BZ振荡反应
物理化学实验报告 BZ振荡反应
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BrO -3 ~ Ce +4~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4作为反映体系。
该体系的总反应为：()()O 4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++−→−++-+ 1体系中存在着下面的反应过程。
过程A ：HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+−→−+++--2 2HOBr H Br HBrO 3K 2−→−+++-3过程B ：O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+−→−+++-4 42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++−→−++5 +++−→−H HOBr BrO 2HBrO -3K 266Br -的再生过程：()++-++++−→−+++6H3CO 4Ce2Br HOBr O H COOH BrCH 4Ce 23K 2247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[][][]+-=H BrO K K HBrO 3322。
当[Br -]低时，发生过程B ，Ce +3被氧化。
4反应是速率控制步骤。
4.5反应将自催化产生达到准定态时，有[][][]+-≈H BrO 2K K HBrO 3642。
可以看出：Br -和BrO -3是竞争HbrO 2的。
当K 3 [Br -]>K 4[BrO -3]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。
bz振荡反应实验报告
bz振荡反应实验报告bz振荡反应实验报告引言：振荡反应是化学中一种非常有趣且复杂的现象，它常常表现出周期性的变化。
本实验旨在通过观察和研究bz振荡反应，深入了解其机理和特性。
实验目的：1. 观察bz振荡反应的现象和规律；2. 探究影响bz振荡反应的因素；3. 分析振荡反应的动力学特性。
实验材料和方法：材料：甲醛、硫酸、硫酸铁、碘化钾、硫酸铜、稀硫酸、蒸馏水等；方法：按照实验步骤进行操作。
实验步骤：1. 准备工作：清洗实验器材，准备所需试剂；2. 液体A的制备：将甲醛、硫酸和硫酸铁按一定比例混合，得到液体A；3. 液体B的制备：将碘化钾、硫酸铜和稀硫酸按一定比例混合，得到液体B；4. 实验装置的搭建：将液体A和液体B分别倒入两个烧瓶中，通过U型管将两个烧瓶连接起来；5. 观察实验现象：观察烧瓶中液体颜色的变化，记录变化的时间和规律。
实验结果与分析：在实验过程中，我们观察到了bz振荡反应的明显现象。
起初，液体A和液体B 分别呈现深蓝色和黄色。
当两者混合后，液体的颜色会发生周期性的变化，从深蓝色到无色，再到深蓝色，如此往复。
通过记录实验过程中颜色变化的时间和规律，我们发现了一些有趣的现象。
首先，颜色变化的周期并不固定，有时短暂，有时较长。
其次，液体颜色变化的速度也存在差异，有时快速，有时缓慢。
这些现象表明，bz振荡反应受到多种因素的影响。
为了更好地理解bz振荡反应的机理，我们进一步探究了影响反应速率的因素。
实验中我们改变了液体A和液体B的浓度、温度和pH值等条件。
结果显示，液体A和液体B的浓度越高，反应速率越快；温度升高也会加快反应速率；而pH值的变化则对反应速率影响较小。
此外，我们还对bz振荡反应的动力学特性进行了分析。
通过实验数据的处理和计算，我们得到了反应速率与浓度的关系曲线，发现其呈现非线性的特点。
这表明bz振荡反应可能涉及到多个中间物质的生成和消耗，反应过程较为复杂。
结论：通过本次实验，我们深入了解了bz振荡反应的特性和机理。
实验十二BZ振荡反应
实验十二 B-Z振荡反应1.目的要求1）了解、熟悉化学振荡反应的机理；2）通过测定电位一时问曲线求得化学振荡反应的表观活化能。
2.基本原理人们通常所研究的化学反应，其反应物和产物的浓度呈单调变化，最终达到不随时间变化的平衡状态。
而某些化学反应体系中，会出现非平衡非线性现象，即有些组分的浓度会呈现周期性变化，该现象称为化学振荡。
为了纪念最先发现、研究这类反应的两位科学家(BelouS0v和Zhabotinskii)，人们将可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统笼统地称为BZ振荡反应(Bz Oscillating Reaction)。
大量的实验研究表明，化学振荡现象的发生必须满足3个条件：(1)必须是远离平衡的敞开体系；(2)反应历程中应含有自催化步骤；(3)体系必须具有双稳态性(bistability)，即可在两个稳态间来回振荡。
有关BZ振荡反应的机理，目前为人们所普遍接受的是FKN机理，即由Field、Kоrоs和Noyes三位学者提出的机理。
