B-Z振荡反应
B-Z振荡反应

B-Z振荡反应一、实验目的:了解非平衡态热力学,理解生命的产生。
二、实验原理:普力高津1969年提出耗散结构理论,其主要内容为:一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的)通过与外界交换能量和物质通过涨落,在系统内部某个参量的变化达到一定的数值时,系统可能发生突变。
由原来的混乱无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
三、名词解释1.远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态,这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比,可能颇为不同,甚至实际上完全相反,正如耗散结构理论所指出的,系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。
2.非线性是指不按比例、不成直线的关系,代表不规则的运动和突变。
3.开放系统是指与外界环境有物质、能量和信息交换的系统。
与开放系统相对立的有封闭系统(一个不能和环境发生物质交流但能发生能量交流的系统)。
在客观世界中封闭系统的存在是相对的,而开放系统的存在是绝对的。
4.涨落是大量微观粒子的一种统计平均行为,是大量微观粒子如分子、原子、电子等无规则热运动的结果。
涨落的相对值通常很小,但在有些现象中仍可观察到,并且可能有很重要的影响。
5.突变从达尔文的自然选择学说可以看出,生物在繁衍后代的过程中,会产生各种各样的可遗传的变异,这些可遗传的变异为生物进化提供了原材料。
现代遗传学的研究表明,可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。
其中,基因突变和染色体变异常称为突变。
四、试剂:A溶液:120g丙二酸+2000ml水+120ml浓硫酸+8g硝酸铁胺B溶液:100g溴酸钾+2000ml水C溶液:邻菲罗啉亚铁指示剂 0.7gFeso4+0.5g邻菲罗啉+100ml水五、实验步骤:1、首先用自来水和蒸馏水洗净烧杯和培养皿切记:用量筒加试剂。
2、浓度振荡现象的观察:在100ml烧杯中加入8mlA和8mlB混匀观察溶液颜色变化:无——黄——无。
B-Z振荡反应实验报告

B-Z振荡反应姓名:何一白学号:08 班级:化22实验日期:2014年11月6日提交报告日期:2014年11月22日带实验的老师姓名:王振华1引言(简明的实验目的/原理)实验目的了解Belousov-Zhabotinski反应的机理通过测定电位-时间曲线球的振荡反应的表观活化能实验原理化学震荡:反映系统中某些物理量(如组分浓度)随时间做周期性变化B-Z反应机理:在硫酸介质中以金属铈离子做催化剂的条件下,丙二酸被溴酸氧化——FKN机理(共十步)系统中[Br-]、[HBrO2],[Ce4+]/[Ce3+]都随时间做周期性的变化。
测量及数据:我们用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间变化的曲线,处理数据得到诱导期时间及震荡周期。
由1/t诱,1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢,综合不同温度下的t诱和t振,估算表观活化能E诱,E振。
2 实验操作实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验仪器计算机及接口一套;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;实验药品mol/L 硝酸铈铵; mol/L 丙二酸; mol/L 溴酸钾; mol/L 硫酸。
实验条件(实验温度、湿度、压力等)实验室温度℃,大气压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1 所示)接好线路。
图1 . B-Z振荡反应实验装置图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 和振荡周期t 。
实验14 B-Z振荡反应 操作步骤

