《物化实验c教学资料》实验报告bz

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1、B-Z振荡反应姓名：张天翼学号：2011011918班级：材13同组实验者：崔扬实验□期：2012.9.21提交报告口期：2012.9.28实验老师：王溢磊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.通过测定电位一一时间曲线求得振荡反应的表观活化能。1.2实验原理化学振荡的定义：反应系统屮某些物理量如组分的浓度随时I'可作周期性的变化。B・Z振荡的定义：在金属肺离子、铁离子和镒离子等的催化下，柠檬酸等有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的浪酸氧化反应系统能出现化学振荡现象。人们笼统地称这类

2、反应为B-Z反应。由实验测得的B-Z体系典型飾离子和漠离了浓度的振荡曲线如图1所示：030000005020105210521〔+101823T30O9叫51XB-Z体系典型肺离子和漠离子浓度的振荡曲线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肺离子作催化剂的条件下，丙二酸被漠酸氧化的机理，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：FKN机理序号机理步骤(1)HOB厂+B广+/T口B^+HQ(2)HBrO2+"+/T—IHOBr(3)BrO；+Br~+2H+—HBrO2+HOBr速率或速率常数k}=8x

3、l09mol~2•dm6•s~]紀=110s"k2=2xl09mol~2•dm6•s~lk.=2Amol~3•dm•5_1(4)2HBrO2—BrO~+HOBr+H+k4=4xl07/7?r?/_,-dm1,-5_l(5)BrO；+HBrO.+FT三2BO+HQJk5=1.0xl0Ss/—2.d〃6.「k_5=2xWmo「'•dm'•s~'(6)BiO+Ce3++H+ItHBO+Ce4+快速(7)Br2+MA^^BrMA+"+H十k7=1.3x10-2[W+][A^4](8)6C/+++2/0—6C尹+HCOOH+2CO2+6H+8.8xlO2[C

4、e4+][MA]8~0.53+[MA](9)4C/++B厂MA+2H,O—M4Ce3++Br~+HCOOH+2CO2+5H+_1.7xl()-2[C/+][BrMA]9-0.20+[BrMA](10)B+HCOOH^^2Br-+CO,+2H+,_1.5x~3[Br2][HCOOH]10_[H+]注：ki代表第i个反应步骤的速率,MA和BrMA分别为CH2(COOH)2和BrCH(C00H)2的缩写。按照FKN机理，对化学振荡现象解释如下：当[BL]较大时，反应主要按表中的(1)、(2)、(3)进行，总反应为：BrO；+5BL+6H十3Br2+

5、3比0(11)生成的按步骤(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：BfO；+2B疔+3CH2(COOH)2+3H十t3BrCH(COOH)2+30。(12)当[BrC较小时，反应按步骤(5)和(6)进行，总反应为：2Cei++BrO；+HBrO2+3H+T2Ce4++2HBrO2+H2O(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)，这样有二k5[BrO-][HBrO.][H+](14)dt~上式表明HBrO2的生成具有自催化的特点，但HBrO2的增长要受到步骤(4)的限制。(

6、4)、(5)、(6)组成了另一个反应链，称为过程B。其总反应为：BrO；+4Ce3++5HJHOBr+4Ce4++2H.0(15)最后可通过步骤(9)和(10)而获得再生，这一过程叫做C。总反应为：HOBr+4C『++BrCH(COOH)2+H2OT2Br~+4Ce3++3CO2+6H+(16)过程A、B、C合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。当血一]足够大时，HB2按A屮的步骤(2)消耗。随着商一]的降低，B屮的步骤(5)对HBrO,的竞争愈来愈重要。当［Bk］达到某个临界值［%-］时，自催化步骤（5）引起的HBrO?的生成速率正好等于过程A中

7、由步骤（2）引起的HBrOz的消耗速率，即川HB®]=&[BrQ-][//+]-/：jBr-][HBrO.][H+]=0(17)dt由（17）式易得:字［吨］当［Br~］>［Br_］时，［HBrO2］通过自催化反应（13）很快增加,导致［Br_］通过反应步骤（2）而迅速下降。于是系统的主要过程从A转换到B。B中产生的C尹通过C使际一再生，［Br_］慢慢冋升；当［Br_J>lBr~J时，体系中HBKh的白催化生成受到抑制，系统又从B转换到A,从而完成一个循环。在本次实验屮，如果用1/t诱和1/t抿分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢，那么通过测定不

8、同温度下的t诱和t振可估算表观活化能E诱和E撮。2实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验药品：0.02mol