B-Z振荡反应
B-Z振荡反应
B-Z振荡反应一、实验目的：了解非平衡态热力学，理解生命的产生。
二、实验原理:普力高津1969年提出耗散结构理论，其主要内容为：一个远离平衡态的非线性的开放系统（不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的）通过与外界交换能量和物质通过涨落，在系统内部某个参量的变化达到一定的数值时，系统可能发生突变。
由原来的混乱无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
三、名词解释1.远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态，这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比，可能颇为不同，甚至实际上完全相反，正如耗散结构理论所指出的，系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。
2.非线性是指不按比例、不成直线的关系，代表不规则的运动和突变。
3.开放系统是指与外界环境有物质、能量和信息交换的系统。
与开放系统相对立的有封闭系统（一个不能和环境发生物质交流但能发生能量交流的系统）。
在客观世界中封闭系统的存在是相对的，而开放系统的存在是绝对的。
4.涨落是大量微观粒子的一种统计平均行为，是大量微观粒子如分子、原子、电子等无规则热运动的结果。
涨落的相对值通常很小，但在有些现象中仍可观察到，并且可能有很重要的影响。
5.突变从达尔文的自然选择学说可以看出，生物在繁衍后代的过程中，会产生各种各样的可遗传的变异，这些可遗传的变异为生物进化提供了原材料。
现代遗传学的研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。
其中，基因突变和染色体变异常称为突变。
四、试剂：A溶液：120g丙二酸+2000ml水+120ml浓硫酸+8g硝酸铁胺B溶液：100g溴酸钾+2000ml水C溶液：邻菲罗啉亚铁指示剂 0.7gFeso4+0.5g邻菲罗啉+100ml水五、实验步骤：1、首先用自来水和蒸馏水洗净烧杯和培养皿切记：用量筒加试剂。
2、浓度振荡现象的观察：在100ml烧杯中加入8mlA和8mlB混匀观察溶液颜色变化：无——黄——无。
实验14 B-Z振荡反应 操作步骤
实验14 B-Z 振荡反应注意事项：1. 为了防止参比电极中离子对实验的干扰，以及溶液对参比电极的干扰，所用的饱和甘汞电极与溶液之间必须用1 mol/L H 2SO 4盐桥隔离。
2. 所使用的电解池、电极和一切与溶液相接触的器皿是否干净是本实验成败的关键，故每次实验完毕后必须将所有用具冲洗干净。
3. 大多数反应在所研究的一定温度范围内是符合阿累尼乌斯公式的，包括基元反应和一些复杂反应。
只是复杂反应的活化能是组成该反应各基元步骤的活化能的代数和。
通常，称复杂反应的活化能为表观活化能。
实验步骤：1. 配制溶液分别用蒸馏水配制0.004 mol/L 硫酸高铈(必须在0.2 mol/L 硫酸介质中配制)、0.4 mol/L 丙二酸、0.2 mol/L 溴酸钾、3 mol/L 硫酸各100 mL 。
2. 准备工作（1）测量线路如图14-1所示。
（Pt 电极连接绿色接线，参比电极连接白色接线）【注意：所用的饱和甘汞电极与溶液之间必须用1 mol/L H 2SO 4盐桥隔离。
】 （2）打开电化学工作站电源预热十分钟；同时开启超级恒温水槽的“循环”开关和“加热”开关。
（3）调节超级恒温水槽的温度为30 0C （或比当时的室温高3~5 0C ）完后再按，完成温度设置。
【注意：带有循环水夹层的小烧杯放置在磁力加热搅拌器上，但只用其搅拌功能，不使用其加热功能！烧杯内溶液温度，靠循环水控制。
】 （4）将配好的硫酸铈铵、丙二酸和硫酸溶液各10 mL 放入已洗干净的电解池中，同时也将10 mL 溴酸钾溶液在恒温槽中恒温。
开启电磁搅拌的电源使溶液在设定的温度下恒温至少10分钟。
在以下系列实验过程中尽量使搅拌子的位置和转速保持一致。
（5）通过计算机使电化学分析仪进入Windows 工作界面，在工具栏里通过鼠标点击“T”（实验技术），此时屏幕上显示一系列实验技术的菜单；点击“Open Circuit Potential-Time”（即应用“开路电位-时间”技术），点击“OK”；再点击工具栏里的参数设置键，在对话框中填入适当的“数值”：*Run Time (sec) = “800” (在实验过程中根据需要可随时终图14-1 振荡反应测量线路图图14-2 化学振荡反应的电位-时间曲线止实验。
BZ振荡反应
B-Z振荡反应姓名：李上学号：2012011849 班级：分2同组人姓名:刘昊雨实验日期：2014年12月4日提交报告日期：2014年12月10日指导教师：王振华1.引言1.1.实验目的（1）了解Belousov-Zhabotinski反应（简称B-Z反应）的机理。
（2）通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。
1.2.实验原理所谓化学振荡就是反应系统中某些物理量如组分的浓度随时间作周期性的变化。