实验14 B-Z 振荡反应注意事项:1. 为了防止参比电极中离子对实验的干扰,以及溶液对参比电极的干扰,所用的饱和甘汞电极与溶液之间必须用1 mol/L H 2SO 4盐桥隔离。
2. 所使用的电解池、电极和一切与溶液相接触的器皿是否干净是本实验成败的关键,故每次实验完毕后必须将所有用具冲洗干净。
3. 大多数反应在所研究的一定温度范围内是符合阿累尼乌斯公式的,包括基元反应和一些复杂反应。
只是复杂反应的活化能是组成该反应各基元步骤的活化能的代数和。
通常,称复杂反应的活化能为表观活化能。
实验步骤:1. 配制溶液分别用蒸馏水配制0.004 mol/L 硫酸高铈(必须在0.2 mol/L 硫酸介质中配制)、0.4 mol/L 丙二酸、0.2 mol/L 溴酸钾、3 mol/L 硫酸各100 mL 。
2. 准备工作(1)测量线路如图14-1所示。
(Pt 电极连接绿色接线,参比电极连接白色接线)【注意:所用的饱和甘汞电极与溶液之间必须用1 mol/L H 2SO 4盐桥隔离。
】 (2)打开电化学工作站电源预热十分钟;同时开启超级恒温水槽的“循环”开关和“加热”开关。
(3)调节超级恒温水槽的温度为30 0C (或比当时的室温高3~5 0C )完后再按,完成温度设置。
【注意:带有循环水夹层的小烧杯放置在磁力加热搅拌器上,但只用其搅拌功能,不使用其加热功能!烧杯内溶液温度,靠循环水控制。
】 (4)将配好的硫酸铈铵、丙二酸和硫酸溶液各10 mL 放入已洗干净的电解池中,同时也将10 mL 溴酸钾溶液在恒温槽中恒温。
开启电磁搅拌的电源使溶液在设定的温度下恒温至少10分钟。
在以下系列实验过程中尽量使搅拌子的位置和转速保持一致。
(5)通过计算机使电化学分析仪进入Windows 工作界面,在工具栏里通过鼠标点击“T”(实验技术),此时屏幕上显示一系列实验技术的菜单;点击“Open Circuit Potential-Time”(即应用“开路电位-时间”技术),点击“OK”;再点击工具栏里的参数设置键,在对话框中填入适当的“数值”:*Run Time (sec) = “800” (在实验过程中根据需要可随时终图14-1 振荡反应测量线路图图14-2 化学振荡反应的电位-时间曲线止实验。
BZ振荡反应

B-Z振荡反应姓名:李上学号:2012011849 班级:分2同组人姓名:刘昊雨实验日期:2014年12月4日提交报告日期:2014年12月10日指导教师:王振华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2-11-1所示。
图1. B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线关于B-Z反应的机理,目前为人们普遍接受的是关于在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂的条件下,丙二酸被溴酸氧化的机理,简称为FKN机理。
其主要的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下表:-+Br BrMA i 222按照FKN 机理,可对化学振荡现象解释如下:当[Br -]较大时,反应主要按表中的(1)、(2)、(3)进行,总反应为:OH Br H Br BrO 2233365+→+++-- (11)生成的Br 2按步骤(7)消耗掉。
步骤(1)、(2)、(3)、(7)组成了一条反应链,称为过程A ,其总反应为:OH COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++-- (12)当[Br -]较小时,反应按步骤(5)和(6)进行,总反应为:OH HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++-+ (13)步骤(5)为该反应的速度控制步骤((5)的逆反应速率可忽略),这样有]][][[][2352+-=H HBrO BrO k dt HBrO d (14)上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点,但HBrO 2的增长要受到步骤(4)的限制。
B-Z振荡反应实验报告

