BZ振荡反应

北京理工大学

物理化学实验报告

BZ震荡反应

班级：09111101

实验日期：2013-4-9

一、 实验目的

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。

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 -

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++−→−++-

+

体系中存在着下面的反应过程。 过程A ：

HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+−→−+++--

2HOBr H Br HBrO 3K 2−→−+++-

过程B ：

O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+−→−+++-

42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++−→−++

+++−→−H HOBr BrO 2HBrO -3K 26

Br - 的再生过程：

()+

+-

++++−→−+++6H

3CO 4Ce 2Br HOBr O H COOH BrCH 4Ce 23

K 2247

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

[][][]+-

=H BrO K K HBrO 3

3

22。 当[Br -]低时，发生过程B ，Ce +3被氧化。，达到准定态时，有

[][][]

+-

≈

H BrO 2K K HBrO 36

42。 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。研究表明，Br -的临界浓度为：

[]

[][]

-

--⨯==

3

633

4crit

-

BrO 105BrO K K Br

若已知实验的初始浓度[BrO -

3]，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 - ]、[HbrO 2]、[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FeSO 4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

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=∝RT E A k t 表诱exp 1

，并得到

RT E

A t 表诱

＝-ln 1ln ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛

作图⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛诱

t

1ln ～T 1

，根据斜率求出表观活化能表E 。 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

1) 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。

2) 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 。

3) 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。

4) 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 。

5) 将恒温槽温度调制33.00℃，重新取

6)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。

7)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。

8)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。

9)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。

10)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。

11)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。

12)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。

13)重复10～15步骤，改变温度为35℃、40℃、45℃、50℃，重复实验。

14)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。

15)关闭仪器（接口装置、磁力搅拌器、恒温槽）电源。

16)在微机上处理实验数据。

五、数据处理