1958年，Belousov首次报道在以金属铈离子作催化剂的条件下，柠檬酸被溴酸氧化的均相系统可呈现这种化学振荡现象。
随后，Zhabotinsky继续了该反应的研究。
到目前为止，人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统。
例如，除了柠檬酸外，还有许多有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的溴酸氧化反应系统能出现振荡现象，而且所用的催化剂也不限于金属铈离子，铁和锰等金属离子可起同样的作用。
后来，人们笼统地称这类反应为B-Z反应。
目前，B-Z反应是最引人注目的实验研究和理论分析的对象之一。
该系统相对来说比较简单，其振荡现象易从实验中观察到。
由实验测得的B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图2-11-1所示。
图1. B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线关于B－Z反应的机理，目前为人们普遍接受的是关于在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化的机理，简称为FKN机理。
其主要的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下表：-+Br BrMA i 222按照FKN 机理，可对化学振荡现象解释如下：当[Br －]较大时，反应主要按表中的（1）、（2）、（3）进行，总反应为：OH Br H Br BrO 2233365+→+++-- （11）生成的Br 2按步骤（7）消耗掉。
步骤（1）、（2）、（3）、（7）组成了一条反应链，称为过程A ，其总反应为：OH COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++-- （12）当[Br －]较小时，反应按步骤（5）和（6）进行，总反应为：OH HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++-+ （13）步骤（5）为该反应的速度控制步骤（（5）的逆反应速率可忽略），这样有]][][[][2352+-=H HBrO BrO k dt HBrO d （14）上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点，但HBrO 2的增长要受到步骤（4）的限制。
B-Z振荡反应实验报告
B-Z振荡反应姓名：何一白学号：班级：化22实验日期：2014年11月6日提交报告日期：2014年11月22日带实验的老师姓名：王振华1引言（简明的实验目的/原理）1.1 实验目的了解Belousov-Zhabotinski反应的机理通过测定电位-时间曲线球的振荡反应的表观活化能1.2实验原理化学震荡：反映系统中某些物理量（如组分浓度）随时间做周期性变化B-Z反应机理：在硫酸介质中以金属铈离子做催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化——FKN机理（共十步）系统中[Br-]、[HBrO2]，[Ce4+]/[Ce3+]都随时间做周期性的变化。
测量及数据：我们用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间变化的曲线，处理数据得到诱导期时间及震荡周期。
由1/t诱，1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢，综合不同温度下的t诱和t振，估算表观活化能E诱，E振。
2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图2.1.1 实验仪器计算机及接口一套；HS-4 型精密恒温浴槽；电磁搅拌器；反应器1 个；铂电极1 个；饱和甘汞电极1 个；滴瓶3 个；量筒3 个；2ml 移液管1 支；洗瓶1 个；镊子1 把；2.1.2 实验药品0.02 mol/L 硝酸铈铵；0.5 mol/L 丙二酸；0.2 mol/L 溴酸钾；0.8 mol/L 硫酸。
2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）实验室温度16.3℃，大气压102.19kPa2.3 实验操作步骤及方法要点1.检查仪器药品。
2.按装置图（如图1 所示）接好线路。
图1 . B－Z振荡反应实验装置图3.接通相应设备电源，准备数据采集。
4.调节恒温槽温度为20℃。
分别取7ml 丙二酸、15ml 溴酸钾、18ml 硫酸溶液于干净的反应器中，开动搅拌。
打开数据记录设备，开始数据采集，待基线走稳后，用移液管加入2ml 硝酸铈铵溶液。
5.观察溶液的颜色变化，观察反应曲线，出现振荡后，待振荡周期完整重复8~10次后，停止数据记录，保存数据文件后记录恒温槽温度，从数据文件中读出相应的诱导期t 诱和振荡周期t 振。
B-Z化学振荡反应
