BZ震荡反应
BZ震荡反应
B Z 震荡反应一、 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、?-32BrO 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 =（2-50） ?3++4+22BrO +Ce +H HBrO +Ce =（2-51）在反应（2-51）中快速积累的Ce 4+又加速了下列氧化反应：4+-3++2224Ce +BrCH(COOH)+H O+HOBr 2Br +4Ce +3CO +6H =（2-52） 通过反应（2-52），当达到临界浓度值后，-Br ,c C 反应系统中下列反应成为主导反应：--+32BrO +Br +2H HBrO +HOBr =（2-53）-+2HBrO +Br +H 2HOBr =（2-54）反应（2-54）与反应（2-50）对HBrO 2竞争，使得反应（2-54）、（2-51）几乎不发生。
Br --应（）不断使应（过程中c Br-,C 所以 三、 仪器DNM-1电压测量仪；SYC-15B 超级恒温水浴；磁力搅拌器；反应器（100ml ）;217型甘汞电极；213型铂电极；数据采集接口装置；计算机。
1. 药品溴酸钾（GR ）;硝酸铈铵（AR ）;丙二酸（AR ）；浓硫酸（AR ）。
四、仪器装置连接图本实验仪器装置连接图如图2-37所示。
图3-27仪器装置连接图四实验步骤（1）用1.003⋅硫酸作217型甘汞电极液接。
mol dm-（2）按图2-37连接好仪器，打开超级恒温水浴，将温度调节至（25.0±0.1）℃。
3-硫。
t诱与温度数据作图。
1.实验中溴酸钾试剂要求纯度高，为GR级；其余为AR级。
2.配制硫酸铈铵溶液时，一定要在0.23mol dm -⋅硫酸介质中配制，防止发生水解呈浑浊。
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
一、实验目的
BZ振荡反应
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。
6.稍慢按 “△” 将精密数字电压测量仪置于分辨率为 0.1mV 档 ， （即 电压测量仪的 2V 档） ，且为“手动”状态，甘汞电极接负极，铂电 极接正极；此时液晶屏显示 1000±200mV 即为正确，否则应再次检 查设置。 7.恒温 5min 后，双击电脑屏幕上的“BZ 振荡” ，选择“0～10 分钟” 档，点击“开始作图” ，再加入硫酸铈铵溶液 15ml，观察溶液颜色 的变化； 8.电脑自动绘图至 5～6 个峰时，停止作图并以自己的学号为文件 名保存至 D 盘，同时在 E 盘中备份。必须先打开软件，在与作图时 相同的设置下再次打开文件。 9.读数：点击曲线上的相邻“峰” ，记下振荡周期，点击曲线开始 部分的斜率突变处及第一个最低点，记下诱导期。 10.根据 t诱 与温度数据 ln(1/ t诱 ) 1/ T 作图。
mV V
+ 手动/自动
磁力搅拌器
电压测量仪
五、实验步骤
1.用 1.00 mol dm3硫酸作 217 型甘汞电极液接； （已做好） 2.按图连接好仪器，打开超级恒温水浴，打开搅拌器；稍慢按 “回车” 将温度调节至 X℃， “回差” 键， 再按 键控温至 X±0.1℃； 先强档加热，离所设温度还差 3℃时，换成弱档加热。 3.配制 0.45 mol dm3丙二酸 250ml、 0.25 mol dm3溴化钾 250ml、 3.00 mol dm3 硫酸 250ml；在 0.20 mol dm3 硫酸介质中配制 （已配好） 4 103 mol dm3 的硫酸铈铵 250ml。 4. 正拿电极，洗净反应器，用专用量筒分别量取丙二酸溶液、 溴酸钾溶液、硫酸溶液各 15ml 加入反应器中； 5. 反应器置于磁力搅拌器正中央，打开磁力搅拌器，调节速度 至最小。
B-Z化学振荡反应
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振荡反应现象
bz振荡反应现象
BZ振荡反应是一种特殊的化学反应，其中反应物会循环发生变化，产生连续的振荡现象。
BZ振荡反应最早是由布利金(Belousov)在1951年发现的，因此也被称为布利金振荡反应。
BZ振荡反应通常涉及葡萄糖、过硫酸钠、二氧化锰等物质的反应。
这些物质在不同条件下发生复杂的氧化还原反应，形成氧化产物和还原产物。
具体反应机制中的每个步骤都需要适当的反应条件和浓度，才能导致振荡反应的发生。
在BZ振荡反应中，产物的浓度会随时间的推移发生周期性变化，产生明显的振荡现象。
这些振荡可以是颜色的变化、产物的生成和消失、产物的浓度的周期性变化等。
