实验十二B-Z振荡反应.doc

《实验十二B-Z振荡反应.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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(BzOscillatingReaction）。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

2、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

3、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。综上所述，BZ振荡反应体系中存在着两个受溴离子浓度控制的过程(α)和（β)，即［Br—]起着转向开关的作用，当[Br—］〉临界浓

4、度［Br-］临界时发生(α）过程；而当[Br-]<［Br-]临界时发生（β）过程。该反应溴离子的临界浓度为：若已知实验的初始［Br03—］,由上式可估算［Br-］临界.测定、研究BZ化学振荡反应可采用离子选择性电极法、分光光度法和电化学等方法。本实验采用电化学方法，即在不同的温度下通过测定因[Ce4+］和[Ce3+］之比产生的电势随时间变化曲线,分别从曲线中(如图10。1）得到诱导时间（tu)和振荡周期(tZ），并根据阿仑尼乌斯(Arrhenius)方程，(式中E为表观活化能；R是摩尔气体常数（8。314J·mol-1·K—1）;T是热力学温度；A是经验常数.）分别作和In（1／tZ)一1／T

5、图，最后从图中的曲线斜率分别求得表观活化能（EU和EZ).3.仪器与试剂电化学分析仪超级恒温槽饱和甘汞电极（带1mol·L-1H2S04盐桥)100mL电解池（带夹套)铂丝电极100mL容量瓶10mL、50mL量筒50mL、250mL烧杯洗瓶搅棒、滴管、2mL移液管天平硫酸铈铵(分析纯）硫酸(分析纯）丙二酸（分析纯）溴酸钾(分析纯）4。实验步骤1）配制溶液分别用蒸馏水配制0。005mol·L-1硫酸铈铵（必须在0.2mol·L-1H2S04硫酸介质中配制）、0.4mol·L—1丙二酸、0。2mol·L-1溴酸钾、3mol·L-1硫酸各100mL.2）准备工作（1）测量线路如图10。1所示。打开

6、仪器电源预热10min;同时开启恒温槽电源(包括加热器的电源)，并调节温度为30℃(或比当时的室温高3-5℃)。图10.1振荡反应测量线路图（2)将配好的硫酸铈铵、丙二酸和硫酸溶液各10mL放入已洗干净的电解池中,同时也将10mL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10min。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。(3)通过计算机使电化学分析仪进入Windows工作界面。3)测量（1）被测溶液在指定温度下恒温足够长时间(至少10min），点击工具栏里的运行键,实验即刻开始，屏幕上会显示电位一时间曲线（同时也分别显示电位和时间的数值），此时的曲

7、线应该为一平线。60s(或基线平坦）后将预先已恒温的10mL溴酸钾溶液倒入电解池中。此时曲线（电位)会发生突跃，同时注意溶液颜色的变化。经过一段时间的“诱导”，开始振荡反应，此后的曲线呈现有规律的周期变化（如图10.2所示)，实验结束后给实验结果取个文件名存盘.图10。2化学振荡反应的电位一时间曲线(2）将恒温槽温度调至32℃，取出电极洗净电解池和所有用过的电极，然后重复上述步骤进行测量。分别每间