B-Z化学振荡反应B-Z 化学振荡反应⼀、实验⽬的:1、了解Belousov-Zhabotinsky 反应（简称BZ 反应）的基本原理及研究化学震荡反应的⽅法；2、掌握在硫酸介质中以⾦属铈离⼦作催化剂时，丙⼆酸别溴酸氧化体系的基本原理；3、了解化学震荡反应的表观活化能计算⽅法。
⼆、实验原理: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。
该反应由三个主过程组成：322322234223243222A 1)22)2B3)24)5)2C6)4()2436Br BrO H HBrO HBrO Br HBrO H HBrO HBrO BrO H BrO H O BrO Ce H HBrO Ce HBrO BrO H HBrO Ce BrCH COOH H O HBrO Br Ce CO H --+-+-++++-++-++++→+++→++→+++→+→+++++→+++过程过程过程总反应为322222223()2()3+4CeH Br CH COOH BrCH COOH CO H O ++-++→+根据公式ln1/t 诱=-E 诱/RT+C 可计算出表观活化能E 诱三、实验试剂与仪器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1、连接好仪器，打开超级恒温⽔浴，将温度调节⾄35±0.1℃；2、打开电脑，双击打开bzl ﹒exe 系统软件，选择“设置参数”选项进⾏参数设置：横坐标极值：1000s 纵坐标极值：1200mv纵坐标零点：700mv 起始阀值：6 “画图起始点”选择“从测量开始即画”；3、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10ml ，恒温搅拌10min后，加⼊硫酸铈铵溶液10ml，迅速插⼊电极，点击“开始实验”。
BZ振荡反应
4.选择电压量程为2V（显示为“UL 2V”），将测试线两端短 接，按下“采零”键，清零后将红端接铂电极，黑端接双盐 桥电极。
实验步骤
5.恒温5分钟后加入硝酸铈铵溶液，观察溶液的颜色 变化，同时开始计时并记录相应的变化电势（点击 “数据通讯”— “开始绘图”）。
B-Z反应及其机理
目前人们已经发现的化学振荡反应的种类比较多,但最受
人们重视并且被广泛深入研究的是B-Z反应。 对B-Z反应机理的分析，最有代表性的工作是
Field, Koros和Noyes3位科学家完成的，合称 为FNK机理。
简
A BrO3-+2Br-+3CH2(COOH)2 → 3BrCH(COOH)2+3H2O
三、试剂与仪器
试剂：丙二酸；硫酸；溴酸钾；硝酸 铵。
仪器：ZD-BZ振荡实验装置 1台
联想电脑
1台
SYC-15超级恒温水浴 1台
213型铂电极
1只
双盐桥甘汞电极 1只
磁子
1个
四、实验步骤
1. 先打开实验仪器，再打开计算机，启动程序，设置串行口、 坐标系和采样时间。
2.将红、黑两测试线按“红”+、“黑”—接入被测线压输 入口。按图连接好仪器，按照超级恒温水浴的使用方法，将 温度控制在25℃±0.1 ℃，待温度稳定后接通循环水。
但之后很长时间内人们一直无法从热力学的角度来解 释化学振荡反应产生的原因。造成了化学振荡反应被人 们冷落了很长时间。
20世纪50年代末B-Z反应的发现之后，研究步伐大大 提高，至今余热不减。
化学振荡和自组织现象
BZ振荡反应
（2）Br HBrO2 H 2HBrO
过程B：（3）HBrO 2 BrO 3 H BrO2 H 2O （4）BrO2 Ce3 H HBrO 2 Ce4 （5）2HBrO 2 BrO3 H HBrO
• 恒温5min后按下开始实验按钮，根据提示 输入BZ振荡反应即时数据存储文件名。加 入浓度为0.04mol/L硝酸铈铵溶液3ml后， 按OK键进行实验。
• 观察反应曲线，待画完4个波形反应完成 后，按停止实验，记录起波时间。按察看 峰谷值键可以察看各波的峰、谷值。
• 按修改目标温度键修改反应温度。用上述 方法改变温度为30℃、35℃、40℃、45℃、 50℃时重复上述4-6步。
• 通常把化学 反应体系的各种时空有序结构称为非 线性化学现象 ，简称为非线性化学．非线性化学 作为一门新的交叉 学科正在形成之中，它已经成 为化学发展中的一个新的生长点。
BZ化学振荡体系
• 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。
• 过程 C为丙二酸被溴化为 BrCH(OOH)2，与 Ce4+ 反应生成 Br-，使 Ce4+还原为 Ce3+ 。
• 过程 C对化学振荡非常重要 ，如果只有．，正是 C 的存在，以丙二酸的消 耗为代价 ，重新得到 Br-和 Ce3+，反应得以 再启动，形成周期性的振荡。
BZ 振荡反应
.实验目的
• 了解B-Z振荡反应的基本原理。
• 掌握在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂 时，丙二酸被溴酸氧化的基本原理。
• 初步了解自然界中普遍存在的非平衡非线 形问题。
实验原理
B-Z振荡反应
图1 仪器装置
四、实验步骤
