bz振蕩反應設計實驗報告

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1、設計性實驗報告實驗名稱酸對B-Z振蕩反應的影響實驗報告人學號班級同組人實驗日期2013年月日室溫9.9℃大氣壓102.78KPa指導老師評分1、前言1.1背景材料在化學反應中，反應產(chǎn)物本身可作為反應催化劑的化學反應稱為催化反應。一般的化學反應最終都能達到平衡狀態(tài)（組分濃度不隨時間而改變），而在自催化反應中，有一類是發(fā)生在遠離平衡態(tài)的體系中，在反應過程中的一些參數(shù)（如壓力、溫度、熱效應等）或某些組分的濃度會隨時間或空間位置作周期的變化，人們稱之為“化學振蕩”。由于化學振蕩反應的特點，如體系中某組分濃度的規(guī)律變化在適當條件下能顯示出來時，可形成色彩豐富的時空有序現(xiàn)象（如空間結構、振蕩、化學

2、波……等）。這種在開放體系中出現(xiàn)的有序耗散結構也證明負熵流的存在，因為在開放體系中，只有足夠的負熵流才能使體系維持有序的結構。化學振蕩屬于時間上的有序耗散結構。別洛索夫（Belousov）在1958年首先報道以金屬鋅離子作催化劑在檸檬酸介質(zhì)中被溴酸鹽氧化時某中間產(chǎn)物濃度隨時間周期性變化的化學振蕩現(xiàn)象，扎勃丁斯基（Zhabotinski）進一步深入研究在1964年證明化學振蕩體系還能呈現(xiàn)空間有序周期性變化現(xiàn)象。為紀念他們最早期的研究成果，，將后來發(fā)現(xiàn)大量的可呈現(xiàn)化學振蕩的含溴酸鹽的反應體系稱為B-Z振蕩反應[1]。1.2實驗原理隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)所有的振蕩反應都含有自催化反饋步驟，同時

3、也發(fā)現(xiàn)了許多能發(fā)生振蕩反應的體系（振蕩器Dscillator）盡管如此，但化學振蕩的動力學機理，特別是產(chǎn)生時一些有序現(xiàn)象的機理仍不完全清楚。對于B-Z振蕩反應，人們比較認可的FKN機理，是由Field、Koros、Noyes等完成的[2]對含溴酸鹽體系的B－Z振蕩反應進行設計性的探討。將溴酸鉀、硫酸、丙二酸與硝酸鈰溶液混合，由于呈黃色而無色，反應中可以觀察到體系在黃色和無色之間作周期性的振蕩。丙二酸在硫酸介質(zhì)中及金屬鈰離子的催化作用下被溴酸氧化。在過量丙二酸存在時，凈反應過程為：根據(jù)FKN機理，B-Z振蕩不少于11個元反應，若抓住其中三個關鍵物質(zhì)，、、，則可以簡化為用6個元反應來描述：

4、過程A：當足夠大時（1）　　?。?）　?。欤ㄗⅲ捍颂幰坏┥?，立即與丙二酸反應，被消耗）。過程B：當較小時，按下式被氧化。（3）（慢）（4）（快）（5）過程C：溴離子再生（6）過程A、B、C合起來組成反應系統(tǒng)中一個振蕩周期。從過程B看出，當較小時，的生成具有自催的特點。當足夠大時，按反應（2）消耗，隨著的降低，反應（3）同時對的競爭，當達到某臨界值臨界時，過程B中自催化引起的生成速率正好等于過程A中的消耗速率。若體系中<，通過自催化迅速增加，而導致[]通過反應（2）迅速下降，系統(tǒng)的主要過程從A過程切換到B過程，最后通過C過程使再生。若體系中>，體系中的自催化生成受到抑制，系統(tǒng)

5、又從B過程切換到A過程，從而完成一個循環(huán)?？梢姰斪銐虼髸r，反應按A過程進行；隨著下降，反應從A切換到B過程，通過C過程使再生，因此，在振蕩反應中相當于“選擇開關”作用。而鈰離子在反應中起催化作用，催化B過程和C過程。通過B-Z振蕩曲線，可以了解研究其反應，由于反應中和隨時間作周期性變化，在實驗中，用溴離子選擇電極、鉑電極分別測定和隨時間的變化曲線。2.實驗部分2.1儀器和藥品儀器：ZD-BZ振蕩裝置1套計算機1臺超級恒溫槽1臺磁力攪拌器1臺鉑電極，甘汞電極各1支藥品：丙二酸硫酸溴酸鉀硫酸鈰銨（均為分析純）2.2實驗步驟1）準確配置1.5、2.1、3.0mol/L的硫酸溶液各100mL2

6、）將ZD-BZ振蕩實驗裝置、恒溫槽、電腦打開。并調(diào)節(jié)恒溫槽使溫度為25±0.2℃3）用蒸餾水清洗B-Z反應器，廢液倒入廢液杯里，往反應器加入20mL丙二酸（0.45mol/L）、20mL硫酸（1.5mol/L）、15mL溴酸鉀（0.25mol/L），攪拌4）將15ml硫酸鈰銨（0.004mol/L）加入到帶有塞子的試管中，用試管夾夾住放于恒溫水槽中恒溫5分鐘5）在ZD-BZ振蕩裝置上點擊“清零”后，接電極。鉑電極接“+”，（參比電極）甘汞電極接“—”6）打開軟件。點“設置”中的“設置坐標系”，輸入縱坐標和X軸坐標數(shù)值7）將預熱了5分鐘的15ml硫酸鈰銨溶液加入反應器，同時點擊“開始繪圖

7、”此時坐標上出現(xiàn)動態(tài)曲線8）繪圖停止后，進行數(shù)據(jù)處理。（不要關掉實驗結果）點“數(shù)據(jù)處理”中的誘導時間，然后根據(jù)電腦要求選兩點進行計算就可以算出來實驗的誘導時間9）點“數(shù)據(jù)處理”中的振蕩時間，然后根據(jù)電腦要求選兩點進行計算就可以算出來各個峰的間隔時間即振蕩時間，需計算4-5個振蕩時間10）完成1.5mol/L硫酸的振蕩曲線后，重復步驟3-9，分別測定2.1、3.0mol/L硫酸溶液的振蕩曲線2.3注意事項各組分混合順序?qū)w系振蕩行為有影響，建議先