物理化学双液系,溶解焓预习报告
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物理化学实验报告-双液系实验名称:双液系的制备与性质研究实验目的:通过观察双液系的形态、性质等方面,加深对非均相体系的理解,为日后研究类似的化学体系作铺垫。
实验器材:鼓涡器、烧杯、移液管、磁力搅拌器、溶液A(无色)、溶液B(黄色)。
实验原理:非均相体系指的是两种或更多种性质和组成不同、不相溶的相在一定条件下共存,并且在物理和化学性质上有明显差异的体系。
其中最常见的体系就是双液系。
双液系是由两种液体组成,它们在一定条件下不相溶,也不会发生化学反应, 但会相互溶解。
由于两种液体的密度、黏度等属性不一样,它们自然形成了两个润湿性不同的液相界面。
在烫杯中加入不同的溶液,可以制备出不同的双液系,并通过观察其形态、稳定性等方面研究其性质。
实验步骤:1. 将烧杯放在鼓涡器上,开启鼓涡器;2. 分别向烧杯中加入少量的溶液A和溶液B,并进行混合搅拌;3. 观察并记录双液系形态的变化,记录其稳定性等性质;实验结果:将溶液A和溶液B混合并搅拌后,可以观察到两种液体在烧杯中分层,形成了明显的双液系。
在搅拌过程中,双液系的形态会因为搅拌的速度、时间等因素而发生改变。
在停止搅拌后,双液系会逐渐恢复到其稳定状态。
通过向烧杯中加入大量的溶液A或溶液B,可以观察到双液系的基本结构不会发生变化,但是由于浓度发生改变,上下两相之间的界面位置发生了改变,从而导致双液系的形态发生变化。
加入过量的溶液会导致如下四种情况:1. 溶液A 大量加入:双液界面下移,上层液相增大,双液界面面积减小。
1. 双液系是一种非均相体系,它由两种或多种性质不同、不相溶的液体共存形成的。
两种液体间界面形成一定的曲率,并且会导致曲率处的表面张力对双液体系产生影响。
2. 双液系的形态、稳定性等性质受到多种因素的影响,包括液体的性质、稠度、浓度以及搅拌的速度、时间等。
一、实验目的1. 了解溶解焓的概念和测定方法。
2. 掌握溶解焓测定的实验原理和操作步骤。
3. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理溶解焓是指在等温等压条件下,1摩尔物质溶解在溶剂中所产生的焓变。
溶解焓分为正值和负值,正值表示溶解过程吸热,负值表示溶解过程放热。
本实验采用量热法测定溶解焓,通过测量溶液温度的变化来计算溶解焓。
实验原理如下:(1)根据热力学第一定律,系统内能的变化等于系统与外界交换的热量和功的代数和。
在等温等压条件下,溶解焓ΔH等于溶液温度变化ΔT所对应的比热容C乘以溶液体积V,即ΔH = CΔT。
(2)根据溶解焓的定义,溶解焓ΔH等于溶解过程中所吸收的热量Q除以溶解物质的摩尔数n,即ΔH = Q/n。
三、实验仪器与试剂1. 仪器:保温杯、量筒、温度计、搅拌器、电子天平、干燥器、干燥的烧杯等。
2. 试剂:NaCl、KNO3、去离子水等。
四、实验步骤1. 准备工作:将保温杯、量筒、温度计、搅拌器、电子天平、干燥器、干燥的烧杯等实验仪器和试剂准备好。
2. 称量:用电子天平准确称取一定量的NaCl和KNO3,分别放入干燥的烧杯中。
3. 溶解:将称量好的NaCl和KNO3分别加入适量的去离子水中,用搅拌器搅拌溶解。
4. 测量溶解温度:将溶解好的溶液分别倒入保温杯中,用温度计测量溶液的温度。
5. 计算溶解焓:根据实验数据,计算溶解焓ΔH。
五、实验数据与结果1. NaCl溶解焓的测定:- 称取NaCl 2.0000g- 溶解后溶液体积:100.00mL- 溶解后溶液温度:25.50℃- 溶解前溶液温度:25.00℃计算溶解焓ΔH:ΔH = (CΔT) / nΔH = (4.18 J/(g·℃) × (25.50℃ - 25.00℃) × 100.00g) / 2.0000gΔH = -3.43 kJ/mol2. KNO3溶解焓的测定:- 称取KNO3 1.5000g- 溶解后溶液体积:100.00mL- 溶解后溶液温度:25.70℃- 溶解前溶液温度:25.00℃计算溶解焓ΔH:ΔH = (CΔT) / nΔH = (4.18 J/(g·℃) × (25.70℃ - 25.00℃) × 100.00g) / 1.5000gΔH = -5.70 kJ/mol六、实验结论通过本次实验,我们成功测定了NaCl和KNO3的溶解焓。
双液系相图实验报告二组分完全互溶双液系气-液平衡相图实验报课程名称:大学化学实验(P)指导老师:成绩:_______________实验名称:二组分完全互溶双液系气-液平衡相图实验类型:物性测试同组学生姓名:【实验目的】1. 学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法,加深理解相律和相图等概念。
2. 掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。
