化学计量系数对BZ反应系统动力学行为的影响
物理化学实验报告 BZ振荡反应
物理化学实验报告BZ 振荡反应1.实验报告（1）了解BZ 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。
有苏联科学家Belousov 发现，后经Zhabotinski 发现而得名。
本实验以BrO -3 ~ Ce +4~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4作为反映体系。
该体系的总反应为：()()O 4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++−→−++-+ 1体系中存在着下面的反应过程。
过程A ：HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+−→−+++--2 2HOBr H Br HBrO 3K 2−→−+++-3过程B ：O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+−→−+++-4 42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++−→−++5 +++−→−H HOBr BrO 2HBrO -3K 266Br -的再生过程：()++-++++−→−+++6H3CO 4Ce2Br HOBr O H COOH BrCH 4Ce 23K 2247当[Br -]足够高时，主要发生过程A ，2反应是速率控制步骤。
研究表明，当达到准定态时，有[][][]+-=H BrO K K HBrO 3322。
当[Br -]低时，发生过程B ，Ce +3被氧化。
4反应是速率控制步骤。
4.5反应将自催化产生达到准定态时，有[][][]+-≈H BrO 2K K HBrO 3642。
可以看出：Br -和BrO -3是竞争HbrO 2的。
当K 3 [Br -]>K 4[BrO -3]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。
化学反应方程式中反应物的计量系数
化学反应方程式中反应物的计量系数反应物的计量系数是衡量化学反应的重要指标，也是化学反应活性的主要表现。
它是一种直观的衡量标准，可以帮助我们了解复杂的反应过程。
此外，反应物的计量系数对反应的调控影响非常大，包括反应活性、反应速率和收率等。
因此，了解反应物的计量系数和其变化原理，对掌握和控制化学反应至关重要。
反应物的计量系数是由化学反应的化学组成决定的。
也就是说，在化学反应方程式中，每一个化合物都有一个计量系数，它是由该化合物所参与的化学反应产生的粒子数目决定的。
因此，在确定反应物的计量系数时，应当仔细考虑每个参与反应的物质的数量。
一般来说，如果反应中化学组成不变，那么反应物的计量系数也就不变；如果反应中化学组成发生变化，那么反应物的计量系数也会发生变化。
反应物的计量系数发生变化的原因包括各种反应环境因素。
主要有温度、压力、溶剂、光照等。
这些因素都可能导致反应物的计量系数发生变化，从而影响反应活性、反应速率、活化能等。
例如，通常条件下，温度越高，反应速率越快，反应物的计量系数也会越大。
另外，当溶剂稀释时，反应物的计量系数也会发生变化，从而影响反应的速率和收率。
另一方面，反应环境中的光照可以影响反应物的计量系数，从而影响反应的热力学特性和活化能，有时可以促进反应。
有时，反应物的计量系数也会受到药物和其他外界因素的影响，从而导致其发生变化。
例如，一些特殊的药物可以与反应物结合，使其计量系数发生变化，从而影响反应的进程。
因此，有时在反应物的计量系数发生变化时，也需要考虑外界因素的影响。
总之，反应物的计量系数是衡量化学反应的重要指标，它受到各种反应环境因素和外界因素的影响而发生变化。
了解反应物的计量系数和其变化原因，可以帮助我们更好地掌握和控制化学反应，从而发挥反应物的最大潜能。
BZ震荡反应及机理研究
5
B-Z 震荡反应及其机理探究
张明铉
2.4.2 测量
被测溶液在指定温度下恒温足够长时间后（至少 10min），加入最后一种反应试剂，加入的同 时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）。注意曲线变化，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。实验结束后保存数据，并通过离线工作站将数据存储为 txt 文本格式。
2.2.4 测定方法
B-Z 反应的振荡现象可以按照如下方法观察：在烧杯中加入适当浓度的丙二酸，硫酸铈铵，溴
酸钾和硫酸，以亚铁试剂作指示剂，可以看到溶液颜色在洋红色和蓝色之间交替变化。由于该反应
是一个氧化还原反应，反应过程中体系的电位会随物质浓度变化，浓度的周期变化也将导致电位的
周期性变化，由电位计可以测量出这种变化，作电位-时间图可以读出诱导时间，振荡周期，振幅等
综上所述，B-Z 震荡反应体系中存在两个受溴离子浓度控制的过程，即[Br-]起着转向开关的作用，
3
B-Z 震荡反应及其机理探究
张明铉
当 [Br-]>临界浓度[Br-]临界 时发生 ① 过程；而当 [Br-]<[Br-]临界 时发生 ② 和 ③ 过程。
