BZ震荡反应
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+ 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：
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。
4.5 4.0 3.5 3.0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
+ BrO3 +HBrO2 +H 2BrO2 +H2O （2-50）
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）
-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
-0.7
-0.6
-0.5
ln（1/t）
六、实验注意事项
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 0.2 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。
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。
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
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。
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：
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：
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。
4.5 4.0 3.5 3.0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
+ BrO3 +HBrO2 +H 2BrO2 +H2O （2-50）
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）
-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
-0.7
-0.6
-0.5
ln（1/t）
六、实验注意事项
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 0.2 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。
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。
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
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。
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：