BZ振荡反应的振荡频率和特征与反应条件、反应物浓度等因素有关。
BZ振荡反应的研究不仅有助于理解化学反应动力学，还有助于模拟生物体内的节律性现象，如心跳和神经激活等。
这种反应的研究也具有理论和应用价值，对于深入探索非平衡态化学反应以及设计和开发新型化学材料具有重要意义。
bz振荡反应实验对原理的理解及数据补充
bz振荡反应实验对原理的理解及数据补充以bz振荡反应实验对原理的理解及数据补充为标题的文章引言：化学实验是学习化学知识的重要方式之一，它能够帮助我们更好地理解化学原理。
本文将以bz振荡反应实验为例，探讨其原理以及通过补充数据进一步加深对该实验的理解。
一、bz振荡反应实验的原理bz振荡反应也被称为贝尔神奇反应，是一种自发发生的非平衡反应，其反应物主要包括苹果酸、次硫酸钠、溴化钾和硫酸等。
反应过程中出现的颜色变化是这一实验的显著特点。
实验步骤如下：1. 在试管中加入适量的苹果酸溶液；2. 加入适量的次硫酸钠溶液，使溶液呈现酸性；3. 加入适量的溴化钾溶液，使溶液呈现黄色；4. 缓慢加入硫酸，促使反应发生。
反应过程中液体的颜色会发生变化，从黄色逐渐变为蓝色，然后再变为无色，不断重复这一过程，形成振荡。
二、对bz振荡反应实验的理解bz振荡反应实验的原理与反应速率的变化密切相关。
在反应初始阶段，溴化钾与次硫酸钠反应生成溴离子，此时反应物浓度较高，反应速率较快，溶液呈现黄色。
随着反应的进行，溴离子逐渐被氧化，溶液中的溴浓度减小。
当溴浓度低于某个临界值时，反应速率降低，溶液呈现蓝色。
当溴离子完全被氧化完毕时，反应速率再次增加，溶液变为无色。
这种速率的变化导致了溶液颜色的振荡变化。
通过实验数据的补充，我们可以更深入地理解bz振荡反应实验。
例如，可以通过改变反应物浓度、温度等条件来观察振荡的频率和颜色变化。
实验数据的补充可以帮助我们建立更准确的数学模型，以解释bz振荡反应的机理。
此外，还可以通过添加不同的催化剂来观察其对反应速率和振荡行为的影响，进一步揭示反应的动力学过程。
三、实验数据的补充以下是一组实验数据，通过改变反应物浓度来观察振荡的行为。
实验条件：- 反应物A：苹果酸溶液浓度为0.1mol/L；- 反应物B：次硫酸钠溶液浓度为0.2mol/L；- 反应物C：溴化钾溶液浓度为0.05mol/L；- 反应物D：硫酸溶液浓度为0.5mol/L。
《BZ振荡反应》课件
理论解释
1 BZ振荡反应的数学模型
介绍BZ振荡反应的数学模型，揭示背后的科学原理。
2 受扰动的自激振荡
深入探讨BZ振荡反应中受扰动的自激振荡现象。
3 振荡现象数值模拟
利用数值模拟方法模拟BZ振荡反应的振荡现象，理解其中的变化规律。
应用展望
BZ振荡反应的应用领域
探索BZ振荡反应在化学领域中的应用领域，如 化学合成和生物医学等。
发展方向及前景
展望BZ振荡反应的发展方向，并探讨其未来的 前景。
参考文献
1 相关文献介绍
引用相关研究论文，探索BZ振荡反应的前沿 研究。
2 参考书籍链接
提供有关BZ振荡反应的参考书籍链接，供进 一步学习和深入研究使用。
2
实验步骤
详细了解进行BZ振荡反应实验的步骤。
3
实验注意事项
注意事项，以确保实验的准确性和安全性。
实验结果
反应过程观察
观察并分析BZ振荡反应的反应过 程，探索其变化规律。
液态BZ振荡反应图像
展示液态BZ振荡反应的图像，展 现其奇妙的变化。
固态BZ振荡反应图像
展示固态BZ振荡反应的图像，揭 示其中的奥秘。
《BZ振荡反应》PPT课件
这是一份关于BZ振荡反应的PPT课件，将介绍背景、反应机制、实验操作、实 验结果、理论解释、应用展望等内容。让我们一起探索这一引人入胜的化学 现象吧！
背景介绍
化学振荡反应是一种引人入胜的现象。我们将探索其基本概念，并详细了解 BZ振荡反应的发现以及其在化学领域中的重要性。
反应机制
化学反应的反应机制概 述
了解化学反应的反应机制对 于理解BZ振荡反应至关重要。
BZ振荡反应的反应机制
探索BZ振荡反应中的反应机 制，并揭Байду номын сангаас其独特之处。
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
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
BZ振荡反应是一种经典的化学振荡反应，其特点在于反应体系呈现周期性的颜色变化。
本实验通过观察和分析BZ振荡反应的颜色变化规律，探究了振荡反应机制以及影响反应速率的因素。
实验步骤：
1. 准备工作：准备好测量药品、试管、电子秤等实验装置。
2. 实验操作：将准备好的药品按比例加入试管中，同时加入适量的稀盐酸，用玻璃
棒搅拌均匀。
观察试管液体的颜色变化，当液体呈现蓝色时加入适量的碘离子，不断观察