2.2.3 化学振荡条件 由上述可见,产生化学振荡需满足三个条件： （1）反应必须远离平衡态。 化学振荡只有在远离平衡态，具有很大的不可逆程度时才能发生。在封闭体系中振荡是衰减的, 在敞开体系中，可以长期持续振荡。 （2）反应历程中应包含有自催化的步骤。 产物之所以能加速反应，因为是自催化反应，如过程 ① 中的产物 HBrO2 同时又是反应物。 （3）体系必须有两个稳态存在，即具有双稳定性。 化学振荡体系的振荡现象可以通过多种方法观察到，如观察溶液颜色的变化，测定吸光度随时 间的变化，测定电势随时间的变化等。
B-Z振荡化学反应及其影响因素
B-Z振荡化学反应及其影响因素刘颖;巴晓微;柳翱;庄蒙蒙【摘要】利用ZD-BZ振荡实验装置对B-Z化学振荡反应的影响因素进行研究,确定了最佳反应条件.通过振荡体系的振荡波形、诱导时间和振荡周期求得动力学参数表观活化能.同时研究了抗坏血酸和间苯二酚对B-Z振荡反应的影响.结果表明,抗坏血酸和间苯二酚的加入,明显地改变了振荡体系的振幅和周期.【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】9页(P512-520)【关键词】化学振荡;B-Z振荡化学反应;表观活化能【作者】刘颖;巴晓微;柳翱;庄蒙蒙【作者单位】长春工业大学化学与生命科学学院,吉林长春 130012;长春工业大学化学与生命科学学院,吉林长春 130012;长春工业大学化学与生命科学学院,吉林长春 130012;长春工业大学化学与生命科学学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】O643.1化学振荡是指在化学反应过程中，某种化学成分的浓度随时间发生周期性变化的现象[1]。
产生化学振荡现象的反应称为化学振荡反应，它包含了大量的化学反应物质，如反应物、生成物、中间体和催化剂，是在开放体系中进行的远离平衡的一类反应。
体系与外界环境交换物质和能量的同时，通过采用适当的有序结构状态耗散环境传来的物质和能量。
这类反应与通常的化学反应不同，它并非总是趋向于平衡态。
发生振荡反应必须满足以下条件[2]：1)反应体系必须是敞开系统；2)远离平衡态；3)反应历程中应有自催化的步骤；4)系统必须有两个稳态存在，即具有双稳定性。
在化学振荡反应中，研究最多的是由溴酸盐、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，简称B-Z振荡反应体系。
1972年，R.J.Fiela、E.Koros和R.Noyes三位学者提出了关于在硫酸介质中以金属铈离子做催化剂的条件下丙二酸被溴酸盐氧化的反应机理，简称FKN机理[3]。
BZ反应机理研究探讨
BZ反应机理研究探讨摘要BZ反应体系动力学行为丰富，其反应机理一直是人们研究的热点话题。
其中FKN机理是人们广为接受的机理，在此基础上衍生出其他的各种机理，为人们模拟和预示动力学行为打下理论基础。
关键词BZ反应FKN机理动力学行为Belousov-Zhabotinsky(BZ)反应是化学自催化体系中被研究得最多的体系，尤其是Prigogine提出的耗散结构理论【1】，为化学振荡提供了理论基础，这一领域的研究工作得到了迅速发展.BZ反应被认为是研究远离平衡态的化学体系中丰富非线性行为的实验和理论模板【2,3】. Ce(III)和Ferroin是该反应体系最常用的催化剂.其中Ce(III)催化的BZ反应体系已经被系统地研究了，相应的各种各样的反应机理也被提出来解释实验所观察到的现象，其中最为人们广泛接受的是由Field、K?r?s和Noyes提出的关于在硫酸介质中的金属铈离子作催化剂条件下丙二酸被溴酸氧化的机理，简称为FKN机理【4】.虽然它有些细节存在争议，但它是理解和模拟所观察到的各种BZ反应时间和空间现象的基本理论框架。
1.FKN机理简介通常认为FKN机理由三部分组成：Br-的消耗、HBrO2的自催化以及Br-的再生，经常称他们为过程A ,过程B和过程C。
过程A表述如下：(A1) BrO3- + Br- + 2H+ → HBrO2 + HOBr,(A2) HBrO2 + Br- + H+ → 2HOBr,(A3) HOBr + Br- + H+ → Br2 + H2O,(A4) Br2 + MA → BrMA + Br- + H+.总的反应是(A1) + (A2) +3(A3 + A4):(A) BrO3- + 2Br- + 3MA + 3H+ → 3BrMA + 3H2O,过程A的净效果是消耗Br-，同时产生BrMA。
当Br-的浓度低于一关键值，中间产物HBrO2和Br-竞争与BrO3-反应，于是过程B 就开始了：(B1) BrO3- + HBrO2 + H+ →2BrO2?+ H2O,(B2) BrO2?+ Ce(III) + H+ → HBrO2 + Ce(IV),(B3) 2HBrO2 → BrO3- + HOBr + H+,(B4) HOBr + MA → BrMA + H2O.总的反应是2(B1) + 4(B2) + (B3)+ (B4):(B) BrO3- + 4Ce(III) + MA + 5H+ → BrMA + 4Ce(IV) + 3H2O,反应B1产生两分子的BrO2? ，每一个BrO2? 通过反应B2产生HBrO2,使Ce(III)氧化，这一过程是自催化过程，因为每消耗一分子的HBrO2，能产生两分子的HBrO2，这一过程导致了Ce(IV)浓度陡然上升，而Br-的浓度经过反应A2进一步下降。
化学计量学与生物反应动力学