1.观察体系的颜色变化，记录相应的电势曲线。 按图1连接好仪器装置。接通计算机，打开超级恒温 槽，设定温度在25.0±0.1℃。在100mL干净的反应 器中加入浓度为0.5mol·dm-3 的丙二酸10.5mL、浓度 为 0.2mol·dm-3的KBrO3 22.5mL、浓度为 0.8mol·dm-3 的硫酸27mL，开启搅拌。打开数据采集软件，设置 好 参 数 ， 待 溶 液 恒 温 5min 后 ， 加 入 6mL 浓 度 为 0.02mol·dm-3硫酸铈铵溶液，单击开始实验，观察溶 液颜色变化及相应的电势变化曲线。
七、思考题 思考题
• 1. 本实验记录的电势主要代表了什么意思？ 它于Nernst方程求得的电势有何不同？为什 么？ • 2. 为什么B-Z反应有诱导期？反应何时进入 振荡期？ • 3．影响诱导期的主要因素有哪些？ • 4.体系中什么样的反应步骤行为最为关键？
时间振荡反应
溶液a： 丙二酸 溶液 ：3 g丙二酸 ＋ 3 ml浓硫酸 浓硫酸 蒸馏水＋ ＋ 47 ml蒸馏水＋ 0.2 g Ce(SO4)2 蒸馏水 溶液b： 溶液 ：2.7 g KBrO3 ＋ 50 ml蒸馏水 蒸馏水 ＋ 2 ml 试亚铁灵
二、实验原理
• 上式表明HBrO2 的生成具有自催化的特点， HBrO2的增长要受到2HBrO2 →BrO3- +HOBr +H+ 的限制，因此B过程的总反应为 • [BrO3-]+ 4Ce3+ +5H+ → HOBr + 4Ce4++2H2O ， • Br-的再生可通过下列过程实现： • 4Ce4+ + BrCH(COOH)2 + H2O + HOBr → 2Br+4Ce3+ +3CO2+6H+ k6(6) 体系的总反应为：2H+ + 2BrO3- +2CH2(COOH)2 → 2BrCH(COOH)2 + 3CO2 + 4H2O
化学振荡反应实验报告
一、实验目的1. 了解Belousov-Zhabotinski（B-Z）反应的基本原理和FKN机理。
2. 观察B-Z振荡反应的化学振荡现象。
3. 学习使用铂电极和甘汞电极进行电位-时间曲线的测定。
4. 练习用微机处理实验数据并绘制曲线。
二、实验原理B-Z振荡反应是一种典型的化学振荡现象，其机理由Field、Koros和Noyes在1972年提出的FKN机理所描述。
该反应由以下三个过程组成：过程A：中间体的生成与消耗A1：2BrO3- + 2CH2(COOH)2 + 4H+ → 2Br- + 2HBrO2 + 2CO2 + 2H2OA2：HBrO2 → Br- + H2O + BrO过程B：自催化过程B1：HBrO2 → Br- + H2O + BrOB2：BrO + Ce3+ → HBrO2 + Ce4+B3：2HBrO2 → Br2O + H2O + BrO2过程C：Br-的再生C1：4Ce4+ + BrCH(COOH)2 + 6H2O → 4Ce3+ + 2Br- + 3CO2 + 12H+当反应体系中Br-的浓度足够高时，主要发生过程A，其中反应A2是速率控制步骤。
当Br-的浓度较低时，发生过程B，其中反应B2是速率控制步骤。
反应C1对化学振荡现象至关重要，因为它使得Br-得以再生，维持反应的持续进行。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：铂电极、217型甘汞电极、微电极、微机、搅拌器、烧杯、移液管、pH计等。
2. 试剂：溴酸盐、丙二酸、硫酸、硫酸铜、氯仿等。
四、实验步骤1. 配制B-Z反应溶液：将一定量的溴酸盐、丙二酸、硫酸和硫酸铜溶解于水中，搅拌均匀。
2. 将铂电极和甘汞电极插入反应溶液中，用pH计测量溶液的pH值，调节至实验所需的pH值。
3. 开启搅拌器，观察反应溶液的颜色变化，记录化学振荡现象。
4. 使用微电极测定电位-时间曲线，记录数据。
5. 关闭搅拌器，将反应溶液取出，进行数据处理和分析。
BZ振荡反应
(1) 必须是远离平衡态的敞开体系；
(2) 反应历程中含有自催化步骤； (3) 体系必须具有双稳态性，即可以在两个稳态间来回振荡。
二、基本原理
BZ振荡反应的机理：
2BrO3- +3CH2(COOH)2 + 2H+
Ce3+、Br-
2BrCH(COOH)2 +3CO2 +4H2O
体系中存在着两个受溴离子浓度控制的过程： 当Br-足够大时：
3 4
通过测定 (Ce3+/Ce4+)的变化周期，即可得反应的周期。
电势E/V
tu
tz 时间t/min
tz
从曲线中可以得到诱导时间(tu)和振荡周期(tz)，根据阿 仑尼乌斯公式
ln E 1 u ln Au tu RT
1 Ez ln ln Az tz RT
通过上式可以分别计算诱导反应和振荡反应的表观活化能。
(1 / tu ) 2 Eu (T2 T1 ) ln (1 / tu )1 RT1T2
(1 / t z ) 2 Ez (T2 T1 ) ln (1 / t z )1 RT1T2
资料：
1958年贝罗索夫（Belousov)：金属铈离子作催化剂时，柠 檬酸被HBrO3氧化时呈现化学振荡现象。 柴波廷斯基（Zhabotinskii)：有些反应可呈现空间有序。 之后发现了一类振荡反应，称为B-Z 振荡反应。 1969年普利高津（I.Prigogine)：在一次理论物理与生物学 的国际会议上，提出了“耗散结构理论”。 普利高津领导的布鲁塞尔学派，是国际上著名的菲平衡态 统计物理学派之一。普利高津曾获1977年诺贝尔奖金。 1978年以来， “耗散结构理论” 在我国得到广泛传播。