对于下列著名的化学振荡反应（A）FKN机理认为，在硫酸介质中以铈离子作催化剂的条件下，丙二酸被漠酸盐氧化的过程至少涉及9个反应。
1.当上述反应中[Br-]较大时，BrO3-是通过下面系列反应被还原为Br2的，（1）（2）（3）其中反应(10.A)是控制步骤。
上述反应产生的Br2使丙二酸溴化（4）因此，导致丙二酸溴化的总反应(10.1)为上述四个反应之和而形成一条反应链，（α）2.当[Br-]较小时，溶液中的下列反应导致了铈离子的氧化（5）（6）（7）上面三个反应的总和组成了下列反应链，（β）该反应链是振荡反应发生所必需的自催化反应，其中反应式(Ⅱ一15—6)是速度控制步骤。
最后，Br-可通过下列两步反应而得到再生，（8）上述两式偶合给出的净反应为：（γ）如将反应式(α)、(β)和(γ)，)相加就组成了反应系统中的一个振荡周期，即得到总反应式(A)。
必须指出，在总反应中铈离子和溴离子已对消，起到了真正的催化作用。
物理化学B-Z震荡实验
B-Z振荡反应一、实验目的：1、了解振荡反应的基本原理，体会产生振荡反应必备的条件。
2、初步理解耗散结构系统远离平衡的非线性动力学机制。
3、了解反应溶液的投放顺序以及观察颜色变化。
二、实验原理：有机物在酸性介质中被催化溴氧化的一类反应。
经典热力学熵增原理难以说明生命现象，普里高津提出了耗散结构理论，也提出了一个开放体系在达到远离平衡态的的非线性区域时，一旦体系的某个参量达到一定打得阀值后，通过涨落就可以使体系发生突变，从无序走向有序，产生化学振荡一类的自组织现象。
实验试剂：A溶液：3g丙二酸+6ml 1:1Ｈ2SO4+0.2硝酸铵+44mlH2OB溶液：2.5g溴酸钾+50mlH2O邻菲啰啉：0.7gFeSO4+0.5g邻菲啰啉三、实验步骤：1．在小烧杯中加入8mlA溶液和8mlB溶液混匀观察颜色变化（无→黄→无）记录变化周期，再加入1ml邻菲啰啉混匀，观察其颜色变化，记录五个周期。
2．空间化学波现象观察在培养皿中加入6mlA和6mlB混匀后，再加入2ml邻菲啰啉混匀，下衬白纸，水平放在桌上，静置一段时间，观察同心圆样图案。
四、实验数据处理：附：实验名词解释：（1）开放系统热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现耗散结构。
那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？其实，在开放的条件下，系统的熵增量dS是由系统与外界的熵交换deS和系统内的熵产生diS两部分组成的，即：dS=deS+diS 热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负，即diS>=0，然而外界给系统注入的熵deS可为正、零或负，这要根据系统与其外界的相互作用而定，在deS<0的情况下，只要这个负熵流足够强，它就除了抵消掉系统内部的熵产生diS外，还能使系统的总熵增量dS为负，总熵S减小，从而使系统进入相对有序的状态。
所以对于开放系统来说，系统可以通过自发的对称破缺从无序进入有序的耗散结构状态。
BZ振荡反应实验报告
B-Z 振荡反应姓名：刘若晴 学号：2007011980 班级：材72 同组实验者：穆浩远、曾燕群 带实验的老师：王老师1 引言（简明的实验目的/原理）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。
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：序号 机理步骤 速率或速率常数 （1）22HOBr Br HBr H O -++++1116291110108----=⋅⋅⨯=sk s dm mol k（2）HOBr H Br HBrO k 222−→−+++- 16292102--⋅⋅⨯=s dm mol k注：k i 代表第i 个反应步骤的速率，MA 和BrMA 分别为CH 2(COOH)2和BrCH(COOH)2的缩写。
B-Z化学震荡反应
B-Z 化学振荡反应一、实验目的1.了解BZ 振荡反应的基本原理；体会自催化过程是产生振荡反应的必要条件。
2.初步理解耗散结构系统远离平衡的非线性动力学机制。
3.了解化学振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 HBrOBr HBrO H HBrOHBrO BrO H BrO H OBrO Ce H HBrO Ce HBrO BrO H HBrOCe BrCH COOH H O HBrO Br Ce CO H --+-+-++++-++-++++→+++→++→+++→+→+++++→+++过程过程过程 总反应为322222223()2()3+4Ce H 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.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 ；3.打开磁力搅拌器，调节合适速度；4.恒温10min 后，加入硫酸铈铵溶液15ml ，观察溶液颜色的变化，同时开始计时并记录相应的变化电势；8.电势变化首次到最低时，记下时间t 诱；9.用上述方法将温度设置为40℃、45℃、50℃、55℃重复实验，并记下t 诱；10.根据t 诱与温度数据诱作图。