1 1 • 好氧： 4 O2 H e 2 H 2O 1 6 1 3 • 反硝化： NO3 H e N 2 H 2O 5 5 10 5 1 5 1 1 SO42 H e H 2 S H 2O • 硫酸盐还原： 8 4 8 2 1 1 1 • 发酵产甲烷： 8 CO2 H e 8 CH 4 4 H 2O
废水污染的特征
污水处理化学计量学与生化 反应动力学
2013
李咏梅 liyongmei@
• • • • • • • •
悬浮性或溶解性 有机或无机 可降解或难降解 病原体（病毒、细菌、原生动物、寄生虫） 耗氧物质（BOD、NOD） 营养物（N、P） 感官污染（漂浮物或臭味等） 有毒物质（重金属、有机物）
Advanced Oxidation
Biodeg15% Primary Treatment Primary & secondary
其它有机物
Reverse Osmosis
Synthetic detergents, Organic solvents， Petroleum products, Biological polymers, Phenols, Pesticides、 EDCs……
细胞的氧当量
• 细胞的COD • C5H7O2N＋5O2＝5CO2＋NH3＋2H2O • COD/WT=5×32/113=1.42 • • • • 细胞的NOD C5H7O2N＋5O2＝5CO2＋NH3＋2H2O NH3+2O2=HNO3+H2O NOD/WT=2×32/113=0.57
Settleable(>10μ m)- 25%
生活污水中的有机物
BZ反应机理研究探讨
Ｆ Ｋ Ｎ 机理是人 们广 为接 受的机理 ， 在此基 础上衍生 出
中 图 分类 号 ： ０ ６ ４ ３
文献 标 识 码 ： Ａ
流速 和产 生 速率共 同 决定 。 该模 型 表现 了 丰 富的 复 杂振 荡 行 为 ， 和 实验 也 吻 合 得很 好 。
后来Ｇ ｙ ￣ ｒ ｇ ｙ ｉ 和Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ 把ｌ １ 变量 模型还 原
自催 化 体 系 中被 研 究 得 最 多的 体 系 ， 尤 其 Ｂ ｒ Ｏ ， ・ 通 过 反应 Ｂ ２ 产 生ＨＢ ｒ Ｏ， ， 使Ｃ ｅ （ Ｉ Ｉ Ｉ ） 氧
理的基本框架。 最 初 的Ｆ ＫＮ机 理 认 为 整 个
１ Ｆ Ｋ Ｎ 机理简 介
过 程是 受 … Ｂ ｒ 控 制的 ， 因为 Ｂ ｒ 抑 制 了
可以 忽 略 。 通 常认 为Ｆ ＫＮ机理 由三部 分组 成 ： Ｂ ｒ － ＨＢ ｒ Ｏ ， 的 自催化 ， Ｂ ｒ ＿ 的 来源 是 被 溴 化 的有 浓 度 影 响相 对 与反 应 速 率 很 小 ， ｉ ｅ ｌ ｄ ， Ｆ ／ ￣ ｒ ｓ ｔ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ 认为［ Ｂ ｒ Ｏ ， ・ 】 的 浓度可 用平 主要 是 溴 代丙 二酸 。 进 一步 Ｆ 的消 耗 、 ＨＢ ｒ Ｏ ， 的 自催化 以及 Ｂ ｒ － 的 再生 ， 经 机 物 种 的氧 化 ， 常 称 他 们为 过 程 Ａ， 过程Ｂ ｉ ｎ 过程 Ｃ 。 过 程 Ａ表 述 如 下 ： （ Ａ１ ） Ｂ ｒ Ｏ ３ － ＋ Ｂ ｒ 一 ＋ ２ Ｈ 一ＨＢ ｒ Ｏ ， ＋ ＨＯ Ｂ ｒ ， （ Ａ２ ） Ｈ Ｂ ｒ Ｏ ＋ Ｂ ｒ 一 ＋ Ｈ 一２ ＨＯ Ｂ ｒ ， （ Ａ３ ） Ｈ Ｏ Ｂ ｒ ＋ Ｂ ｒ 一 ＋ Ｈ 一Ｂ ｒ ， ＋ Ｈ， ０，
B-Z震荡反应实验报告要点
B-Z 振荡反应条件与机理探究Research of B-Z oscillationreaction conditions and mechanism摘要：本实验对CH2(COOH)2－KBrO3化学振荡体系进行研究，通过对实验条件的控制和反应物质的选取，探讨化学振荡反应的起振条件和机理，加深对振荡反应的理解和对体系远离平衡状态下的复杂行为的认识。
关键词：B-Z振荡起振条件振荡周期Abstract:In this study, B-Z chemical oscillating reaction Of CH2(COOH)2-KBrO3system was exploited to study the Chemical Oscillating Reaction. By controlling the experimental conditions and the selection of reaction materials, studying the mechanism of oscillating chemical reaction,to deepen the cognition of oscillating reactions and the understanding of the complex behavior of the system far from equilibrium state.Keywords:B-Z oscillating; Oscillation condition; Oscillation period;前言化学振荡即化学反应系统中的某些物理量随时间周期变化，是一个十分复杂的反应，包含了大量的化学反应物质，如反应物、生成物、中间体和催化剂，属于非线性动力学范畴。
