蓝瓶子实验与b-z振荡反应研究

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1、蓝瓶子实验与B-Z振荡反应研究【新课引入】[教师活动]：向学生展示“蓝瓶子”实验，让学生观察实验现象[学生活动]：锥形瓶中的溶液由蓝色褪成无色[教师活动]：请一位同学振荡锥形瓶，让学生继续观察实验现象[学生活动]：锥形瓶中的溶液又由无色变成了蓝色[教师活动]：学生产生浓厚的学习兴趣和求知欲，课堂气氛比较活跃，此时趁热打铁向学生展示空间波实验，并要求学生仔细观察实验现象[学生活动]：一段时间内观察到培养皿中的溶液在红色和蓝色之间不断变化，溶液中有波纹出现[教师活动]：通过观察请学生归纳两个实验现象的共同点[学生活动]：“都发生了颜色变化”，“都是一种周期

2、性地变化”[教师活动]：教师设问“那么这两个实验的实验现象又有什么不同点呢？”[学生活动]：学生进行交流讨论[教师活动]：教师总结“蓝瓶子实验颜色的周期性变化需要人为的振荡，而空间波实验是一种自发的变化”。教师设问“那么大家知道其中的原因吗？”带着对这个问题的思考向学生介绍两个实验的反应原理，并引入今天实验课的主题B-Z振荡反应一、实验目的1、通过观察亚甲基蓝和亚甲基白在不同条件下的相互转化，学习观察方法，体验对比实验法2、了解B-Z震荡反应的基本原理3、初步了解自然界中普遍存在的非平衡非线形问题二、实验原理蓝瓶子实验原理：亚甲基蓝是一种暗绿色晶体，溶

3、于水和乙醇，在碱性溶液中，蓝色亚甲基蓝很容易被葡萄糖还原为无色亚甲基白。振荡此无色溶液时，溶液与空气接触面积增大，溶液中氧气溶解量就增多，氧气把亚甲基白氧化为亚甲基蓝，溶液又呈蓝色。（注意事项：NaOH的用量太多或水浴加热的水温太高会导致葡萄糖在强碱性条件下形成双键在不同位置的烯醇式和碳键断裂分解为醛，醛又聚合生成树脂状物质，最终溶液变黄失效。）B-Z震荡反应原理：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

4、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B-Z振荡反应。非平衡非线性问题是自然科学领域中普遍存在的问题，大量的研究工作正在进行。研究的主要问题是：体系在远离平衡态下，由于本身的非线性动力学机制而产生宏观时空有序结构，称为耗散结构，最典型的耗散结构是B-Z体系的时空有序结构。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B-Z振荡反应。也是我们今天着重要研究的内容。下面我们来看一下他的反应原理：当[Br-]

5、足够高时，发生反应A：A.BrO3-+2Br-+3CH(COOH)2+3H+=3BrCH(COOH)2+3H2O当[Br-]浓度降低到足够低时，反应A处于不稳定状态，一切反应切换到自催化反应，发生反应B：B.BrO3-+4Ce3++5H+=HOBr-+4Ce4++2H2O在这个反应中，Ce3+被氧化成Ce4+离子，而Ce3+是无色的，Ce4+是黄色的，表现在溶液现象的变化。此时具有氧化性的Ce4+将进一步与反应A中生成的溴代物BrCH(COOH)2反应，这个过程如反应C：C：HOBr-+4Ce4++H2O+3BrCH(COOH)2=2Br-+4Ce3+

6、+6H++3CO2在这个反应体系中存在着两个受溴离子浓度控制过程A和B，当[Br-]高于临界浓度[Br-]时发生A过程，当[Br-]低于临界浓度[Br-]时发生B过程。也就是说[Br-]起着开关作用，它控制着从A到B过程发生，再由B到A过程的转变。在A过程，由化学反应[Br-]降低，当[Br-]到达临界浓度[Br-]时，B过程发生。Br-再生，［Br-］增加，当［Br-］达到临界浓度[Br-]，A过程发生，这样体系就在A过程，B过程间往复振荡，形成了一个循环往复的反应链，即A----B-----C-----A-----B------C。本实验是通过观察

7、溶液颜色的变化来认识震荡体系，此外还有很多方法：测定吸光度随时间的变化，测定电势随时间的变化等。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HBr02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。三、仪器与试剂1．仪器：锥形瓶、试管、滴管、橡胶塞、烧杯、酒精灯、量筒、托盘天平、温度计、计时器，烧杯，量筒，培养皿2．

8、试剂：0.2%亚甲基蓝溶液、NaOH、葡萄糖、蒸馏水；丙二酸，浓硫酸，溴酸钾，硝酸铈胺，邻二氮