颜色变化。
3. 观察结果：当反应发生时，液体的颜色会出现周期性变化，从蓝色开始逐渐变为
无色、黄色、橙色、红色等颜色，然后再逐渐回到蓝色。
4. 分析结果：在反应过程中，反应物和产物的浓度随时间而变化，从而导致反应速
率的变化。
此外，碘离子的加入可促进反应的发生，同时稀盐酸的存在也可能影响反应速率。
5. 实验探究：改变反应物的浓度、温度等因素，可以对BZ振荡反应进行更深入的探究，以了解其反应机制和影响因素。
结论：
BZ振荡反应是一种周期性的化学振荡反应，其反应速率随着反应物和产物的浓度变化而变化。
碘离子的加入可促进反应的发生，而稀盐酸的存在也可能影响反应速率。
通过改
变反应物的浓度、温度等因素，可以进一步探究BZ振荡反应的反应机制及影响因素。
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
BZ振荡反应
BZ振荡反应刘恺 1120123036一、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。
二、实验原理化学振荡：反应系统中，某些物理量（如某组分浓度）随时间做周期性变化。
BZ体系：溴酸盐、有机物在酸性条件以及在有（或无）金属离子催化剂作用下构成的体系。
BZ振荡反应机理（FKN机理）：总反应：（A）2H++2Br03-+2CH2(COOH)2→2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O过程(1):(B)BrO3-+Br-+H+→HBrO2+HOBr(C)HBrO2+Br-+H+→2HOBr过程(2):(D)BrO3-+HBrO2+H+→2BrO2+H2O(E)BrO2+Ce3++H+→HBrO2+Ce4+(F)2HBrO2→BrO3-+HOBr+H+Br-再生过程(G)4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HOBr→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+体系中存在着两个受溴负离子浓度控制的过程（1）与（2）。
当溴负离子含量足够高时，主要发生过程（1），其中步骤B是速率控制步骤。
当溴负离子含量低时，主要发生过程（2），其中D是速率控制步骤。
如此，体系在过程（1）与（2）之间往复振荡。
反应进行时，系统中Br-、HBrO2、Ce3+、Ce4+的浓度均随时间做周期性变化。
实验中，可选用溴离子选择电极测定Br-，用铂丝电极测定Ce4+、Ce3+随时间变化。
从加入硫酸铈铵到体系开始振荡的时间为t诱，诱导期与反应速率成反比，即1/t诱正比于k=Aexp（-E表/RT）,并且有，Ln（1/t诱）=LnA-E表/RT.作图Ln（1/t诱）-1/T,根据斜率可求出表观活化能E表。
三、仪器与试剂BZ反应数据采集接口系统、微型计算机、恒温槽、反应器、磁力搅拌器、丙二酸（0.45mol/L）、溴酸钾（0.25mol/L）、硫酸（3.00mol/L）、硫酸铈铵（4×10-3mol/L）.四、实验步骤(1)恒温槽水浴接通电源，设置温度为30℃。
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。
BZ振荡反应
BZ 振荡反应一、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。
二、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 -3 ~ Ce +4 ~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4体系为例加以说明。
该体系的总反应为()()O 4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++−→−++-+（C21.A ）体系中存在着下面的反应过程。
过程A ：HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+−→−+++--（C21.B ） 2HOBr H Br HBrO 3K 2−→−+++- （C21.C ）过程B ： O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+−→−+++- （C21.D ）42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++−→−++ （C21.E ）+++−→−H HOBr BrO 2HBrO -3K 26（C21.F ） Br - 的再生过程：()++-++++−→−+++6H 3CO 4Ce 2Br HOBrO H COOH BrCH 4Ce 23K 2247 （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[][][]+-=H BrO K K HBrO 3322。