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
BZ振荡反应
BZ振荡反应刘恺 1120123036一、实验目的（1）了解BZ（Belousov-Zhabotinski）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。
二、实验原理化学振荡：反应系统中，某些物理量（如某组分浓度）随时间做周期性变化。
BZ体系：溴酸盐、有机物在酸性条件以及在有（或无）金属离子催化剂作用下构成的体系。
BZ振荡反应机理（FKN机理）：总反应：（A）2H++2Br03-+2CH2(COOH)2→2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O过程(1):(B)BrO3-+Br-+H+→HBrO2+HOBr(C)HBrO2+Br-+H+→2HOBr过程(2):(D)BrO3-+HBrO2+H+→2BrO2+H2O(E)BrO2+Ce3++H+→HBrO2+Ce4+(F)2HBrO2→BrO3-+HOBr+H+Br-再生过程(G)4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HOBr→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+ 体系中存在着两个受溴负离子浓度控制的过程（1）与（2）。
当溴负离子含量足够高时，主要发生过程（1），其中步骤B是速率控制步骤。
当溴负离子含量低时，主要发生过程（2），其中D是速率控制步骤。
如此，体系在过程（1）与（2）之间往复振荡。
反应进行时，系统中Br-、HBrO2、Ce3+、Ce4+的浓度均随时间做周期性变化。
实验中，可选用溴离子选择电极测定Br-，用铂丝电极测定Ce4+、Ce3+随时间变化。
从加入硫酸铈铵到体系开始振荡的时间为t诱，诱导期与反应速率成反比，即1/t诱正比于k=Aexp（-E表/RT）,并且有，Ln（1/t诱）=LnA-E表/RT.作图Ln（1/t诱）-1/T,根据斜率可求出表观活化能E表。
三、仪器与试剂BZ反应数据采集接口系统、微型计算机、恒温槽、反应器、磁力搅拌器、丙二酸（0.45mol/L）、溴酸钾（0.25mol/L）、硫酸（3.00mol/L）、硫酸铈铵（4×10-3mol/L）.四、实验步骤(1)恒温槽水浴接通电源，设置温度为30℃。
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北京理工大学
物理化学实验报告
BZ震荡反应
班级：09111101
实验日期：2013-4-9
一、 实验目的
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。
二、 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。
本实验以BrO -
3 ~ Ce +
4 ~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4作为反映体系。
该体系的总
反应为：
()()O 4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++−→−++-
+
体系中存在着下面的反应过程。
过程A ：
HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+−→−+++--
2HOBr H Br HBrO 3K 2−→−+++-
过程B ：
O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+−→−+++-
42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++−→−++
+++−→−H HOBr BrO 2HBrO -3K 26
Br - 的再生过程：
()+
+-
++++−→−+++6H
3CO 4Ce 2Br HOBr O H COOH BrCH 4Ce 23
K 2247
当[Br -]足够高时，主要发生过程A ，研究表明，当达到准定态时，有
[][][]+-
=H BrO K K HBrO 3
3
22。
当[Br -]低时，发生过程B ，Ce +3被氧化。
，达到准定态时，有
[][][]
+-
≈
H BrO 2K K HBrO 36
42。
可以看出：Br - 和BrO -3是竞争HbrO 2的。
当K 3 [Br - ]>K 4[BrO -
3]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：
[]
[][]
-
--⨯==
3
633
4crit
-
BrO 105BrO K K Br
若已知实验的初始浓度[BrO -
3]，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 。