B-Z 化学振荡是一类机理非常复杂的化学过程，Field、Koros、Noyes三位科学家经过四年的共同努力，于1972年提出著名的FKN机理用来解释B-Z振荡反应的具体反应历程，随后又简化出Oregonator模型。
利用化学计量学方法解析复杂体系中的反应机理
利用化学计量学方法解析复杂体系中的反应机理在化学领域中，复杂体系中的反应机理一直以来都是一个备受关注的问题。
了解反应机理不仅有助于揭示化学变化的本质，还能指导合成新的化合物和设计更高效的催化剂。
在过去的几十年里，化学计量学方法逐渐成为研究复杂体系中反应机理的重要工具。
本文将介绍化学计量学方法的原理和在解析复杂体系反应机理中的应用。
化学计量学是以化学反应物质的量关系为基础的研究方法。
其核心原理是根据反应物质的摩尔比，推导出反应物质的量与反应物质的消耗、生成物的生成而之间的关系。
化学计量学方法可以通过实验测量反应物质的量变化，来确定反应物质的消耗和生成。
通过分析反应物质的量变化，可以推断出反应的速率、平衡常数和反应机理等信息。
在解析复杂体系中的反应机理时，化学计量学方法具有以下几个优势。
首先，化学计量学方法可以根据不同反应物质的量变化，推断出反应的路径和可能的生成物。
这对于复杂体系中的反应机理分析非常有帮助。
其次，化学计量学方法可以通过测量不同反应条件下的反应物质的量变化，确定反应的速率常数和速率方程。
这对于揭示反应的动力学过程非常重要。
此外，化学计量学方法还可以通过测量反应物质的量比，确定反应物质的平衡常数，从而进一步了解反应的平衡态。
最后，化学计量学方法还可以通过反应物质的量变化，研究反应机理中的中间产物和反应路径。
为了更好地应用化学计量学方法解析复杂体系中的反应机理，研究人员通常需要选择适当的实验条件和合适的测量方法。
实验条件的选择应该能够确保反应在可控的范围内进行，同时能够测量反应物质的量变化。
常见的实验条件包括反应温度、反应物质的浓度和光照强度等。
进一步，为了测量反应物质的量变化，研究人员可以使用各种各样的测量方法。
比如，可以使用质谱和红外光谱等光谱方法来分析反应物质的结构和浓度变化。
此外，还可以使用色谱和电化学方法来测量反应物质的浓度。
通过测量反应物质的量变化，可以绘制出反应的反应进度-时间曲线，从而推断反应机理。
BZ振荡实验风险评估表
BZ振荡实验风险评估表1. 引言本文档对BZ振荡实验进行风险评估。
BZ振荡实验是一种常用于化学实验的方法，用于研究非线性动力学系统。
然而，由于实验过程中存在一定的风险，我们需要对这些风险进行评估，并采取相应的措施来确保实验的安全性。
2. 实验介绍BZ振荡实验是一种通过观察化学反应体系中颜色的变化来研究非平衡态动力学行为的实验。
实验涉及到一系列的试剂和条件，包括反应物配比、温度控制和反应容器的选择等。
这些因素都会对实验过程中的风险产生影响。
3. 风险评估在进行BZ振荡实验之前，我们需要对可能存在的风险进行评估。
以下是一些可能存在的风险因素：3.1 化学品危险性BZ振荡实验中使用的化学品可能具有一定的危险性。
例如，某些反应物可能是刺激性或腐蚀性的。
在使用这些化学品时，应遵循安全操作规程，佩戴个人防护设备，并确保在通风良好的实验室环境下操作。
3.2 高温和压力在BZ振荡实验中，有时需要控制反应温度和压力。
高温和压力可能导致实验容器破裂或其他安全问题。
因此，在进行高温或高压实验时，必须使用合适的设备和安全措施来确保实验的安全进行。
3.3 实验设备故障实验设备故障可能导致实验过程中的意外情况。
例如，实验容器破裂或搅拌器失效等。
为了降低这种风险，必须使用质量可靠的实验设备，并进行定期的设备维护和检查。
3.4 实验过程控制BZ振荡实验是一个动态过程，需要精确的控制。
错误的操作或者不良的实验条件可能影响实验结果，并增加安全风险。
在进行实验之前，实验人员应接受相关培训，了解实验步骤和操作要求。
4. 风险控制措施为了减少BZ振荡实验中的风险，我们需要采取一系列的风险控制措施：•在实验室进行实验时，必须佩戴个人防护设备，包括实验手套、护目镜和实验服等。
•实验室应有良好的通风系统，以确保实验过程中有足够的新鲜空气流通。
•实验人员应熟悉使用的化学品的安全信息，并遵循正确的使用和存储方法。
•高温和高压实验时，必须使用适当的设备，并遵循相关安全操作规程。
化学动力学和化学计量学的关系和应用
化学动力学和化学计量学的关系和应用化学是一门研究物质组成和性质的科学，而化学动力学和化学计量学则是其中的两个重要分支。
它们在化学研究和工业生产中都扮演着至关重要的角色。
本文将深入探讨化学动力学和化学计量学的关系及其在实际应用中的具体应用。
一、化学动力学和化学计量学的关系化学动力学是探究化学反应速率和反应速率规律的科学，主要研究化学反应的速率、机理和影响因素等。
而化学计量学则探究化学反应的量的关系，主要研究分子之间的关系、浓度、质量和体积等数值关系。
儘管这两个分支研究的角度有所不同，但化学动力学和化学计量学之间存在着密切的关系。
化学计量学的经典法则中，斯托伐尔第定律指出，化学反应速率与参与反应的物质摩尔数的比值成正比，因此与反应物质的量有关。
而速率常数法则则指出，化学反应速率的大小与参与反应物质的浓度有关。
因此，了解化学计量学中的浓度、体积、分子量等相关概念，有助于预测反应速率，从而更好地揭示反应机理和影响因素。
此外，化学反应与化学平衡也是化学动力学和化学计量学的交叉点。
在化学反应达到平衡后，反应物和生成物的浓度不再发生明显变化，而反应速率则为零。
因此，在研究化学反应速率、机理和影响因素的同时，也要探究反应达到平衡的情况下，达到平衡的时间和平衡常数等相关参数。