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HbrO 2，达到准定态时，有[][][]+-≈H BrO 2K K HBrO 3642。
bz电化学振荡反应
bz电化学振荡反应
电化学振荡反应是一种在电化学反应中观察到的特殊现象，即反应物浓度周期性地在两个或多个不同的值之间振荡变化。
其中，BZ反应是指归属于贝尔佐夫斯基（Belousov-Zhabotinsky）振荡反应家族的一类电化学振荡反应。
BZ反应的典型特点是，当存在特定的反应物浓度和条件下，反应体系会自发地发生周期性变化，如颜色变化或产生规律的波动等。
这种振荡现象主要是由于反应体系中产生了可逆的氧化还原反应，同时存在反馈机制，使得反应物的浓度发生周期性波动。
BZ反应的机理较为复杂，主要涉及氧化还原反应、反应中间体的生成与消耗以及反应条件的调控等。
研究BZ反应有助于深入了解反应动力学、非平衡系统的行为以及自组织系统等领域的基本原理。
BZ反应在化学、物理以及生物学等多个领域都有应用，例如用于模拟生命系统中的节律性振荡现象、开发化学时钟以及研究非线性动力学等。
物理化学-实验二十六：BZ化学振荡反应
物理化学-实验二十六：BZ化学振荡反应实验二十六BZ化学振荡反应一、实验目的及要求1. 了解BZ振荡(Belousov－Zhabotinski) 反应的基本原理及研究化学振荡反应的方法。
2. 掌握在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂时，丙二酸被溴酸钾氧化过程的基本原理。
3. 测定上述系统在不同温度下的诱导时间及振荡周期，计算在实验温度范围内反应的诱导活化能和振荡活化能。
二、实验原理化学振荡是一种周期性的化学现象，即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。
早在17世纪，波义耳就观察到磷放置在留有少量缝隙的带塞烧瓶中时，会发生周期性的闪亮现象。
这是由于磷与氧的反应是一支链反应，自由基累积到一定程度就发生自燃，瓶中的氧气被迅速耗尽，反应停止。
随后氧气由瓶塞缝隙扩散进入，一定时间后又发生自燃。
1921年，勃雷（Bray W C）在一次偶然的机会发现H2O2与KIO3在稀硫酸溶液中反应时，释放出O2的速率以及I2 的浓度会随时间呈现周期性的变化。
从此，这类化学现象开始被人们所注意，特别是1959年，由贝洛索夫（Belousov B P）首先观察到并随后被扎波廷斯基（Zhabotinsky A M）深入研究的反应，即丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应：3H++3BrO- 3+5CH2(COOH)2??→+3Ce3BrCH(COOH)2+4CO2+5H2O+2HCOOH这使人们对化学振荡发生了广泛的兴趣，并发现了一批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统，这类反应称为B-Z振荡反应。
而水溶液中KBrO3氧化丙二酸CH2(COOH)2的反应是化学振荡反应中最为著名，且研究的最为详细的一例，其催化剂为Ce4+/Ce3+或Mn3+/ Mn2+。
人们曾经对BZ反应做过多方面的探讨，并提出了不少历程来解释BZ振荡反应，其中说服力较强的是KFN历程（即Fidld.Koros及Noyes三姓的简称）。
bz震荡反应
B-Z振荡反应一、实验目的1、了解B-Z振荡反应的基本原理2、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。
3、初步了解自然界中普遍存在的非平衡非线形问题。
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。
他们报道了以金属铈离子作催化剂时，柠檬酸被HBrO3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，人们把这类反应称为B-Z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B-Z振荡反应。
体系中存在着两个受溴离子浓度控制的过程A和B，当[Br-]高于临界浓度时发生A过程，当低于临界浓度时发生B过程。
即[Br-]起着开关作用，它控制着从A到B的过程，再由B到A过程的改变。
