27.3906
因此即可得ln(1/ t振 )和1/T数值如下表：
各温度下ln(1/ t振 )和1/T数值
温度/℃20253035
1/(T/℃)0.003413 0.003356 0.003300 0.003247 ln(1/ t振 )-4.4888 -4.0195 -3.4724 -3.3102
根据所得数值，作出ln(1/ t振 ) ~1/T图像如下：