二、化学动力学和化学计量学的应用1. 工业生产化学动力学和化学计量学在工业生产中具有广泛的应用。
例如，在石油和化工领域，研究化学反应速率和平衡常数可以预测产品分布、化学品储存和运输的安全性等。
在制药行业，对药物发酵制作、药物性质和药品释放速率的研究，也是化学动力学和化学计量学的重要应用方向。
2. 环境保护化学动力学和化学计量学在环境保护中也有重要的应用。
例如，在空气和水质净化过程中，研究反应速率和平衡常数可以帮助控制污染物减排，消除有害物质，提高环境质量。
而在污染物检测领域，采用化学计量学方法可以更准确地分析污染物的组成和浓度等参数。
3. 新能源领域化学动力学和化学计量学在新能源领域也有广泛的应用。
化学反应过程的计量学分析和反应动力学参数拟合方法
化学反应过程的计量学分析和反应动力学参数拟合方法化学反应过程是化学学科的核心领域之一，对于了解反应的本质和改进反应工艺具有重要意义。
在研究化学反应过程中，计量学分析和反应动力学参数拟合方法是两个关键概念。
计量学分析是指通过实验测定反应物和生成物的量，推导出化学方程式的反应系数。
反应动力学参数拟合方法则旨在研究反应速率与反应条件之间的关系。
计量学分析在化学反应过程中具有重要意义。
通过仔细测量反应物和生成物的物质量，可以确定化学方程式中的反应系数。
例如，对于涉及氧化还原反应的反应物A和B生成产物C和D的反应：aA + bB → cC + dD通过实验，我们可以测量反应物A和B的摩尔量，以及产物C和D的摩尔量。
根据质量守恒定律和摩尔量比例，我们可以计算出反应系数a、b、c和d的数值。
计量学分析提供了确定化学反应过程中物质转化的定量信息，为研究反应机制和改进反应工艺提供了基础。
而反应动力学参数拟合方法则关注反应速率与反应条件之间的关系。
反应速率是指单位时间内发生反应的物质转化率。
反应速率通常与反应物浓度、温度和催化剂等因素有关。
在研究反应动力学时，常用的方法是测量在不同反应条件下的反应速率，并将实验数据拟合到适当的数学模型中。
最常用的反应动力学模型是速率方程模型。
速率方程关联反应速率与反应物浓度的关系，其形式可由实验数据拟合得出。
例如，对于一级反应，其速率方程可以表示为：r = k[A]其中，r是反应速率，k是反应速率常数，[A]是反应物A的浓度。
通过实验测量不同浓度下的反应速率，可以求解出反应速率常数k的数值。
除了速率方程模型外，还有一些更复杂的模型可用于描述特殊类型的化学反应。
例如，对于涉及催化剂的反应，常用的模型是麦尔金-韦特模型。
该模型考虑反应物在催化剂表面上的吸附和解离过程，能更准确地描述反应动力学过程。
拟合实验数据到适当的数学模型中是确定反应动力学参数的关键一步。
常用的拟合方法包括最小二乘法和非线性回归分析。
化学计量理论在动力学反应研究中的应用
化学计量理论在动力学反应研究中的应用化学计量理论是化学中非常重要的一个理论，它是指在化学反应过程中，参与反应的各种物质的物质的量（摩尔数）之间的关系。
在化学反应的计算中，化学计量理论是基础，它有助于我们理解反应过程，并且可以推导出反应速率和反应机理。
动力学反应是指在反应过程中，发生场变化对反应速率的影响，包括温度、浓度、反应物性质等，因此动力学反应的研究接触到了化学计量理论的应用。
下面，我们就来看看化学计量在动力学反应中的应用。
一、化学计量应用于反应速率的计算在计算反应速率时，需要知道反应物的物质量以及反应的时间。
其中反应物的物质量，就是化学计量中的物质的量概念。
如果我们知道每种反应物质的计量比例，在反应中反应物质的消耗就可以得到相应的产物，这就是摩尔计算。
例如，在燃烧乙醇时，我们可以写出反应方程式如下：C2H5OH + 3O2 → 2CO2＋3H2O在这个反应中，乙醇（C2H5OH）和氧气（O2）是反应物，二氧化碳（CO2）和水（H2O）是产物。
该反应的化学计量比例是乙醇:C2H5OH=1:1，氧气:O2=3:1，一定量的乙醇和氧气在反应中的消耗，可以计算出一定量的二氧化碳和水的产生。
二、化学计量应用于反应机制在反应机理的研究中，反应过程是由多个小反应组成的。
反应机理指的是那些描述小反应之间联系的方程式。
反应机理可以帮助我们了解反应过程中每个中间化合物形成的方式，有助于我们解释反应速率的变化。
三、化学计量应用于反应中间体的检测在化学反应中，中间体是指反应过程中的一些不稳定的、短暂存在的化合物。
化学计量理论可以帮助我们推导出反应机理，并且可以预测中间体的形成。
通过对反应物种类、反应物物质的质量等信息的分析，可以推断出中间体的信息。
四、化学计量应用于反应物质的消耗化学计量理论不仅可以应用到反应物的计算中，也可以应用于反应物消耗的计算过程。
例如，在量热学实验中，通过燃烧反应物来测定放热量，这个过程的核心其实就是计算反应物的消耗。
Belousov-Zhabotinskii反应系统及双稳型非局部扩散方程的非平面波前解
Belousov-Zhabotinskii反应系统及双稳型非局部扩散方程的非平面波前解Belousov-Zhabotinskii反应系统及双稳型非局部扩散方程的非平面波前解引言：Belousov-Zhabotinskii (BZ)反应系统是一种典型的非平衡动力学系统，以其自发形成波形和时空周期性振荡而闻名。
本文将以BZ反应系统为研究对象，结合双稳型非局部扩散方程，探讨非平面波前解的形成及其动力学特性。