在A过程中，由化学反应[Br-]下降时，当[Br-]达到临界浓度时，B过程发生，在B过程中Br-再生，[Br-]升高。
当达到临界浓度时，A过程发生。
这样体系就在A过程、B过程往复振荡，下面用BrO3---Ce4---MA—H2SO4体系说明：Br-的再生可通过下列过程实现：4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HOBr→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+当[Br-]足够高时，发生下列A过程：BrO3-+Br-+2H+→HBrO2+HOBr k1 (1)HBrO2+Br-+H+→2HOBr k2 (2)第一步为控速步，当达到准定态时有[HBrO2]=k1/k2[BrO3-][H+]。
当[Br-]足够低时，发生下列B过程，Ce3+被氧化：BrO3-+HBrO2+H+→2BrO2+H2O k3 (3)BrO2+Ce3++H+→HBrO2+Ce4+ k4 (4)2HBrO2→BrO3-+HOBr+ H+ k5 (5)反应（3）是控速步，反应（3）、（4）将自催化产生HBrO2，达到准定态时：[HBrO2]=k3/2k5[BrO3-][H+]从（2）、（3）步得，Br-和BrO3-是竞争HBrO2的。
-BZ振荡反应
实验十三 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 +3C H (C O O H )+2H 2BrC H (C O O H )+3C O +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 +H BrO +H 2BrO +H O = （2） 3++422BrO +C e +H H BrO +C e = （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 H BrO +H O Br = （5） -+2H BrO +Br +H 2H O Br = （6）反应（6）与反应（2）对HBrO 2竞争，使得反应（2）、（3）几乎不发生。
Br －不断消耗，当Br －消耗到临界值以下，则反应（2）、（3）为主导作用，而反应（5）、（6）几乎不发生。
由此可见，反应系统中Br －浓度的变化相当于一个“启动”开关，当--Br Br ,c C C 时，反应（2）、（3）起主导作用，通过反应（4）不断使Br－积累；当--Br Br ,c C C 时，反应（5）、（6）起主导作用，Br －又被消耗。
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BrO2 +Ce3+ +H+ HBrO2 +Ce4+ （2-51）
在反应（2-51）中快速积累的 Ce4+又加速了下列氧化反应：
4Ce4+ +BrCH(COOH)2 +H2O+HOBr 2Br - +4Ce3+ +3CO2 +6H+ （2-52）
cBr-,C 值由反应（2-50） 、 （2-54）可求得
k6CHBrO2 CBr- ,cCH+ k2CBrO- CHBrO2 CH+
3
所以
CBr- ,c k2CBrO- /k6 5 106 CBrO3 3
三、 实验仪器和药品：
仪器 DNM-1 电压测量仪；SYC-15B 超级恒温水浴；磁力搅拌器；反应器 （100ml）;217 型甘汞电极；213 型铂电极；数据采集接口装置；计 算机。 1. 药品 溴酸钾（GR）;硝酸铈铵（AR）;丙二酸（AR） ；浓硫酸（AR） 。
4 103 mol dm3 的硫酸铈铵 250ml。
（4）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。 （5）打开磁力搅拌器，调节合适速度。 （6）将精密数字电压测量仪置于分辨率为 0.1mV 档（即电压测量仪 的 2V 档） ，且为“手动”状态，甘汞电极接负极，铂电极接正极； （7）恒温 5min 后， 加入硫酸铈铵溶液 15ml，观察溶液颜色的变化， 同时开始计时并记录相应的变化电势。 （8）电势变化首次到最低时，记下时间 t诱 。 （9） 用上述方法将温度设置为 30℃、 35℃、 40℃、 45℃、 重复实验， 并记下 t诱 。 （10）根据 t诱 与温度数据ln(1/������诱 ) ~1/������作图。
BZ 震荡反应
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 Ce4+ 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：
3
