当前位置：文档之家 › B-Z振荡反应实验报告

B-Z振荡反应实验报告

  • 格式：docx
  • 大小：324.37 KB
  • 文档页数：7

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102.19kPa

2.3 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。

6.升高温度4℃，重复步骤4和5，重复次数5次。

2.4 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 原始实验数据

3.1.1 第一组：T=20℃

根据实验测得的数据在Origin中作图结果如下：

020040060080010001200140016001800850900950100010501100U (mV)t (s) Group I

图2 20摄氏度时电位-时间曲线

3.1.2 第二组：T=25℃

根据实验测得的数据在Origin中拟合作图得到结果如下： 3

02004006008001000120014008509009501000105011001150U (mV)t (s) Group II

图3 25摄氏度时电位-时间曲线

3.1.3 第三组：T=30℃

根据实验测得的数据在Origin中拟合作图得到结果如下：

010020030040050060070080090010008509009501000105011001150U (mV)t (s) Group III

图4 30摄氏度时电位-时间曲线

3.1.4 第四组：T=35℃

根据实验测得的数据在Origin中拟合作图得到结果如下：

0100200300400500600850900950100010501100U (mV)t (s) Group IV

图5 35摄氏度时电位-时间曲线

3.1.5 实验现象：

刚刚加入硝酸铈铵时，溶液显黄色，随后溶液颜色逐渐变浅，在振荡过程中，当电位在最高点时黄色最深，然后逐渐变浅，在最低点时几乎无色。

3.1.6 文献值

查阅表观活化能文献值得：E诱 =35.45 kJ/mol，E振 =63.79 kJ/mol

3.1.7 其他实验条件

实验时实验室温度21.5度。

3.2计算的数据、结果

3.2.1 求t诱和t振

根据自己记录的诱导期起点时间，再根据BZ振荡曲线中取得的诱导期终点，计算得出诱导期t诱，，然后将8次振荡周期最高点作为周期点，取平均作为振荡周期t振。得到诱导时间和振荡时间如下：

温度（℃） 20 25 30 35

t诱(s) 677.6 487 365 263

t振(s) 121 83.6 50.9 33.4

3.2.2 计算活化能

由：

t诱 r诱 =常数

又由：

lnk=lnA-RTEa

从而： 5

ln1/t诱 =lnA-RTEa

分别作ln(1/t诱)-1/T，ln(1/t振)-1/T图，由直线斜率再乘-R即可求出表观活化能。

首先计算ln(1/t诱)，ln(1/t振)，1/T数据如下表：

T（℃） 293 298 303 308

t诱(s) 677.6 487 365 263

t振(s) 121 83.6 50.9 33.4

1/T 0.

0. 0.0033 0.

ln(1/ t诱) -6.51856 -6.18826 -5.8999 -5.57215

ln(1/ t振) -4.79579 -4.42604 -3.92986 -3.50856

然后使用Origin软件作图并且线性拟合如下（图6与图7）：

0.003240.003280.003320.003360.00340-6.6-6.4-6.2-6.0-5.8-5.6-5.4ln(1/t)1/T (s-1) ln(1/t) Linear Fit of ln(1/t)

图6 1/T与ln(1/ t诱)关系图线 0.003240.003280.003320.003360.00340-4.8-4.6-4.4-4.2-4.0-3.8-3.6-3.4ln(1/t2)1/T ln(1/t2) Linear Fit of ln(1/t2)

图7 1/T与ln(1/ t振)关系图线

根据Origin软件拟合得到两条直线斜率，进而求出活化能的值如下：

斜率 表观活化能（kJ/mol） 拟合直线R2

诱导 -5644.14 46.924 0.999

振荡 -7860.99 65.356 0.994

3.3讨论分析

3.3.1 数据与计算结果的分析比较

计算得到的结果46.924kJ/mol和65.356kJ/mol与文献值E诱 =35.45 kJ/mol，E振 =63.79 kJ/mol有一定偏差，尤其E诱偏差比较大，分析如下：

