BZ振荡反应实验
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。
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 ①322BrO Br H HBrO HOBr --+++→+ ②22HBrO Br H HOBr -+++→ 式中2HBrO 为中间体，过程特点是大量消耗Br -。
反应中产生的HOBr 能进一步反应，使有机物MA 如丙二酸按下式被溴化为BrMA,(A1)22HOBr Br H Br H O -+++→+(A2)2Br MA BrMA Br H -++→++过程B ③32222BrO HBrO H BrO H O -++++僩 ④342222222BrO Ce H HBrO Ce ++++→+g这是一个自催化过程，在Br -消耗到一定程度后，2HBrO 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3Ce +氧化为4Ce +。
在过程B 的③和④中，③的正反应是速率控制步骤。
此外，2HBrO 的累积还受到下面歧化反应的制约。
⑤232HBrO BrO HOBr H -+→++过程C MA 和BrMA 使4Ce +离子还原为3Ce +，并产生Br -（由BrMA ）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：⑥24Ce ++MA +BrMA →f Br -+23Ce ++其他产物式中f 为系数，它是每两个4Ce +离子反应所产生的Br -数，随着BrMA 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。
实验十二 B-Z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。
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。
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
实验三十七BZ振荡反应
根据t诱与温度数据作lnl/t诱～1／T图，求出表现活化能。
实验讨论
1、实验中溴酸钾试剂纯度要求高。 2、217 型甘汞电极用lmol·L -1H2SO4作液接。 3、配 0.004 mol·L -1的硫酸铈铵溶液时，一定要在 0.20 mol·L -1硫酸介质中配制。防止发 生水解呈混浊。 4、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。
kf
kf + knr
（38-10）
Φ=
k f [ A* ]
=
kf
k f ⋅[ A* ] + knr ⋅[ A* ] + kq ⋅[Q] ⋅[ A* ] k f + knr + kq ⋅[Q]
（38-11）
Φ0、Φ分别表示不加和加猝灭剂时的光量子产率。而
I0 = Φ0 =
k f /(k f + knr )
度后，再稳定 5 分钟，加入 10mL硫酸铈铵(4X10-3mol/L)后，点击“开始实验”，输入文件名，
保存实验波形及数据。注意观察溶液颜色的变化及信号电压值的变化。观察反应曲线，待反
应完成后，按“查看峰谷值”键可观察各波的峰、谷值。
7．如果需要打印此次实验波形，按下“打印”键，选择打印比例，程序根据操作者选择的
BrO3- + HBrO2 + H+ KK3 4
2BrO2 + H2O
（37-3）
BrO2 + Ce+3 + H+
HBrO2 + Ce+4
（37-4）
2HBrO2 KK5 5
BrO3- + HOBr + H+
BZ振荡反应
BZ振荡反应一、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33℃。
BZ振荡反应
一、实验目的
BZ振荡反应
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.掌握测定反应系统中电势变化的方法；
了解溶液配制要求及反应物投放顺序。
二、实验原理 自然界存在大量远离平衡的敞开系统，它 们的变化规律不同于通常研究的平衡或近平衡 的封闭系统，与之相反，它们是趋于更加有秩 序、更加有组织。由于这类系统在其变化过程 中与外部环境进行了物质和能量的交换，并且 采用了适当的有序结构来耗散环境传来的物质 和能量，这样的过程称为耗散过程。受非线性 动力学控制，系统变化显示了时间、空间的周 期性规律。
6.稍慢按 “△” 将精密数字电压测量仪置于分辨率为 0.1mV 档 ， （即 电压测量仪的 2V 档） ，且为“手动”状态，甘汞电极接负极，铂电 极接正极；此时液晶屏显示 1000±200mV 即为正确，否则应再次检 查设置。 7.恒温 5min 后，双击电脑屏幕上的“BZ 振荡” ，选择“0～10 分钟” 档，点击“开始作图” ，再加入硫酸铈铵溶液 15ml，观察溶液颜色 的变化； 8.电脑自动绘图至 5～6 个峰时，停止作图并以自己的学号为文件 名保存至 D 盘，同时在 E 盘中备份。必须先打开软件，在与作图时 相同的设置下再次打开文件。 9.读数：点击曲线上的相邻“峰” ，记下振荡周期，点击曲线开始 部分的斜率突变处及第一个最低点，记下诱导期。 10.根据 t诱 与温度数据 ln(1/ t诱 ) 1/ T 作图。
mV V
+ 手动/自动
磁力搅拌器
电压测量仪
五、实验步骤