B-Z振荡反应姓名:何一白学号:班级:化22实验日期:2014年11月6日提交报告日期:2014年11月22日带实验的老师姓名:王振华1引言(简明的实验目的/原理)1.1 实验目的了解Belousov-Zhabotinski反应的机理通过测定电位-时间曲线球的振荡反应的表观活化能1.2实验原理化学震荡:反映系统中某些物理量(如组分浓度)随时间做周期性变化B-Z反应机理:在硫酸介质中以金属铈离子做催化剂的条件下,丙二酸被溴酸氧化——FKN机理(共十步)系统中[Br-]、[HBrO2],[Ce4+]/[Ce3+]都随时间做周期性的变化。
测量及数据:我们用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间变化的曲线,处理数据得到诱导期时间及震荡周期。
由1/t诱,1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢,综合不同温度下的t诱和t振,估算表观活化能E诱,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2.1.1 实验仪器计算机及接口一套;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;2.1.2 实验药品0.02 mol/L 硝酸铈铵;0.5 mol/L 丙二酸;0.2 mol/L 溴酸钾;0.8 mol/L 硫酸。
2.2 实验条件(实验温度、湿度、压力等)实验室温度16.3℃,大气压102.19kPa2.3 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1 所示)接好线路。
图1 . B-Z振荡反应实验装置图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。
B-Z化学振荡反应

B-Z化学振荡反应B-Z 化学振荡反应⼀、实验⽬的:1、了解Belousov-Zhabotinsky 反应(简称BZ 反应)的基本原理及研究化学震荡反应的⽅法;2、掌握在硫酸介质中以⾦属铈离⼦作催化剂时,丙⼆酸别溴酸氧化体系的基本原理;3、了解化学震荡反应的表观活化能计算⽅法。
⼆、实验原理:BZ 振荡反应是⽤⾸先发现这类反应的前苏联科学家Belousov 及Zhabotinsky 的名字⽽命名。
该反应由三个主过程组成:322322234223243222A 1)22)2B3)24)5)2C6)4()2436Br BrO H HBrO HBrO Br HBrO H HBrO HBrO BrO H BrO H O BrO Ce H HBrO Ce HBrO BrO H HBrO Ce BrCH COOH H O HBrO Br Ce CO H --+-+-++++-++-++++→+++→++→+++→+→+++++→+++过程过程过程总反应为322222223()2()3+4CeH Br CH COOH BrCH COOH CO H O ++-++→+根据公式ln1/t 诱=-E 诱/RT+C 可计算出表观活化能E 诱三、实验试剂与仪器BZOAS-IIS 型BZ 反应数据采集接⼝系统、微型计算机、HK-2A 型恒温槽、反应器、磁⼒搅拌器;丙⼆酸0.45mol ·dm-3、溴酸钾0.25 mol ·dm-3、硫酸3.00 mol ·dm-3、硫酸铈铵4×10-3 mol ·dm-3。
四、实验步骤1、连接好仪器,打开超级恒温⽔浴,将温度调节⾄35±0.1℃;2、打开电脑,双击打开bzl ﹒exe 系统软件,选择“设置参数”选项进⾏参数设置:横坐标极值:1000s 纵坐标极值:1200mv纵坐标零点:700mv 起始阀值:6 “画图起始点”选择“从测量开始即画”;3、在反应器中加⼊已配好的丙⼆酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液各10ml ,恒温搅拌10min后,加⼊硫酸铈铵溶液10ml,迅速插⼊电极,点击“开始实验”。
BZ振荡反应

4.选择电压量程为2V(显示为“UL 2V”),将测试线两端短 接,按下“采零”键,清零后将红端接铂电极,黑端接双盐 桥电极。
实验步骤
