bz振蕩反應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱酸對(duì)B-Z振蕩反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)報(bào)告人學(xué)號(hào)班級(jí)同組人實(shí)驗(yàn)日期2013年月日室溫9.9℃大氣壓102.78KPa指導(dǎo)老師評(píng)分1、前言1.1背景材料在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)產(chǎn)物本身可作為反應(yīng)催化劑的化學(xué)反應(yīng)稱為催化反應(yīng)。一般的化學(xué)反應(yīng)最終都能達(dá)到平衡狀態(tài)（組分濃度不隨時(shí)間而改變），而在自催化反應(yīng)中，有一類是發(fā)生在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的體系中，在反應(yīng)過程中的一些參數(shù)（如壓力、溫度、熱效應(yīng)等）或某些組分的濃度會(huì)隨時(shí)間或空間位置作周期的變化，人們稱之為“化學(xué)振蕩”。由于化學(xué)振蕩反應(yīng)的特點(diǎn)，如體系中某組分濃度的規(guī)律變化在適當(dāng)條件下能顯示出來(lái)時(shí)，可形成色彩豐富的時(shí)空有序現(xiàn)象（如空間結(jié)構(gòu)、振蕩、化學(xué)

2、波……等）。這種在開放體系中出現(xiàn)的有序耗散結(jié)構(gòu)也證明負(fù)熵流的存在，因?yàn)樵陂_放體系中，只有足夠的負(fù)熵流才能使體系維持有序的結(jié)構(gòu)。化學(xué)振蕩屬于時(shí)間上的有序耗散結(jié)構(gòu)。別洛索夫（Belousov）在1958年首先報(bào)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(shí)某中間產(chǎn)物濃度隨時(shí)間周期性變化的化學(xué)振蕩現(xiàn)象，扎勃丁斯基（Zhabotinski）進(jìn)一步深入研究在1964年證明化學(xué)振蕩體系還能呈現(xiàn)空間有序周期性變化現(xiàn)象。為紀(jì)念他們最早期的研究成果，，將后來(lái)發(fā)現(xiàn)大量的可呈現(xiàn)化學(xué)振蕩的含溴酸鹽的反應(yīng)體系稱為B-Z振蕩反應(yīng)[1]。1.2實(shí)驗(yàn)原理隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)所有的振蕩反應(yīng)都含有自催化反饋步驟，同時(shí)

3、也發(fā)現(xiàn)了許多能發(fā)生振蕩反應(yīng)的體系（振蕩器Dscillator）盡管如此，但化學(xué)振蕩的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，特別是產(chǎn)生時(shí)一些有序現(xiàn)象的機(jī)理仍不完全清楚。對(duì)于B-Z振蕩反應(yīng)，人們比較認(rèn)可的FKN機(jī)理，是由Field、Koros、Noyes等完成的[2]對(duì)含溴酸鹽體系的B－Z振蕩反應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(wú)色，反應(yīng)中可以觀察到體系在黃色和無(wú)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(shí)，凈反應(yīng)過程為：根據(jù)FKN機(jī)理，B-Z振蕩不少于11個(gè)元反應(yīng)，若抓住其中三個(gè)關(guān)鍵物質(zhì)，、、，則可以簡(jiǎn)化為用6個(gè)元反應(yīng)來(lái)描述：

4、過程A：當(dāng)足夠大時(shí)（1）　　　（慢）（2）　?。欤ㄗⅲ捍颂幰坏┥?，立即與丙二酸反應(yīng)，被消耗）。過程B：當(dāng)較小時(shí)，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(lái)組成反應(yīng)系統(tǒng)中一個(gè)振蕩周期。從過程B看出，當(dāng)較小時(shí)，的生成具有自催的特點(diǎn)。當(dāng)足夠大時(shí)，按反應(yīng)（2）消耗，隨著的降低，反應(yīng)（3）同時(shí)對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)達(dá)到某臨界值臨界時(shí)，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(dǎo)致[]通過反應(yīng)（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(gè)循環(huán)。可見當(dāng)足夠大時(shí)，反應(yīng)按A過程進(jìn)行；隨著下降，反應(yīng)從A切換到B過程，通過C過程使再生，因此，在振蕩反應(yīng)中相當(dāng)于“選擇開關(guān)”作用。而鈰離子在反應(yīng)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(yīng)，由于反應(yīng)中和隨時(shí)間作周期性變化，在實(shí)驗(yàn)中，用溴離子選擇電極、鉑電極分別測(cè)定和隨時(shí)間的變化曲線。2.實(shí)驗(yàn)部分2.1儀器和藥品儀器：ZD-BZ振蕩裝置1套計(jì)算機(jī)1臺(tái)超級(jí)恒溫槽1臺(tái)磁力攪拌器1臺(tái)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(shí)驗(yàn)步驟1）準(zhǔn)確配置1.5、2.1、3.0mol/L的硫酸溶液各100mL2

6、）將ZD-BZ振蕩實(shí)驗(yàn)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(yīng)器，廢液倒入廢液杯里，往反應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)“設(shè)置”中的“設(shè)置坐標(biāo)系”，輸入縱坐標(biāo)和X軸坐標(biāo)數(shù)值7）將預(yù)熱了5分鐘的15ml硫酸鈰銨溶液加入反應(yīng)器，同時(shí)點(diǎn)擊“開始繪圖

7、”此時(shí)坐標(biāo)上出現(xiàn)動(dòng)態(tài)曲線8）繪圖停止后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（不要關(guān)掉實(shí)驗(yàn)結(jié)果）點(diǎn)“數(shù)據(jù)處理”中的誘導(dǎo)時(shí)間，然后根據(jù)電腦要求選兩點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算就可以算出來(lái)實(shí)驗(yàn)的誘導(dǎo)時(shí)間9）點(diǎn)“數(shù)據(jù)處理”中的振蕩時(shí)間，然后根據(jù)電腦要求選兩點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算就可以算出來(lái)各個(gè)峰的間隔時(shí)間即振蕩時(shí)間，需計(jì)算4-5個(gè)振蕩時(shí)間10）完成1.5mol/L硫酸的振蕩曲線后，重復(fù)步驟3-9，分別測(cè)定2.1、3.0mol/L硫酸溶液的振蕩曲線2.3注意事項(xiàng)各組分混合順序?qū)w系振蕩行為有影響，建議先