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 - ]、[HbrO 2]、[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FeSO 4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
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=∝RT E A k t 表诱exp 1
，并得到
RT E
A t 表诱
＝-ln 1ln ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛
作图⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛诱
t
1ln ～T 1
，根据斜率求出表观活化能表E 。
三、 仪器与试剂
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) 连接仪器。
铂电极接接口装置电压输入正端，参比电极接接口装置电压输入负端。
将接口装置的温度传感器探头插入恒温槽的水浴中，并固定好。
2) 接通恒温槽电源，将恒温水通入反应器，将恒温槽温度设定至30.00℃。
接通 BZ 振荡反应数据采集接口装置电源。
启动微机。
运行BZ 振荡反应实验软件，新建一个文件，然后进入主菜单，并设置参数。
设置横坐标极值800s ；纵坐标极值1220mV ；纵坐标零点800mV ；起波阈值6mV 。
3) 取丙二酸、硫酸、溴酸钾各8ml 加入反应器，打开磁力搅拌器，并调节好搅拌速度，取硫酸铈铵溶液8ml ，放入一锥形瓶中，置于恒温槽水浴中。
4) 等软件显示温度为30.00℃时，点击开始试验记录实验数据，等起波之后出现10个周期停止记录 。
5) 将恒温槽温度调制33.00℃，重新取
6)用去离子水淋洗电极，倒掉反应器中的溶液，注意酸性溶液有腐蚀
性！用自来水清洗反应器，用去离子水涮洗反应器。
7)单击“修改目标温度”键，设置温度为30.0℃。
将恒温槽温度设定
至30.0℃。
软件系统等待温度到达设定值。
8)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
15ml。
取硫酸铈铵溶液15ml，放入一锥形瓶中，置于恒温槽水浴中。
9)等待恒温槽温度达到设定值30.0℃，并在软件窗口出现提示，确认。
10)恒温5min后，单击“开始实验”键，根据提示输入BZ振荡反应即
时数据存储文件名，注意改变文件名中的序号。
将恒温后的硫酸铈铵溶液15ml加入到反应器中，立即单击“OK”键，系统开始采集记录显示电位信号。
11)观察反应器中溶液颜色变化和记录的电位曲线，待画完10个振荡周
期或曲线运行到横坐标最右端后，单击“停止实验”键，停止信号采集。
此时可单击“查看峰谷值”，观察各波的峰、谷值。
12)用去离子水淋洗电极，倒掉反应器中的溶液，注意酸性溶液有腐蚀
性！用自来水清洗反应器，用去离子水涮洗反应器。
13)重复10～15步骤，改变温度为35℃、40℃、45℃、50℃，重复实验。
14)实验完成后，单击“退出”键退出，此时会有提示“是否保存实验
数据”，单击“yes”，出现对话框“请输入保存实验数据文件名”，输入文件名后再单击“yes”，将此次实验的不同反应温度下的起波时间保存入文件。
15)关闭仪器（接口装置、磁力搅拌器、恒温槽）电源。
16)在微机上处理实验数据。
五、数据处理
1）作电位～时间图：根据各个温度下数据文件中记录的数据，作出30℃、33℃、36℃、39℃、温度下的电位～时间图
t和周期，得到数据如下：2）根据所画的图像重新判断确定每个温度下的
诱
3）作图⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛诱1
ln t
～T 1
，根据斜率求出表观活化能表E ,图像如下：
拟合直线的斜率k=-6091.5 求得其表观活化能：
E 活=-k*R=6091.5*8.314(J/mol)=50644.7 J/mol=50.6K J/mol
六、 实验分析
实验数据整体而言相关系数为0.99303，相关度较好，但是第二个数据偏离较大。
在实验中产生误差的原因有：1）控温不到位，反应体系有能量的变化，在反应过程中温度变化比较大；2）在加入硫酸铈铵溶液之后没有迅速点击开始记录实验数据，是的起波时间偏短；3）硫酸铈铵溶液还没有到达预设反应温度就开始了反应。
七思考题
1）什么是化学振荡现象？产生化学振荡需要什么条件？
答：化学振荡是反应体统中某些物理量（如某组分的浓度）随时间做周
期性的变化。
这种周期性的变化是发生在非平衡态时的现象。
发生化学
振荡需要几个条件：a，反应必须是敞开体系且远离平衡态；b，反应过
程应包含自催化反应；c，体系必须存在两个或者两个以上的稳定状态。
2）本实验中直接测定的是什么量？目的是什么？
答：本实验直接测定的是试验温度和电位差。
从电位差的变化可以求得
起波时间，目的是根据公式求出表观活化能。