5.恒温5分钟后加入硝酸铈铵溶液,观察溶液的颜色 变化,同时开始计时并记录相应的变化电势(点击 “数据通讯”— “开始绘图”)。
B-Z反应及其机理
目前人们已经发现的化学振荡反应的种类比较多,但最受
人们重视并且被广泛深入研究的是B-Z反应。 对B-Z反应机理的分析,最有代表性的工作是
Field, Koros和Noyes3位科学家完成的,合称 为FNK机理。
简
A BrO3-+2Br-+3CH2(COOH)2 → 3BrCH(COOH)2+3H2O
三、试剂与仪器
试剂:丙二酸;硫酸;溴酸钾;硝酸 铵。
仪器:ZD-BZ振荡实验装置 1台
联想电脑
1台
SYC-15超级恒温水浴 1台
213型铂电极
1只
双盐桥甘汞电极 1只
磁子
1个
四、实验步骤
1. 先打开实验仪器,再打开计算机,启动程序,设置串行口、 坐标系和采样时间。
2.将红、黑两测试线按“红”+、“黑”—接入被测线压输 入口。按图连接好仪器,按照超级恒温水浴的使用方法,将 温度控制在25℃±0.1 ℃,待温度稳定后接通循环水。
但之后很长时间内人们一直无法从热力学的角度来解 释化学振荡反应产生的原因。造成了化学振荡反应被人 们冷落了很长时间。
20世纪50年代末B-Z反应的发现之后,研究步伐大大 提高,至今余热不减。
化学振荡和自组织现象
化学振荡B-Z反应

实验21 化学振荡——B-Z 反应一.目的要求1. 了解Belousov-Zhabotinsky 反应(简称BZ 反应)的基本原理,掌握研究化学振荡反应的一般方法。
2. 掌握硫酸介质中铈离子作催化剂时,丙二酸被溴酸氧化体系的基本原理。
3. 了解化学振荡反应的电势测定方法。
4. 测定硫酸-丙二酸-HBrO 3–硝酸铈铵化学振荡体系振荡反应的诱导期与振荡周期,并求出有关反应的活化能。
二.实验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,并报道了以金属铈离子作催化剂时,柠檬酸被HBrO 3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,人们把这类反应统称为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2-21-2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 –+BrO 3–+2H +→HBrO 2+HBrO(2) Br –+HBrO 2+H +→2HBrO过程B (3) HBrO 2+BrO 3–+H +→2BrO 2+H 2O(4) BrO 2+Ce 3++H +→HBrO 2+Ce 4+(5) 2HBrO 2→BrO 3–+H ++HBrO过程C (6) 4Ce 4++BrCH(COOH)2+H 2O +HBrO →2Br –+4Ce 3++3CO 2+6H + 过程A 是消耗Br -,产生能进一步反应的HBrO 2,HBrO 为中间产物。
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B-Z振荡反应姓名:*** 学号:2015012*** 班级:化学**班实验日期:2018年3月21日提交报告日期:2018年3月23日带课老师/助教:***1 引言(简明的实验目的/原理)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1套,THGD-0506高精度低温恒温槽(宁波天恒仪器厂)1台,电磁搅拌器1台,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-1硝酸铈铵,0.5mol∙L-1丙二酸和0.2mol∙L-1溴酸钾(均由0.8mol∙L-1硫酸溶液配制);0.8mol∙L-1硫酸。
2.2 实验条件恒温槽初始温度设定在25.00℃。
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(如上)接好线路。
3. 接通电源。
打开计算机,运行“数据采集”程序,准备采集数据。
4. 调节恒温槽温度为25℃。
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。