B-Z振荡反应
B-Z振荡反应姓名：张冶学号：班级：化21同组人姓名:努尔艾力·麦麦提实验日期：2014年11月20日提交报告日期：2014年12月4日指导教师：王振华1.引言1.1.实验目的（1）了解Belousov-Zhabotinski反应（简称B-Z反应）的机理。
（2）通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。
1.2.实验原理所谓化学振荡就是反应系统中某些物理量如组分的浓度随时间作周期性的变化。
1958年，Belousov首次报道在以金属铈离子作催化剂的条件下，柠檬酸被溴酸氧化的均相系统可呈现这种化学振荡现象。
随后，Zhabotinsky继续了该反应的研究。
到目前为止，人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统。
例如，除了柠檬酸外，还有许多有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的溴酸氧化反应系统能出现振荡现象，而且所用的催化剂也不限于金属铈离子，铁和锰等金属离子可起同样的作用。
后来，人们笼统地称这类反应为B-Z反应。
目前，B-Z反应是最引人注目的实验研究和理论分析的对象之一。
该系统相对来说比较简单，其振荡现象易从实验中观察到。
由实验测得的B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图2-11-1所示。
图1. B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线关于B－Z反应的机理，目前为人们普遍接受的是关于在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化的机理，简称为FKN机理。
其主要的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下表：8k O −−→i 222按照FKN 机理，可对化学振荡现象解释如下：当[Br －]较大时，反应主要按表中的（1）、（2）、（3）进行，总反应为：O H Br H Br BrO 2233365+→+++-- （11）生成的Br 2按步骤（7）消耗掉。
步骤（1）、（2）、（3）、（7）组成了一条反应链，称为过程A ，其总反应为：O H COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++-- （12） 当[Br －]较小时，反应按步骤（5）和（6）进行，总反应为： O H HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++-+ （13）步骤（5）为该反应的速度控制步骤（（5）的逆反应速率可忽略），这样有]][][[][2352+-=H HBrO BrO k dtHBrO d （14） 上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点，但HBrO 2的增长要受到步骤（4）的限制。
化学振荡-BZ振荡反应二 校
化学振荡——ＢＺ振荡反应一、背景材料在化学反应中，反应产物本身可作为反应催化剂的化学反应称为催化反应。
一般的化学反应最终都能达到平衡状态（组分浓度不随时间而改变），而在自催化反应中，有一类是发生在远离平衡态的体系中，在反应过程中的一些参数（如压力、温度、热效应等）或某些组分的浓度会随时间或空间位置作周期的变化，人们称之为“化学振荡”。
由于化学振荡反应的特点，如体系中某组分浓度的规律变化在适当条件下能显示出来时，可形成色彩丰富的时空有序现象（如空间结构、振荡、化学波……等）。
这种在开放体系中出现的有序耗散结构也证明负熵流的存在，因为在开放体系中，只有足够的负熵流才能使体系维持有序的结构。
化学振荡属于时间上的有序耗散结构。
别洛索夫（Belousov）在1958年首先报道以金属锌离子作催化剂在柠檬酸介质中被溴酸盐氧化时某中间产物浓度随时间周期性变化的化学振荡现象，扎勃丁斯基（Zhabotinski）进一步深入研究在1964年证明化学振荡体系还能呈现空间有序周期性变化现象。
为纪念他们最早期的研究成果，，将后来发现大量的可呈现化学振荡的含溴酸盐的反应体系为B-Z振荡反应。
随着研究的深入，人们发现所有的振荡反应都含有自催化反馈步骤，同时也发现了许多能发生振荡反应的体系（振荡器Dscillator）尽管如此，但化学振荡的动力学机理，特别是产生时一些有序现象的机理仍步完全清楚。
对于B-Z振荡反应，人们比较认可的FKN机理，是由Field 、Koros 、Noyes 等完成的。
近年来研究表明还存在着其他类型的振荡（如连续振荡、双周期振荡、多周期振荡等）化学振荡直观地展现了自然科学中普遍存在的非平衡非线性问题，故自发现以来一直得到人们的重视。