一、Belousov-Zhabotinskii反应系统的简介BZ反应系统最早由Belousov和Zhabotinskii于1951年发现，随后在20世纪60年代二次世界大战后得到广泛研究。
BZ反应系统的最大特点是其可以在非平衡状态下自发形成周期性振荡的化学波。
这种反应系统中，氧化剂、还原剂和催化剂等物质之间通过复杂的反应路径发生反应，产生波传播的现象。
二、Belousov-Zhabotinskii反应系统的动力学方程1. 双稳型反应动力学方程BZ反应系统的动力学方程可由双稳型反应动力学方程描述。
这类方程的最典型例子是Lotka-Volterra反应方程。
【此处举例一two-species model示例】其中，A和B分别代表反应物质A和B的浓度，α、β、γ、δ则分别表示各个反应速率的常数。
2. 非局部扩散方程非局部扩散方程是描述空间扩散过程时非平衡动力学系统的一种重要数学模型。
与传统的局部扩散方程不同，非局部扩散方程考虑的是系统中每个点与其他点之间的相互作用。
这种作用可能是由于环境梯度、空间异质性以及粒子间传递等因素导致的。
三、非平面波前解的形成非平面波前解指的是在空间中具有一定形状的波动前沿。
对于BZ反应系统，波前解的形成与系统的动力学特性密切相关。
通过研究反应速率、浓度分布及其相互关系，可以得到非平面波前解的形成机制。
1. 动力学分析通过对BZ反应系统的动力学方程进行数学分析，可以得到动力学特性。
Belousov-Zhabotinsky_反应斑图形成的图灵不稳定分析
文章编号：1006-3080(2021)02-0183-06DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20191203006Belousov-Zhabotinsky 反应斑图形成的图灵不稳定分析戴金东， 艾佳莉， 孙 巍（北京化工大学化学工程学院，北京 100029）摘要：基于经典的Tyson 模型，对Belousov-Zhabotinsky （BZ ）反应进行了图灵不稳定分析，得到了使BZ 反应产生图灵斑图的数学条件，并对计算结果进行了数值模拟验证。
在分析过程中，利用傅里叶展开法将偏微分方程转化为若干常微分方程的和，通过Routh-Hurwitz 判据来判断系统平衡解的稳定性，以得到系统在不考虑扩散项时保持稳定、考虑扩散项时不稳定的参数范围，即产生图灵不稳定的参数范围。
在数值模拟过程中，采用有限差分法，将连续区域和近似函数分别替换为离散区域和离散函数，对BZ 反应空间演化进行了模拟。
所采用的方法与研究结果为包括生物系统在内的非线性系统的研究提供了参考。
关键词：BZ 反应；图灵不稳定；图灵斑图；偏微分方程；数值模拟中图分类号：TP3文献标志码：ABelousov -Zhabotinsky （BZ ）反应是一个非常经典的非线性化学动力学系统。
由于反应与扩散的耦合，BZ 反应有着丰富的化学自组织现象，例如时间维度的化学振荡和时空维度的化学斑图等。
对于反应扩散系统中化学斑图的研究，艾佳莉等[1]、李才伟等[2]采用偏微分（PDE ）模型与元胞自动机模型对BZ 反应进行了模拟，得到了BZ 反应形成的螺旋波等化学波图像。
在丰富的化学斑图中，有一种与动态的化学波有所不同的特殊图像−图灵斑图。
图灵斑图是一种逐步产生的定态条纹，前人已经证明了图灵斑图在化学系统中的存在性[3]，并讨论了Brusselator 这一理想化学反应系统产生图灵斑图的数学机理[4]，但是对于实际存在并且在非线性化学动力学中最为经典的BZ 反应，鲜有人讨论图灵斑图产生的条件。
简单计量系数反应方程
简单计量系数反应方程简单计量系数反应方程是化学反应动力学中使用最广泛的一种简化模型。
它可以用来描述不同反应物之间的交互作用，并帮助化学家们分析反应的进程和速度。
简单计量系数反应方程是一种假定反应的简单形式，它可以通过把反应的参数表示为常数换算成简单的方程式，可以让我们更容易模拟反应的运行情况，也可以用来预测反应的进程。
简单计量系数反应方程是一种比较复杂的化学反应方程，它可以用来表示反应物之间的组合、转换以及反应物间的反应动力学，它描述了反应物间的反应速率和反应物之间的化学交互作用。
例如，在一个简单的反应物间反应中，反应物A和B的结合可能是反应的关键原因，简单的计量系数反应方程可以用来描述反应物A和B之间的结合情况，如下图所示：A+B<-> AB其中，A和B分别代表反应物，箭头代表反应物之间的互相作用，如果反应物A和B相互偶合，就会产生AB分子，这就是简单计量系数反应方程的一般形式。
简单计量系数反应方程可以用来模拟不同种类和数量的反应物之间的相互作用，可以更清楚地描述反应物之间的反应过程，也可以用来预测反应的发展情况，对理解反应的进程和速度是非常有用的。
简单计量系数反应方程有时也称为“不可逆反应方程”，因为它不会考虑反应物之间反应的可逆性，而只是将反应物之间的结合和转换笼统地表达在一个简单的方程式中。
但是，由于简单计量系数反应方程可以有效地模拟反应的发展情况，它一直被广泛应用于反应动力学的研究中，对于更深入地研究反应的进程有很大的帮助。
简单计量系数反应方程是一种简化的反应方程，它可以有效地描述反应物之间的交互作用，并且可以用于模拟反应的运行情况，所以它在化学反应动力学的研究中发挥着重要的作用。
它可以帮助科学家们深入了解反应的过程，从而更好地掌握反应的发展情况，并利用它来推动反应的发展。
BZ振荡反应的动力学行为分析的开题报告