点击“开始”,待基线走稳后,用移液管加入2mL硝酸铈铵溶液。
出现振荡后,待振荡周期完整重复8~10次后,点击“完成”,停止记录,命名存盘。
记录恒温槽温度。
实验中注意观察溶液的颜色变化。
5. 升高温度3~5℃,重复步骤4,直到35℃左右。
注意事项:1. 实验开始前,要检查甘汞电极是否满足使用条件(溶液接触汞的部分,有固体KCl颗粒,没有气泡,甘汞电极与外部盐桥接通)。
若不满足,应事先调整;2. 全部溶液都用稀硫酸配制。
防止反应液滴到皮肤、衣物、仪器、家具上。
反应液流到电磁搅拌器上,应及时擦拭干净,更换滤纸,以免腐蚀仪器甚至发生漏电。
若反应液滴到其他地方,应根据情况,及时冲洗或擦拭干净;3. 橡皮塞及电极应保持竖直状态,避免平放或倒置,避免甘汞电极出现气泡;4. 注意控制转子位置,避免损坏电极。
反应前清洗反应器和电极,反应时控制转子转速保持稳定,可保证数据准确以及振荡反应出现。
3 结果与讨论3.1 原始实验数据3.1.1 不同温度下的电位振荡曲线图实验得到不同温度下的电位振荡曲线图如下所示。
3.1.2 各温度下的t诱和t振实验中各温度下的诱导期开始时刻与结束时刻可从图1~图4得到,二者相减即诱导期。
结果如下:表1 实验测得的不同温度下的诱导期温度T/℃诱导期开始时刻诱导期结束时刻诱导期t诱/s25.00 18.1s 424.4s 406.328.00 71.5s 441.5s 370.031.00 17.1s 302.6s 285.534.00 59.9s 302.6s 242.7各温度下,各周期的峰值对应的时刻如下表。
表2 各温度下各周期的峰值对应的时刻(单位:秒)温度25.00℃28.00℃31.00℃34.00℃第1周期470.7 478.8 328.7 322.7第2周期546.2 535.7 371.5 357.5第3周期622.2 595.5 414.8 393.7第4周期698.2 655.0 457.6 429.9第5周期773.7 715.9 501.9 467.2第6周期848.2 777.8 546.2 504.4第7周期926.3 837.7 592.6 542.7第8周期1003.3 899.6 638.4 580.5第9周期1081.9 960.0 684.7 620.2第10周期1159.4 1020.9 731.0 660.03.2 计算的数据、结果3.2.1 各温度下t振的计算考虑充分利用数据,我们不采用算出各个振荡周期的时间间隔再取平均的方法,而采用最小二乘法。
以周期的序数为横轴,相应峰值的时刻为纵轴,线性回归后,直线的斜率即振荡周期t振。
对表2中的数据作图,结果如下。
将数据处理的结果整理如表3所示。
表3 不同温度下的振荡周期温度T/℃振荡周期t振/s25.00 76.428.00 60.531.00 44.734.00 37.53.2.2 表观活化能E诱和E振的计算对表1和表3中的数据做进一步处理,如表4。
表4 不同温度下的诱导期和振荡周期的数据处理结果T/K t诱/s t振/s 1T/(10-3K-1) ln(1st诱) ln(1st振)298.15 406.3 76.4 3.3540 -6.0071 -4.336301.15 370.0 60.5 3.3206 -5.9135 -4.103304.15 285.5 44.7 3.2879 -5.6542 -3.800307.15 242.7 37.5 3.2557 -5.4918 -3.624 分别作ln(1s/t诱)-1/T图和ln(1s/t振)-1/T图,如图9和图10。
由以上结果,可用直线的斜率求得表观活化能E 诱和E 振。
E 诱 = 5.5057×8.314 kJ·mol -1 = 45.77 kJ·mol -1 E 振 = 7.447×8.314 kJ·mol -1 = 61.91 kJ·mol -13.3 讨论分析化学动力学实验的不确定因素很多,往往给实验造成很大的误差。
相比于其他的动力学实验,本实验的实验结果还是比较理想的。
从图9和图10的结果可以看到, ln(1s t 振)与1T 之间有较好的线性关系,因此可以说振荡期内速率常数是符合Arrhenius 方程的。
但ln(1s t 诱)和与1T 之间的线性关系并不特别好,我们只能做出反应速率常数基本符合Arrhenius 方程的论断。