目前，随着对化学振荡研究的深入，许多化学振荡器陆续被设计出来，与此同时，对化学振荡的应用研究也已经开始。
本实验仅对含溴酸盐体系的B －Z 振荡反应进行设计性的探讨。
先通过典型的例子来了解B －Z 振荡反应的原理。
BZ振荡反应-实验报告(特选资料)
B-Z 振荡反应实验日期：2016/11/24 完成报告日期：2016/11/251 引言1.1 实验目的1. 了解Belousov-Zhabotinski 反应（简称B-Z 反应）的机理。
2. 通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。
1.2 实验原理对于以B-Z 反应为代表的化学振荡现象，目前被普遍认同的是Field ，kooros 和Noyes 在1972年提出的FKN 机理，，他们提出了该反应由萨那个主过程组成：过程A ①322BrO Br H HBrO HOBr --+++→+ ②22HBrO Br H HOBr -+++→式中2HBrO 为中间体，过程特点是大量消耗Br -。
反应中产生的HOBr 能进一步反应，使有机物MA 如丙二酸按下式被溴化为BrMA,(A1)22HOBr Br H Br H O -+++→+ (A2)2Br MA BrMA Br H -++→++过程B ③32222BrO HBrO H BrO H O -++++僩 ④342222222BrO Ce H HBrO Ce ++++→+g这是一个自催化过程，在Br -消耗到一定程度后，2HBrO 才转化到按以上③、④两式进行反应，并使反应不断加速，与此同时，催化剂3Ce +氧化为4Ce +。
在过程B 的③和④中，③的正反应是速率控制步骤。
此外，2HBrO 的累积还受到下面歧化反应的制约。
⑤232HBrO BrO HOBr H -+→++过程C MA 和BrMA 使4Ce +离子还原为3Ce +，并产生Br -（由BrMA ）和其他产物。
这一过程目前了解得还不够，反应可大致表达为：⑥24Ce ++MA +BrMA →f Br -+23Ce ++其他产物式中f 为系数，它是每两个4Ce +离子反应所产生的Br -数，随着BrMA 与MA 参加反应的不同比例而异。
过程C 对化学振荡非常重要。
如果只有A 和B ，那就是一般的自催化反应或时钟反应，进行一次就完成。
BZ振荡反应
化学振荡和自组织现象
1952年，苏联化学家Belousov用硫酸铈盐作催化剂，进
行柠檬酸的溴酸氧化反应。当他把反应物和生成物的浓度控
制在远离平衡浓度的时候，某些组分（如溴离子和铈离子）
的浓度会发生周期性的变化，造成溶液的颜色会在无色和黄
* 物理、化学中的时空有序现象
人们首次正式发现化学振荡反应是在1921年美国科学 家W·C·Bray 用H2O2、IO3-和丙二酸 (H2SO4为介 质,MnSO4为催化剂) 进行反应时,发现系统中碘的浓度 及的氧气生成速率均随时间产生周期性变化。
但之后很长时间内人们一直无法从热力学的角度来解 释化学振荡反应产生的原因。造成了化学振荡反应被人 们冷落了很长时间。
ln(1/t1振)-1/T图，由直线斜率求出表观活化能E诱、 E振。 3. 讨论实验步骤7观察到的现象，分析没有搅拌时 形成空间图案的原因，分析搅拌所起的作用。
实际应用
化学振荡反应在分析化学中的应用较多。当体系中存在浓 度振荡时，其振荡频率与催化剂浓度间存在依赖关系，据此 可测定作为催化剂的某些金属离子的浓度。
B-Z反应及其机理
目前人们已经发现的化学振荡反应的种类比较多,但最受
人们重视并且被广泛深入研究的是B-Z反应。 对B-Z反应机理的分析，最有代表性的工作是
Field, Koros和Noyes3位科学家完成的，合称 为FNK机理。
简
A BrO3-+2Br-+3CH2(COOH)2 → 3BrCH(COOH)2+3H2O
B-Z振荡反应
一、实验目的
1、了解贝洛索夫-恰鲍廷斯基（BelousovZhabotinsky）反应（简称B-Z反应）的基本 原理，掌握研究化学振荡反应的一般方法。
《B-Z振荡反应》课件
通过观赏实验视频，深入解析B-Z 振荡反应的反应机理，帮助学生 理解反应原理。
动力学研究
介绍B-Z振荡反应动力学研究的背 景和最新进展，拓宽学生的知识 面。
实验步骤
1
准备实验器材
列出进行B-Z振荡反应实验所必需的器材
制备反应液
2
清单，并指导学生正确使用实验器材。
详细说明配制B-Z振荡反应所需的反应液
《B-Z振荡反应》PPT课件
介绍B-Z振荡反应的背景和意义，引起学生对该话题的兴趣。提出振荡反应的 非平衡态特点和在化学动力学中的重要性。
反应机理
化学反应机理
通过化学方程式和图示解释B-Z振 荡反应中所涉及的反应机理和关 键步骤。
演示实验
视频解析
展示一些B-Z振荡反应的示范实验， 在观察实验过程中理解反应机理。
Education, 1992, 69(6): 445. 3. Epstein I R, Pojman J A. An Introduction to Nonlinear Chemical Dynamics: Oscillations,
Waves, Patterns, and Chaos[M]. Oxford University Press, 1998.