BZ振荡反应的动力学行为分析的开题报告一、研究背景及意义：振荡反应是化学动力学中一类具有周期性变化且往返变化的反应，又称为化学钟反应。
BZ反应是一种常见的振荡反应，引人关注并广泛研究，其中包括动力学及机理研究、数学建模、生物医学应用等多个方面。
BZ反应的研究可以与许多自然现象如生物的节律、天气的变化等相关联，并且在工程应用中，其具有很高的应用价值，如减少能量消耗、燃料利用率提高等。
二、研究目的：本文计划主要分析BZ振荡反应的动力学行为，通过对此类反应的研究，探究反应过程中所涉及的物理化学机制，为深入了解BZ反应提供参考。
同时，结合数学建模的方法，揭示BZ振荡反应中的变化机制及规律，为其工程应用提供支持。
三、研究方法：本文将采用理论分析和数值模拟相结合的方法开展研究，运用常微分方程模型和动力学方程研究BZ反应的动力学特性。
其中，将运用预测控制方法对产生振荡现象的过程进行建模和分析，并通过软件模拟等路径逐步阐明BZ振荡反应中物理化学机制变化的过程。
四、拟定研究步骤：1.研究资料收集与整理本文将收集阅读关于BZ振荡反应的文献，结合相关的现象和机理性质，以及相关的实验数据，对其机制进行分析。
2.常微分方程模型的建立针对BZ振荡反应的动力学过程特点，采用常微分方程模型，推导出BZ反应的动力学模型。
3.数学建模和动力学方程的求解基于所建立的常微分方程模型，通过数学理论和计算机模拟的方法，求解相关的动力学方程。
4.分析振荡动态过程运用分离变量法、变分法、区域扩展等测度，探究反应动态及其他动力学特性。
5.编写软件模拟程序利用MATLAB等数学软件，实现对BZ反应的数值模拟，验证理论模型的正确性，并分析该反应过程发生振荡的原因。
6.结果分析及总结通过对数字模拟结果的分析，探究BZ反应机制的变化规律，并对结果进行总结和说明。
五、研究预期效果：本文依据理论模型和数值模拟研究，可以系统地反映BZ反应的机理及其动力学特性，并在工程应用中探究其实际设备上的应用效果和控制效果，为其进一步发展及应用提供支持。
BZ振荡反应实验报告
BZ 振荡反应一、实验目的1.了解BZ 振荡反应的基本原理；体会自催化过程是产生振荡反应的必要条件。
2.初步理解耗散结构系统远离平衡的非线性动力学机制。
3.掌握测定反应系统中电势变化的方法；了解溶液配制要求及反应物投放顺序。
二、实验原理自然界存在大量远离平衡的敞开系统，它们的变化规律不同于通常研究的平衡或近平衡的封闭系统，与之相反，它们是趋于更加有秩序、更加有组织。
由于这类系统在其变化过程中与外部环境进行了物质和能量的交换，并且采用了适当的有序结构来耗散环境传来的物质和能量，这样的过程称为耗散过程。
受非线性动力学控制，系统变化显示了时间、空间的周期性规律。
目前研究的较多、较清楚的典型耗散结构系统为BZ 振荡反应系统，即有机物在酸性介质中被催化溴氧化的一类反应，如丙二酸在Ce 4+的催化作用下，自酸性介质中溴氧化的反应。
BZ 振荡反应是用首先发现这类反应的前苏联科学家Belousov 及Zhabotinsky 的名字而命名的，其化学反应方程式为：-+3222222BrO +3CH (COOH)+2H 2BrCH(COOH)+3CO +4H O = （1）真实反应过程是比较复杂的，该反应系统中HBrO 2中间物是至关重要的，它导致反应系统自催化过程发生，从而引起反应振荡。
为简洁的解释反应中有关现象，对反应过程适当简化如下：当Br －浓度不高时，产生的HBrO 2中间物能自催化下列过程：-+3222BrO +HBrO +H 2BrO +H O = （2）3++4+22BrO +Ce +H HBrO +Ce = （3）在反应（3）中快速积累的Ce 4+又加速了下列氧化反应：4+-3++2224C e +B r C H (C O O H )+H O +H O B r 2B r +4C e +3C O +6H = （4） 通过反应（4），当达到临界浓度值-Br ,c C 后，反应系统中下列反应成为主导反应：--+32BrO +Br +2H HBrO +HOBr = （5）-+2HBrO +Br +H 2HOBr = （6）反应（6）与反应（2）对HBrO 2竞争，使得反应（2）、（3）几乎不发生。
化学振荡B-Z反应
实验21 化学振荡——B-Z 反应一.目的要求1. 了解Belousov-Zhabotinsky 反应(简称BZ 反应)的基本原理，掌握研究化学振荡反应的一般方法。
2. 掌握硫酸介质中铈离子作催化剂时，丙二酸被溴酸氧化体系的基本原理。
3. 了解化学振荡反应的电势测定方法。
4. 测定硫酸-丙二酸-HBrO 3–硝酸铈铵化学振荡体系振荡反应的诱导期与振荡周期，并求出有关反应的活化能。
二.实验原理有些自催化反应有可能使反应体系中某些物质的浓度随时间(或空间)发生周期性的变化，这类反应称为化学振荡反应。
最著名的化学振荡反应是1959年首先由别诺索夫(Belousov)观察发现，随后柴波廷斯基(Zhabotinsky)继续了该反应的研究，并报道了以金属铈离子作催化剂时，柠檬酸被HBrO 3氧化可发生化学振荡现象。
后来又发现了一批溴酸盐的类似反应，人们把这类反应统称为BZ 振荡反应。
例如丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应就是一个典型的BZ 振荡反应。
典型的BZ 系统中，铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图2-21-2所示。