因为个别数据点在测量过程中可能有误差,导致它们偏离了拟合直线;实验中也注意到,智能恒温槽显示的温度会有微小的波动。
也有可能是因为诱导期的动力学过程更为复杂,温度对反应速率常数的影响与Arrhenius 方程相比可能有些偏差。
从图5~图8的结果来看,各个峰值周期性出现,重现性好,体现在相邻两峰值间的时间间隔在实验过程中基本保持不变,图5~图8的拟合直线也有较高的R 2值。
不过仔细研究表2的数据应当发现,随着时间的推移,振荡周期会越来越长,我们把这一现象的原因归结为原料的消耗。
因为反应在不断进行着,在其他条件相同的前提下,反应物浓度降低,反应速率会减小,导致一个周期的时间变长。
这在温度较高的几组实验中表现得更为明显,因为温度高,反应进行得更快,反应物浓度降低得更多,故振荡周期也变长得更多。
比如34℃的条件下,刚进入振荡期时,一个振荡周期约为36~37s ,而经历了约10个振荡周期后,振荡周期已经将近40s 了。
实验中观察到,溶液的颜色在浅黄与无色之间交替变化,并与电位振荡曲线同步。
因为体系中Ce 4+和Ce 3+的含量周期性地交替变化,Ce 4+显浅黄色,Ce 3+显无色,故溶液的颜色也交替变化。
4 结论本次实验通过监测不同温度下的B-Z反应的电位振荡曲线,得表观活化能E诱为45.77 kJ·mol-1,E振为61.91 kJ·mol-1。
5 参考文献[1] 清华大学化学系物理化学实验编写组. 物理化学实验. 北京:清华大学出版社,1991:278-286.[2] 金丽萍,邬时清,陈大勇. 物理化学实验. 上海:华东理工大学出版社,2005:69-74.[3] 贺德华等. 基础物理化学实验. 北京:高等教育出版社,2008:62-67.6 附录(思考题)1. 已知卤素离子(Cl-,Br-,I-)都很易和HBrO2反应,如果在振荡反应的开始或是中间加入这些离子,将会出现什么现象?试用FKN机理加以分析。
答:在振荡反应开始前,加入Cl-或I-,则它们与HBrO2的反应形成竞争反应,导致诱导期延长,加入Br-,可能导致直接进行过程A,引发振荡反应;若在振荡期内加入Cl-或I-,则干扰振荡反应,会导致振荡周期延长,加入的量足够多还可能导致振荡反应的终止,若振荡期内加入Br-,体系中本来就含Br-,故总效果是改变了体系内Br元素各价态的比例,这会导致振荡反应从振荡周期的某一“相位”突变到另一“相位”,对振荡周期以及电位振荡的振幅可能均会有影响。
2. 为什么B-Z反应有诱导期?反应何时进入振荡期?答:因为反应开始时体系中只有Ce4+离子,没有Ce3+离子,Ce3+需要由丙二酸还原Ce4+来产生。
当体系中产生Ce3+后,溴酸钾被还原,体系中产生Br-离子。
这些反应并不是很快就完成的,需要一定的时间,[Br-]以后,系这一时间即反应的诱导期。
随着Br-离子浓度[Br-]的增大,振荡逐渐被启动,[Br-]达到临界值~统开始进行A过程,这时可认为进入振荡期。
3. 影响诱导期的主要因素有哪些?答:本实验中,温度是一变量,故可以明显地看出温度是诱导期的主要影响因素之一。
此外,体系中各组分的浓度,pH值,杂质等也可能影响诱导期。
4. 体系中什么样的反应步骤对振荡行为最为关键?[Br-]时,HBrO2的自答:最关键的步骤是HBrO2的自催化反应,它控制着[Br-]的增加和减少。
[Br-]<~催化反应进行得更快,[HBrO2]快速增加,使更多的Br-被消耗,从而消耗Br-的过程A进行得更慢,体系[Br-]时,HBrO2的自催化反应受到主要进行过程B。
B产生的Ce4+使Br-再生,导致[Br-]的增加。
当[Br-]>~抑制,从而过程B进行得比过程A慢,过程A消耗Br-,导致[Br-]的降低。
而当[Br-]<~[Br-]时,又重复上述过程,进入循环,即振荡,周而复始,直到原料耗尽。
因此HBrO2的自催化反应有着类似于“负反馈调节”的作用,控制着振荡反应的进行。
7 收获与建议本次实验学习了B-Z振荡反应,利用电位-时间曲线求得了振荡反应的表观活化能。
实验操作非常简单,而原理部分在物理化学的理论课上接触的不多,需要我们用心体会和领悟,尤其是反应体系为什么有振荡行为,其中的关键因素、关键步骤是什么。
这次实验使我们更深入地认识化学振荡现象,对化学振荡反应的历程有了新的感知,是对化学动力学理论的有效补充。