展示B-Z振荡反应过程的示意图， 帮助学生理解反应结果的变化 规律。
应用
教学演示
科研应用
介绍如何利用B-Z振荡反应设计教 学演示，吸引学生对化学的兴趣。
探讨B-Z振荡反应在科学研究领域 的应用，如生物医学和材料科学 等。
艺术创作
展示将B-Z振荡反应与艺术结合的 创作成果，展现化学之美和艺术 的动人魅力。
结论
优点
总结B-Z振荡反应的优点，如具有奇特的反应动力学特性和引人入胜的视觉效果。
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B-Z振荡反应姓名：苏剑晓学号：2012011892 班级：化22实验日期：2014年10月17日提交报告日期：2014年10月22日指导教师：王振华1.引言1.1.实验目的（1）了解Belousov-Zhabotinski反应（简称B-Z反应）的机理。
（2）通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。
1.2.实验原理所谓化学振荡就是反应系统中某些物理量如组分的浓度随时间作周期性的变化。
1958年，Belousov首次报道在以金属铈离子作催化剂的条件下，柠檬酸被溴酸氧化的均相系统可呈现这种化学振荡现象。
随后，Zhabotinsky继续了该反应的研究。
到目前为止，人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统。
例如，除了柠檬酸外，还有许多有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的溴酸氧化反应系统能出现振荡现象，而且所用的催化剂也不限于金属铈离子，铁和锰等金属离子可起同样的作用。
后来，人们笼统地称这类反应为B-Z反应。
目前，B-Z反应是最引人注目的实验研究和理论分析的对象之一。
该系统相对来说比较简单，其振荡现象易从实验中观察到。
由实验测得的B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图2-11-1所示。
图1. B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线关于B－Z反应的机理，目前为人们普遍接受的是关于在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化的机理，简称为FKN机理。
其主要的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下表：−→HBrO -+Br BrMA i 222按照FKN 机理，可对化学振荡现象解释如下： 当[Br －]较大时，反应主要按表中的（1）、（2）、（3）进行，总反应为：O H Br H Br BrO 2233365+→+++--（11）生成的Br 2按步骤（7）消耗掉。
步骤（1）、（2）、（3）、（7）组成了一条反应链，称为过程A ，其总反应为：O H COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++--（12）当[Br －]较小时，反应按步骤（5）和（6）进行，总反应为：O H HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++-+ （13）步骤（5）为该反应的速度控制步骤（（5）的逆反应速率可忽略），这样有]][][[][2352+-=H HBrO BrO k dtHBrO d （14）上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点，但HBrO 2的增长要受到步骤（4）的限制。
（4）、（5）、（6）组成了另一个反应链，称为过程B 。
其总反应为：O H Ce HOBr H Ce BrO 24332454++→+++++-（15）最后Br －可通过步骤（9）和（10）而获得再生，这一过程叫做C 。
总反应为： ++-++++→+++H CO Ce Br O H COOH BrCH Ce HOBr 6342)(423224 （16） 过程A 、B 、C 合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。
当[Br －]足够大时，HBrO 2按A 中的步骤（2）消耗。
随着[Br －]的降低，B 中的步骤（5）对HBrO 2的竞争愈来愈重要。
当[Br －]达到某个临界值[－r B ~]时，自催化步骤（5）引起的HBrO 2的生成速率正好等于过程A 中由步骤（2）引起的HBrO 2的消耗速率，即0]][][r B ~[]][][[][222352=-=++-H HBrO k H HBrO BrO k dtHBrO d － （17）由（17）式易得：][]r B ~[325-=BrO k k －若已知实验的初始浓度][3-BrO ，由（18）式可估算[－r B ~]。
当]r B ~[][Br －－<时，[HBrO 2]通过自催化反应（13）很快增加，导致[Br －]通过反应步骤（2）而迅速下降。
于是系统的主要过程从A 转换到B 。
B 中产生的Ce 4+通过C 使Br －再生，[Br －]慢慢回升；当]r B ~[][Br －－>时，体系中HBrO 2的自催化生成受到抑制，系统又从B 转换到A ，从而完成一个循环。
从上述的分析可以看出，系统中[Br －]、[HBrO 2]和[Ce 4+]/[Ce 3+]都随时间作周期性地变化。
在实验中我们可以用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br－] 和[Ce4+]/[Ce3+]随时间变化的曲线。
另外，如果用1/t诱和1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢，那么通过测定不同温度下的t诱和t振可估算表观活化能E诱和E振。
