BZ振荡反应.doc

北京理工大学 物理化学实验报告 BZ震荡反应 班级实验日期：2013-4-9 一、 实验目的 了解BZ反应的基本原理。 观察化学振荡现象。 练习用微机处理实验数据和作图。 二、 实验原理 化学振荡：反应系统中某些物理量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。 本实验以BrO ~ Ce+4 ~ CH2(COOH)2 ~ H2SO4作为反映体系。该体系的总反应为： 体系中存在着下面的反应过程。 过程A： 过程B： Br- 的再生过程： 当[Br-]足够高时，主要发生过程A，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。，达到准定态时，有。 可以看出：Br- 和BrO是竞争HbrO2的。当K3 [Br- ]K4[BrO]时，自催化过程不可能发生。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： 若已知实验的初始浓度[BrO]，可由上式估算[Br- ]crit。 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。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 作图～，根据斜率求出表观活化能。 三、 仪器与试剂 BZOAS-IIS型BZ反应数据采集接口系统、微型计算机、HK-2A型恒温槽、反应器、磁力搅拌器、丙二酸0.45mol·dm-3、溴酸钾0.25 mol·dm-3、硫酸3.00 mol·dm-3、硫酸铈铵4×10-3 mol·dm-3 四、 实验步骤 连接仪器。铂电极接接口装置电压输入正端，参比电极接接口装置电压输入负端。将接口装置的温度传感器探头插入恒温槽的水浴中，并固定好。 接通恒温槽电源，将恒温水通入反应器，将恒温槽温度设定至30.00℃。接通 BZ振荡反应数据采集接口装置电源。启动微机。运行BZ振荡反应实验软件，新建一个文件，然后进入主菜单，并设置参数。设置横坐标极值800s；纵坐标极值1220mV；纵坐标零点800mV；起波阈值6mV。 取丙二酸、硫酸、溴酸钾各8ml加入反应器，打开磁力搅拌器，并调节好搅拌速度，取硫酸铈铵溶液8ml，放入一锥形瓶中，置于恒温槽水浴中。 等软件显示温度为30.00℃时，点击开始试验记录实验数据，等起波之后出现10个周期停止记录 。 将恒温槽温度调制33.00℃，重新取 用去离子水淋洗电极，倒掉反应器中的溶液，注意酸性溶液有腐蚀性！用自来水清洗反应器，用去离子水涮洗反应器。 单击“修改目标温度”键，设置温度为30.0℃。将恒温槽温度设定至30.0℃。软件系统等待温度到达设定值。 在反应器中加入已配好的丙二酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液各15ml。取硫酸铈铵溶液15ml，放入一锥形瓶中，置于恒温槽水浴中。 等待恒温槽温度达到设定值30.0℃，并在软件窗口出现提示，确认。 恒温5min后，单击“开始实验”键，根据提示输入BZ振荡反应即时数据存储文件名，注意改变文件名中的序号。将恒温后的硫酸铈铵溶液15ml加入到反应器中，立即单击“OK”键，系统开始采集记录显示电位信号。 观察反应器中溶液颜色变化和记录的电位曲线，待画完10个振荡周期或曲线运行到横坐标最右端后，单击“停止实验”键，停止信号采集。此时可单击“查看峰谷值”，观察各波的峰、谷值。 用去离子水淋洗电极，倒掉反应器中的溶液，注意酸性溶液有腐蚀性！用自来水清洗反应器，用去离子水涮洗反应器。 重复10～15步骤，改变温度为35℃、40℃、45℃、50℃，重复实验。 实验完成后，单击“退出”键退出，此时会有提示“是否保存实验数据”，单击“yes”，出现对话框“请输入保存实验数据文件名”，输入文件名后再单击“yes”，将此次实验的不同反应温度下的起波时间保存入文件。 关闭仪器（接口装置、磁力搅拌器、恒温槽）电源。 在微机上处理实验数据。 数据处理 1）作电位～时间图：根据各个温度下数据文件中记录的数据，作出30℃、33℃、36℃、39℃、温度下的电位～时间图 2）根据所画的图像重新判断确定每个温度下的和周期，得到数据如下： 序号 起波时间/s 周期/s 温度/K