1.用 1.00 mol dm3硫酸作 217 型甘汞电极液接； （已做好） 2.按图连接好仪器，打开超级恒温水浴，打开搅拌器；稍慢按 “回车” 将温度调节至 X℃， “回差” 键， 再按 键控温至 X±0.1℃； 先强档加热，离所设温度还差 3℃时，换成弱档加热。 3.配制 0.45 mol dm3丙二酸 250ml、 0.25 mol dm3溴化钾 250ml、 3.00 mol dm3 硫酸 250ml；在 0.20 mol dm3 硫酸介质中配制 （已配好） 4 103 mol dm3 的硫酸铈铵 250ml。 4. 正拿电极，洗净反应器，用专用量筒分别量取丙二酸溶液、 溴酸钾溶液、硫酸溶液各 15ml 加入反应器中； 5. 反应器置于磁力搅拌器正中央，打开磁力搅拌器，调节速度 至最小。
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BZ振荡反应实验
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.掌握在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂时，丙二酸被溴酸氧化体系的基本原理。
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振荡反应系统是有机物在酸性介质中被催化溴氧化的一类反应，如丙二酸在Ce4+的催化作用下，自酸性介质中溴氧化的反应。
BZ 振荡反应是用首先发现这类反应的前苏联科学家Belousov与Zhabotinsky的名字而命名的，其化学反应方程式为：
1）真实反应过程是比较复杂的，该反应系统中HBrO2中间物是至关重要的，它导致反应系统自催化过程发生，从而引起反应振荡。
为简洁的解释反应中有关现象，对反应过程适当简化如下：
当Br－浓度不高时，产生的HBrO2中间物能自催化下列过程：
2）
（3）
在反应（3）中快速积累的Ce4+又加速了下列氧化反应：
（4）
通过反应（4）
为主导反应：
5）
6）
反应（6）与反应（2）对HBrO2竞争，使得反应（2）、（3）几乎不发生。
Br－不断消耗，当Br－消耗到临界值以下，则反应（2）、（3）为主导作用，而反应（5）、（6）几乎不发生。
由此可见，反应系统中
Br－浓度的变化相当于一个“启动”开关，反应（2）、
（3）起主导作用，通过反应（4）不断使Br－
反应（5）、（6）起主导作用，Br－又被消耗。
由于反应（2）、（3）中存在自催化过程，使动力学方程式中出现非线性关系，导致反应系统出现振荡现象。
Br－在（5）、（6）中消耗，又在反应（4）中产生；Ce3+、Ce4+分别在（3）、（4）中消耗和产生，所以Br－、Ce3+、Ce4+在反应过
过程中不断消耗，不会再生，因此，它们不会出现振荡现象。
2）、（6）可求得
所以本实采用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B —Z 反应的振荡现象，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）。
设反应的速率方程是：-dc/dt=kc n
在温度T 1时速率常数为k 1，诱导期为t 1，那么
在温度T 1时速率常数为k 2，诱导期为t 2，那么
由于起始浓度相同，反应程度相同，所以两式左边的积分值应相同，则有
k 1t 1= k 2t 2
根据阿仑尼乌斯公式：
可由诱导期推算表观活化能E诱。
三、仪器试剂
仪器：NDM－1电压测量仪；SYC－15B超级恒温水浴；磁力搅拌器；反应器100ml；217型甘汞电极；213型铂电极；数据采集接口装置；计算机；
试剂：溴酸钾（GR）；硝酸铈铵（AR）；丙二酸（AR）；浓硫酸（AR）。
四、实验步骤
1.用217型甘汞电极液接；
2.按图连接好仪器，打开超级恒温水浴，将温度调节至25.0±0.1℃；
3.配制250ml、250ml、
3.00硫酸250ml；在0.20硫酸介质中配制
250ml。
4.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；
5.打开磁力搅拌器，调节合适速度；
6.将精密数字电压测量仪置于分辨率为0.1mV档（即电压测量仪的2V档），且为“手动”状态，甘汞电极接负极，铂电极接正极；
7.恒温5min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.
9.用上述方法将温度设置为30℃、35℃、40℃、45℃重复实验，
10.
五、数据记录与处理
温度(K) 1/T t 诱(s) 1ln t 诱 308 0.003247 273.5 -5.611 313 0.003195 214 -5.366 318 0.003145 140.5 -4.945 323 0.003096 118 -4.771 328 0.003049 88 -4.477 根据实验数据作出ln(1/)~1/t T 诱图如下：
根据上图可得出直线斜率为k=-5785.64，则表观活化能
E诱=-kR=5785.64*8.314=48850J=48.85kJ
六、注意事项
1.实验中溴酸钾试剂要求纯度高，为GR级；其余为AR级。
2.配制硫酸铈铵溶液时，一定要在
防止发生水解呈浑浊。
3.反应器应清洁干净，转子位置和速度都必须加以控制。
4.电压测量仪一定要置于0.1mV分辨率的手动状态下。
5.跟电脑连接时，要用专用通讯线将电压测量仪的串行口与
电脑串行口相接，在相应软件下工作。
七、思考题
1.试述影响诱导期的主要因素。
答：中间体的生成速率。
2.初步说明BZ振荡反应的特征与本质。
答：BZ振荡反应的特征如下：（1）反应必须是敞开系统，且远离平衡态；（2）反应历程中应包含自催化的步骤；（3）系统具有双稳定性。
BZ振荡反应的本质是必然是耗散结构，化学振荡的动力学具有
非线形的微分速率公式。
3.说明实验中测得的电势的含义。
答：说明离子的浓度随时间的周期性变化情况从而导致电势周期性的发生变化。