2.实验操作2.1.实验药品、仪器型号及测试装置示意图计算机及接口一套；HS-4型精密恒温浴槽；电磁搅拌器；反应器1个；铂电极1个；饱和甘汞电极1个；滴瓶3个；量筒3个；2ml移液管1支；洗瓶1个；镊子1把；0.02 mol/L硝酸铈铵；0.5 mol/L丙二酸；0.2 mol/L溴酸钾；0.8 mol/L硫酸。
2.2.实验条件（实验温度、湿度、压力等）温度18.5℃，相对湿度36%，大气压102.17kPa2.3.实验操作步骤及方法要点1. 检查仪器药品。
2. 按装置图（如图2所示）接好线路。
图2. B－Z振荡反应实验装置图1 计算机及其数据接口，2 恒温浴槽，3 电极搅拌器，4 饱和甘汞电极，5 铂电极。
3. 接通相应设备电源，准备数据采集。
4. 调节恒温槽温度为20℃。
分别取7ml丙二酸、15ml溴酸钾、18ml硫酸溶液于干净的反应器中，开动搅拌。
打开数据记录设备，开始数据采集，待基线走稳后，用移液管加入2ml 硝酸铈铵溶液。
5. 观察溶液的颜色变化，观察反应曲线，出现振荡后，待振荡周期完整重复8~10次后，停止数据记录，保存数据文件后记录恒温槽温度，从数据文件中读出相应的诱导期t诱和振荡周期t振。
6. 升高温度3~5℃，重复步骤4和5，直到35 ℃左右。
注意事项：1. 各个组分的混合顺序对体系的振荡行为有影响。
应在丙二酸、溴酸钾、硫酸混合均匀后，且当记录仪的基线走稳后，再加入硝酸铈铵溶液。
2. 反应温度可明显地改变诱导期和振荡周期，故应严格控制温度恒定。
3. 实验中溴酸钾试剂纯度要求高。
4. 配制硝酸铈铵溶液时候，一定要在硫酸介质中配制，防止发生水解呈浑浊。
5. 所使用的反应容器一定要冲洗干净，转子位置及速度都必须加以控制。
3.结果与讨论3.1.原始数据BRow Numbers图3. 20℃时溶液电位差-时间变化趋势0200400600800100012001400110012001300BRow Numbers图4. 24℃时溶液电位差-时间变化趋势1000110012001300BRow Numbers图5. 28℃时溶液电位差-时间变化趋势1000110012001300BRow Numbers图6.32℃时溶液电位差-时间变化趋势1140116011801200122012401260128013001320BRow Numbers图7.36℃时溶液电位差-时间变化趋势3.2. 数据处理首先从图上读出各温度下的诱导期、振荡周期。
表 各温度下诱导期、振荡周期数据温度/℃ 诱导期/s 振荡周期/s20.00 717.06 103.11 24.00 504.13 71.64 28.00 387.26 52.26 32.00 36.00 292.03225.05 37.25 27.80诱导期与振荡周期时间与活化能有如下关系：C RTE t +-=1ln 分别作ln(1/t )1/T 诱—和ln(1/t )1/T 振—图，由直线的斜率即可求出表观活化能E 诱和E 振。
R E RTEt ⨯-=⇒+-=斜率（C )/1ln—关系图图8. ln(1/t)1/T诱此图中拟合得斜率为-6494.4，R2=0.998。
—关系图图9.ln(1/t)1/T振此图中拟合得斜率为-7426.3, R2=0.9995。
=7426.3×8.314=61.74kJ/mol.故表观活化能E振3.3振荡现象分析在本实验中，我观察到，当刚加入硝酸铈铵时，溶液显黄色，电压值出现一个小突起；随后电压平缓下降，溶液颜色变浅；当进入振荡期时,溶液也在黄色，无色之间振荡。
但是现象并不明显。
4.结论温度/℃诱导期/s 振荡周期/s24.00 504.13 71.6428.00 387.26 52.2632.00 292.03 37.2536.00 225.05 27.80计算得表观活化能E 诱=6494.4×8.314=53.99kJ/mol, E 振=7426.3×8.314=61.74kJ/mol. 由图形可以看出，振荡形状基本是类似的。
在曲线上升沿，[Ce 4+]消耗，生成[Br －]。
4价铈离子显黄色，所以曲线上升时溶液颜色变浅。
曲线下降沿时，[Br －]量比较少，[HBrO2]通过自催化反应增加，产生[Ce 4+]，颜色加深。
故峰值处颜色浅，谷值处颜色深。
5. 参考文献1. 清华大学化学系物理化学实验编写组. 物理化学实验. 北京：清华大学出版社，1991.2. 贺德华，麻英，张连庆编. 基础物理化学实验. 北京：高等教育出版社，2008.5.3. 朱文涛编著. 物理化学. 北京：清华大学出版社，1995.8.6. 附录：思考题1. 已知卤素离子（Cl －，Br －，I －）都很易和HBrO 2反应，如果在振荡反应的开始或是中间加入这些离子，将会出现什么现象？试用FKN 机理加以分析。
如果在开始时加入，则卤素离子会直接与HBrO 2反应。
根据FKN 机理，振荡的开始需要HBrO 2的浓度增加到一定值后才开始振荡。
但是起初加入卤素离子会与HBrO 2的积累竞争，从而延长诱导期。
如果加得多了，不会引发振荡反应。
如果在振荡过程中加入，与上面的机理其实相同。
振荡的过程即是HBrO 2的浓度恢复过程。
如果加入的量小，可能使周期变长，如果加入的量大，则会直接终止振荡。
2. 为什么B-Z 反应有诱导期？反应何时进入振荡期？ 系统的循环可以用HBrO 2的浓度振荡表示。
起初体系中加入的是溴酸，没有HBrO 2，只有当体系中它的浓度积累到一定程度才会引发振荡。
起初溶液中没有HBrO 2，因此需要前期反应生成它。
但是生成HBrO 2的反应很慢，就形成了诱导期。
当它的浓度到达一定量之后，就进入振荡期。
3. 影响诱导期的主要因素有哪些？（1）反应温度。
温度越高，反应速率越快，诱导期越短。
（2）HBrO 2起始浓度。
此浓度决定着自催化反应的速率，它的起始浓度越高，诱导期越短。
（3）催化剂浓度。
催化剂浓度越高，反应速率越大，则诱导期越短。