1）本实验由曲线选取诱导期终点时主要靠人工从光滑曲线上选取，这会带来不准确。我选取的方法是计算所有数据点处的曲线斜率，找到极值点作为诱导期的终点，这虽然减小了一定人工误差，但仍然可能与实际诱导期结束时间不一致。

2）本实验求振荡周期时为减小误差，取的均为每个振荡周期最高点，因此可有效减少人工判断带来的误差。

3）实验室软件所得数据拟合R2为0.999和0.994，说明数值线性程度较高，故实验过程中温度、试剂量均较稳定准确，操作基本无误。

3.3.2 现象分析

如前所述，刚刚加入硝酸铈铵时，溶液显黄色，随后溶液颜色逐渐变浅，在振荡过程中，当电位在最高点时黄色最深，然后逐渐变浅，在最低点时几乎无色，如此反复。这主要是由于在电压的上升沿，[Br－]量比较少，[HBrO2]通过自催化反应增加，[Br－]被更加快速地消耗，同时也产生了[Ce4+]，使溶液颜色变黄；在电压的下降沿，[Ce4+]通过过程C消耗，生成[Br－]，体系中HBrO2的自催化生成受到抑制，系统又从B转换到A，可观察到溶液颜色变浅。

4 结论

B-Z 振荡反应的表观活化能测定值分别为：E诱=46.924Jk/mol，E振 =65.356kJ/mol。 7

5 参考文献

[1] 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.

[2] 朱文涛编著. 基础物理化学. 北京：清华大学出版社，2011.9.

6 附录（计算的例子、思考题等）

6.1 思考题

1 已知卤素离子（Cl- ，Br－ ，I－ ）都很易和 HBrO2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。

答：若在振荡反应的开始加入，则因卤素离子与 HBrO2 反应，会减缓 HBrO2的积累速率，如果卤素粒子过多，会导致 HBrO2 无法达到触发振荡反应的临界浓度，无法发生振荡。若在振荡中间加入，因临界溴离子浓度较小，会使得[Br-] >]~[rB ，体系转化至步骤 A，如果量大的话,可能会使得振荡反应终止。

2 为什么 B-Z 反应有诱导期？反应何时进入振荡期？

答：因为振荡涉及的关键物质 HBrO2 在一开始并不存在，需要由一系列的反应来进行积累，而且还存在着自身的分解反应，故需要一个较长的积累期，当它的生成速率与分解速率相等时，反应便进入振荡期。

3 影响诱导期的主要因素有哪些？

答：反应温度、反应物浓度、卤素离子等杂质浓度、搅拌均匀程度。

4 体系中什么样的反应步骤对振荡行为最为关键？

答：步骤 A、B 形成竞争关系，通过 HBrO2 这个关键物质的生成、分解反应的相互竞争，来调配振荡过程的进行，通过催化剂铈离子来体现周期性的电位变化、颜色转化，而这个振荡所需的能量则由反应物丙二酸和溴酸根离子来提供，二者发生氧化还原反应来维持振荡，当这两者消耗完或者低于某一临界浓度时，振荡终止。

6.2 实验总结

本次实验总体上比较满意，在实验中学习了B-Z反应的机理，同时也知道了如何测定其表观活化能。最后E诱与文献值相差较大，但询问同学发现这是一个普遍现象。可能以后还应想到更好的判断诱导期的方法，从而提高实验精度。总体上感觉通过这次实验收获很大，也很感谢助教对实验操作的讲解。

合集下载

物化化学振荡实验报告(3篇)

物化化学振荡实验报告(3篇)

第1篇

一、实验目的

1. 了解化学振荡现象的基本原理和规律。

2. 通过实验，观察化学振荡现象，加深对化学振荡机理的理解。

3. 掌握化学振荡实验的操作方法和数据处理方法。

二、实验原理

化学振荡是指反应体系中某些物理量（如浓度、颜色、电位等）随时间呈周期性变化的现象。Belousov-Zhabotinski（B-Z）反应是典型的化学振荡反应，其机理至今尚未完全明了，但普遍认为FKN机理较为合理。

