BZ震荡反应实验讲义剖析.docxVIP

BZ振荡反应1?实验目的1）了解BZ（Belousov-Zhabotinski）反应的基本原理。?2）观察化学振荡现象。?3）练习用微机处理实验数据和作图。2?实验原理所谓化学振荡，就是反应系统中某些物理量（如某组分的浓度）随时间作周期性的变化。BZ体系是指由溴酸盐，有机物在?酸性介质中，在有（或无）金属离子催化剂作用下构成的体系。它是由苏联科学家?Belousov发现，后经Zhabotinski发现而得名。?R.J.Fiela、E.Koros、R.Noyes等人通过实验对BZ振荡反应作出了解释，称为FKN机理。下面以BrO?~ Ce+4?~ CH2(COOH)2?~?H2SO4体系为例加以说明。该体系的总反应为?????????? （C21.A）体系中存在着下面的反应过程。过程A：??????????????????????（C21.B）???????????????????????????????????（C21.C）过程B：??????????????????????（C21.D）??????????????????????????（C21.E）?????????????????????????????????（C21.F）Br-?的再生过程：?????????????????????????（C21.G）?当[Br-]足够高时，主要发生过程A，其中反应C21.B是速率控制步骤，研究表明，当达到准定态时，有。?当[Br-]低时，发生过程B，Ce+3被氧化。反应C21.D是速度控制步骤，反应经C21.D、C21.E将自催化产生HbrO2，达到准定态时，有。?由反应C21.C和C21.D可以看出：Br-?和BrO是竞争HbrO2的。当K3?[Br-?]K4[BrO]时，自催化过程C21.D不可能发生。自催化是BZ振荡反应中必不可少的步骤。否则该振荡不能发生。研究表明，Br-的临界浓度为：?????????????（C21.1）?若已知实验的初始浓度[BrO?]，可由式C21.1估算[Br-?]crit。通过反应C21.G实现Br-?的再生。?体系中存在着两个受溴离子浓度控制的过程A和过程B，当[Br-?]高于临界浓度[Br-?]crit时发生过程A，当[Br-?]低于[Br-]crit时发??生过程B。也就是说[Br-?]起着开关作用，它控制着从过程A到过程B，再由过程B到过程?A的转变。在过程A，由于化学反???应，[Br-?]降低，当[Br-]到达[Br-?]crit时，过程B发生。在过程B中，Br-?再生，?[Br-?]增加，当[Br-?]达到[Br-?]crit时，过程A发??生，这样体系就在过程A、过程B间往复振荡。在反应进行时，系统中[Br-?]、[HbrO2]、[Ce+3]、[Ce+4]都随时间作周期性的变化，实验中，可以用溴离子选择电极测定[Br-?]，用铂丝电极测定[Ce+4]、[Ce+3]随时间变化的曲线。溶液的颜色在黄色和无色之间振荡，若再加入适量的FeSO4邻菲咯啉?溶液，溶液的颜色将在蓝色和红色之间振荡。从加入硫酸铈铵到开始振荡的时间为t诱?，诱导期与反应速率成反比，即，并得到??????????????????????????????????（C21.2）作图?，根据斜率求出表观活化能。?本实验使用BZOAS-IIS型BZ反应数据采集接口系统（一体化）含磁力搅拌，反应器及专用电极，南京大学应用物理研究所?BZ振荡专用软件及超级恒温水浴HK-2A，并与微型计算机相连。通过接口系统测定电极（Pt与甘汞电极）的电势信号，经?通讯口传送到PC。自动采集处理数据。如图C21.1所示。?BZOAS-IIS型BZ反应数据采集接口系统仪器的前面板上有2个输入通道，用于输入BZ振荡电压信号和温度传感器信号，和一?个通断输出控制通道，可用于控制恒温槽。温度传感器用于测温。仪器的后面板上有电源开关、保险丝座和串行口接口插?座。具体接线方法：铂电极接电压输入正端（+），参比电极接电压输入负端（-）。将仪器后面板上的串行口接计算机的?串行口一（必须串行口一）。?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ?图C21.1?实验装置示意图南京大学应用物理研究所BZ反应数据采集接口系统软件：?双击Windows桌面上BZ振荡反应软件图标，即进入软件首页。如果要进入实验，单击继续键进入主菜单。?主菜单：有如下菜单项：参数矫正?；参数设置?；开始实验?；数据处理?；退出。?参数校正菜单：两个子菜单项，‘温度参数校正’和‘电压参数校正’。电压参数一般情况下不需校正。如需要进行温度?参数校正，方法如下：将恒温槽调至一特定温度，例20.