对于以BZ 反应为代表的化学振荡现象，目前被普遍认同的是Field ，Körös 和Noyes 在1972年提出的FKN 机理。
FKN 机理提出反应由三个主过程组成:过程A (1) Br –＋BrO 3–＋2H +→HBrO 2＋HBrO(2) Br –＋HBrO 2＋H +→2HBrO过程B (3) HBrO 2＋BrO 3–＋H +→2BrO 2＋H 2O(4) BrO 2＋Ce 3+＋H +→HBrO 2＋Ce 4+(5) 2HBrO 2→BrO 3–＋H +＋HBrO过程C (6) 4Ce 4++BrCH(COOH)2+H 2O +HBrO →2Br –+4Ce 3++3CO 2+6H + 过程A 是消耗Br -，产生能进一步反应的HBrO 2，HBrO 为中间产物。
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（8） " 9 (， $ 9 (， " # #$ 9 ( ) 若使系统不稳定， 式 （8） 中应至少有一个条件不满足 ) 而对于实验中的参数值， 式 （ 8） 中的前两个条 件是自然满足的， 欲使第三个条件不满足， 则必须有 (: (: # & & { % % ［ +% $ （& $ & ） （& # ! ( ） ］ }& , % # ) +［ % %! % $ & $ &］ ［ +% $ （& $ & ） （& # ! ( ） ］ $ ( $ !（ ( % # &） %+ %+ （;）
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钢， 金大勇
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（辽宁师范大学 物理系， 辽宁 大连
要： 实验测定 ,#- 反应系统在其化学计量系数 !取定值 ! 时， 其动力学行为呈现单周期振荡态 . 将化学计量系数 作为调节参数， 理论研究了该系统动力学行为随 值的变化 结果表明， 当 !值从定值变为线性变化参数时， 经稳定 . ! ! 性分析确定系统存在一个不稳定区域， 化学计量系数 !在此区域内取值时， 系统均可以呈现单周期振荡态； 而当 !第 #3 卷
在上式中代入 ! ， 如图 " 所示， 此曲线表示系统稳定区域和不稳定区 "， # ! 值后可以求得 $%& 关系曲线， 域的分界线 ’
图"
$%& 关系曲线
图#
单周期振荡态
由稳定性理论， 容易判定系统在不稳定区域内的动力学行为为单周期振荡态， 计算机数值模拟结果 如图 # 所示 ’
例， 它是指在金属铈、 铁等离子的催化下， 丙二酸被溴酸氧化的反应， 总的反应过程可写成
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5 （ （ 6//7） ’,3/%4 5 %67 ’ 6//7） ’ 5 ’7 "’,367 ’ 5 %6/’ 5 )7’ / 5 （ ’,3/%4 5 ’67 ’ 6//7） ’ 5 ’7 " ,3’ 676//7 5 )6/’ 5 )7’ /
［$］ 目前， 普遍被接受的是由 89:;<， =>3>? 和 @>A:? 提出的理论解释 ,#- 反应系统机理的 8=@ 机制 .在
这种机制模型中， 描述 ,#- 反应动力学行为的非线性方程表示为 <" B （ $ % 4 "% 5 " 4 &" ’） <# <% 4! ， < # B $ （ 4 % 4 "% 5 !’ ） <’ （ < # B ( " 4 ’）
（!）
其中 " ， %， ’ 分别表示经过标度变换后的三种关键性物质 7,3/’ ， ,3 4 ， 6:) 5 的浓度， &， $， ( 分别为相应 的实验参数， 在方程 （!） 中， 系统是在等温等压情况下进行的， 故作为常数， 且经标度变换后无单位， &B 表示一个 6:) 5 离子所 ( ! %$& C !" 4 * ， $ B $$ ! ’$， ( 则在一定数值范围内可调， ! 为待定的化学计量系数， 能再生出的 ,3 4 离子数 ! 在实验中， 这时观察到 ,#- 反应系统呈现的状态仅为单周期振荡 ! 本文 ! 取 !， 通过调节化学计量参数 ! 的方法， 使 ,#- 反应系统的动力学行为呈现多种丰富的演化模式， 由单周期 态转变为 ’ ) 这样的多周期态， 最后进入混沌， 使单周期振荡系统变为多用途系统， 此项研究工作开拓了 从理论研究到实际应用的转换途径 !
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图& （ 周期振荡态 $ $ "）
图’ （ 周期振荡态 ’ ’ "）
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混沌吸引子
固定 # 为另一个数值时， 改变频率 ! 的数值， 发现系统的演化模式如同附表中的相同， 明显地， 从 任何方向进入混沌均要经过倍周期分岔途径 ! 本文通过调节 )*+ 反应系统中的化学计量系数， 使该系统的动力学行为呈现出多种演化态势 ! 当化 学计量系数由单值 # 变换为可调线性参数时， 拓宽了系统的不稳定区域； 当化学计量系数变换为周期参 数时， 系统的演化模式由单周期振荡态变为 $ $" 倍周期振荡态以及混沌态， 确定出系统由倍周期振荡进 入混沌的途径 ! 参考文献：
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