B-Z反应的基本原理如下：

1. 有机酸（如丙二酸）与溴酸盐在酸性条件下发生反应，生成中间产物。

2. 中间产物进一步反应，产生大量HBrO，使溶液呈酸性。

3. 酸性条件下，溴酸盐被还原生成Br2，Br2与有机酸再次反应，生成中间产物。

4. 如此循环，形成化学振荡。

三、实验材料与仪器

1. 实验材料：CH2(COOH)2（丙二酸）、KBrO3（溴酸盐）、H2SO4（硫酸）、蒸馏水。

2. 实验仪器：烧杯、滴定管、搅拌器、pH计、计时器、比色皿、移液管。

四、实验步骤

1. 准备实验溶液：取一定量的KBrO3和CH2(COOH)2，加入适量H2SO4，用蒸馏水定容至100mL。

2. 按照实验设计，取适量实验溶液置于烧杯中。

3. 将烧杯置于搅拌器上，打开计时器。

4. 观察溶液颜色变化，记录颜色变化时间。

5. 使用pH计测量溶液pH值，记录pH值随时间的变化。 6. 比色皿中放入实验溶液，观察颜色变化，记录颜色变化时间。

五、实验数据与处理

1. 记录实验数据，包括颜色变化时间、pH值随时间的变化等。

2. 对实验数据进行处理，如绘制pH值随时间变化的曲线、颜色变化时间与时间的关系曲线等。

3. 分析实验数据，探讨化学振荡现象的机理。

六、实验结果与分析

1. 实验结果显示，溶液颜色随时间呈周期性变化，振荡周期约为30分钟。

2. 实验数据显示，溶液pH值随时间呈周期性变化，振荡周期与颜色变化周期基本一致。

BZ振荡反应实验报告

BZ振荡反应实验报告

B-Z振荡反应

姓名：刘若晴 学号：2007011980 班级：材72

同组实验者：穆浩远、曾燕群 带实验的老师：王老师

1 引言（简明的实验目的/原理）

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。

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：

FKN机理

序号 机理步骤 速率或速率常数

（1） 22HOBrBrHBrHO 1116291110108sksdmmolk

（2） HOBrHBrHBrOk222 16292102sdmmolk （3） HOBrHBrOHBrBrOk2332 19331.2sdmmolk

bz振荡实验报告

bz振荡实验报告

bz振荡实验报告

《bz振荡实验报告》

实验目的：通过对bz振荡实验的观察和分析，探究化学反应中的振荡现象，并深入了解反应动力学和化学动力学的相关知识。

实验材料和方法：实验中所需材料包括苯乙烯、溴化钾、硫酸、硫酸铁、甲酸和氢氧化钠等化学试剂，以及玻璃容器、计时器和温度计等实验仪器。实验步骤包括将苯乙烯、溴化钾和硫酸铁依次加入玻璃容器中，然后加入甲酸和氢氧化钠，观察反应过程中的颜色变化和振荡现象，并记录实验数据。

实验结果：在实验过程中，观察到了反应溶液由无色到黄色再到蓝色的变化，同时伴随着溶液的振荡现象，呈现出周期性的颜色变化。通过记录实验数据，得出了反应物浓度、温度和反应速率等因素对振荡现象的影响规律，从而深入探讨了化学反应动力学的相关知识。

实验结论：通过对bz振荡实验的观察和分析，我们深入了解了化学反应中的振荡现象及其规律，加深了对反应动力学和化学动力学的理解。这对于进一步研究化学反应机理和应用化学反应于工业生产等方面具有重要意义。

总结：bz振荡实验是一项具有重要意义的化学实验，通过实验我们不仅可以观察到化学反应中的振荡现象，还可以深入了解反应动力学和化学动力学的相关知识。希望通过本次实验报告的分享，能够对化学爱好者和学习者有所帮助，激发大家对化学科学的兴趣和热爱。

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

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。