七、实验思考题
1.试述影响诱导期的主要因素。 答：中间体的生成速率。 2.初步说明 BZ 振荡反应的特征及本质。
答：BZ 震荡反应的特征如下: （1） ：反应必须是敞开系统，且远离平衡态； （2） ：反应历程中应包含自催化的步骤； （3） ：系统具有双稳定性； 3.说明实验中测得的电势的含义。 答： 说明离子的浓度随时间的周期化变化情况从而导致周期性的发生 变化。
4.5 4.0 3.5 3.0
Weight Residual Sum of Squares Pearson's r Adj. R-Square
1/T Linear Fit of Sheet1 B"1/T"
1/T
1/T
2.5 2.0 1.5 1.0 -1.4
-1.3
-1.2
-1.1
-1.0
-0.9
-0.8
通过反应（2-52） ，当达到临界浓度值后， CBr ,c 反应系统中下列反
-
应成为主导反应：
BrO3 +Br - +2H+ HBrO2 +HOBr （2-53） HBrO2 +Br - +H+ 2HOBr （2-54）
反应 （2-54） 与反应 （2-50） 对 HBrO2 竞争， 使得反应 （2-54） 、 （2-51） 几乎不发生。 Br-不断消耗， 当 Br-消耗到临界值以下， 则反应 （2-54） 、 （2-51）为主导作用，而反应（2-53） 、 （2-54）几乎不发生。由此可 见，反应系统中 Br-浓度的变化相当于一个启动开关，当 cBr-<<cBr-,C 时，反应（2-53） 、 （2-54）起主导作用，通过反应（2-52）不断使 Br-积累；当 cBr->>cBr-,C 时，反应（2-53） 、 （2-54）起主导作用，Br又被消耗。由于反应（2-50） 、 （2-51）中存在自催化过程，动力学方 程式中出现非线性关系， 导致反应系统出现振荡现象。 Br-在式 （2-53） 、 （2-54）中消耗，又在反应（2-52）中产生；Ce3+、Ce4+分别在（2-51） 、 （2-52）中消耗和产生，所以在反应过程中 Br-、Ce3+、Ce4+浓度会出 现周期性变化， 而反应物 BrO3-和 CH2(COOH)2， 在反应过程中不断消耗， 不会再生，因此，它们不会出现振荡现象。
四、 仪器装置连接图
本实验仪器装置连接图如图 2-37 所示。
Pt电极 甘汞电极 出水口
接恒温水浴 进水口
反应器 手动 自动
mV V
+ － 采零
开 /关
调速
开 /关 手动 /自动
磁力搅拌器
电压测量仪
图 3-27
仪器装置连接图
四实验步骤
（1）用 1.00 mol dm3 硫酸作 217 型甘汞电极液接。 （2） 按图 2-37 连接好仪器， 打开超级恒温水浴， 将温度调节至 （25.0 ±0.1）℃。 （3）配制 0.45 mol dm3 丙二酸 250ml、0.25 mol dm3 溴化钾 250ml、 3.00 mol dm3 硫 酸 250ml ； 在 0.20 mol dm3 硫 酸 介 质 中 配 制
-0.7
-0.6
-0.5
ln（1/t）
六、实验注意事项
1.实验中溴酸钾ห้องสมุดไป่ตู้剂要求纯度高，为 GR 级；其余为 AR 级。 2.配制硫酸铈铵溶液时，一定要在 0.2 mol dm 硫酸介质中配制，防 止发生水解呈浑浊。 3.反应器应清洁干净，转子位置和速度都必须加以控制。 4.电压测量仪一定要置于 0.1mV 分辨率的手动状态下。 5.跟电脑连接时， 要用专用通讯线将电压测量仪的串行口与电脑串行 口相接，在相应软件下工作。
+ 2BrO3 +3CH2 (COOH)2 +2H 2BrCH(COOH)2 +3CO2 +4H2O （2-49）
真实反应过程是比较复杂的，该反应系统中中间物 HBrO2 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 HBrO2 中间物能自催化下列过程：
五.数据记录：
t诱 3.731 2.772 1/t 诱 0.268024658 0.360750361 ln（1/t 诱） -1.316676294 -1.019569081 1/T 0.7052 0.4622 T 1.418037436 2.163565556
2.301 1.723
0.434593655 0.580383053
-0.833343811 -0.544066958
0.3154 0.239
3.170577045 4.184100418
Equation
y = a + b*x No Weighting 0.07675 0.99114 0.97354 Value Standard Error 0.33812 0.34857 Intercept Slope 6.14938 3.67865