3. 熟悉阿贝折光仪的原理及操作,熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。
4. 了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。
【实验原理】两种液态物质若能以任意比例混合,则称为二组分完全互溶液态混合物系统。
当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾,此时的温度就是沸点。
在一定外压下,纯液体的沸点有确定值,通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。
对于完全互溶的混合物系统,沸点不仅与外压有关,还与系统的组成有关。
在一定压力下,二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成的关系可分为三类:(1)液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间,如苯-甲苯系统;(2)液态混合物有沸点极大值,如丙酮-氯仿系统;(3)液态混合物有沸点极小值,如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。
对于第(1)类,在系统处于沸点时,气液两相的组成不相同,可以通过精馏使系统的两个组分完全分离。
第(2)、(3)类是由实际系统与拉乌尔定律产生严重偏差导致。
正偏差很大的系统,如第(3)类,在T-x图上呈现极小值,负偏差很大时,如第(2)类,则会出现极大值。
相图中出现极致的那一点,称为恒沸点,恒沸点温度和组成都是非常重要的平衡数据。
具有恒沸点组成的二组分混合物,在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样,整个蒸馏过程中沸点恒定不变,因此称为恒沸混合物,如要获得两纯组分,则需采取其他方法。
液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。
组分分析常采用折射率法、密度法等物理方法和色谱分析法等。
本实验采用折射率法。
在一定温度下的折射率是物质的一个特征参数,液态混合物的折射率与组成有关,一般呈简单的函数关系。
溶解焓的测定预习报告指导老师:实验日期:姓名:学号专业:实验目的:1、学会用量热法测定盐类的积分溶解焓。
2、掌握作图外推法求真实温差的方法。
实验原理:盐类的溶解包含两个同时进行的过程:一是晶格的破坏,为吸热过程;二是离子的融化剂,即离子的水合作用,为放热过程。
溶解焓则是这两个过程热效应的总和。
积分溶解焓是指在一定温度、压力下,将1mol溶质溶于一定量溶剂中形成一定浓度的溶液时,所吸收或放出的热量。
微分溶解焓是指在温度、压力及溶液组成不变的条件下,向溶液中加入溶质后的热效应。
先用标准物质测出量热计的热熔,然后测定待测物质溶解过程中的温度变化,从而测出待测物质的积分溶解焓。
溶解过程的温度变化用温度传感器测定。
量热法测定积分溶解焓,通常是在具用良好绝热层的量热计中进行的。
在恒压条件下,由于量热计是绝热体系,溶解过程中所吸收或放出的热全部由系统温度变化反应出来。
把杜瓦瓶做成的量热计看成绝热体系,当把某种盐溶于瓶内一定量的水中时,若测得溶解过程的温度变化为ΔT,可列出如下的平衡式:由于实验过程中搅拌会产生热,系统并非完全绝热,所以为了消除这些影响,求出溶解前后系统的真实温度变化,常采用作图外推法求真实温差。
实验仪器:DNRH-2S型溶解焓测定实验装置1套(包括数字式温度温差测量仪1台、300ml 筒单量热计1只、电磁搅拌器1台);250ml容量瓶1个;秒表1块;电子天平1台(公用)、KCL(AR);KNO3(AR);蒸馏水实验步骤:1、量热计热容C的测定(1)将仪器电源打开,将“温度温差”键选定在“温差”档,预热。
准确称量5.174g 研磨好的KCl,待用。
(2)在干净并干燥的量热计中准确放入250ml室温下的蒸馏水,然后将温度传感器的探头插入量热计的液体中。
打开搅拌器开关,保持一定的搅拌速度,待温差变化基本稳定后,读取水的温度T1,作为基温。
调节“基温选择”在适当的数值。
(3)同时,每隔半分钟记录一次温差值,连续记录10次后,将称取的KCl全部迅速倒入量热计中,盖好。
华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 学 号 专 业 年级、班级 课程名称 实验项目 双液系气-液平衡相图的绘制 实验类型 □验证 □设计 ■综合 实验时间 年 月 日 实验指导老师 实验评分一、 实验目的1. 掌握回流冷凝法测定溶液沸点的方法。
2. 绘制异乙醇-乙酸乙酯双液系的沸点—组成图,确定其恒沸组成及恒沸温度。
3. 了解阿贝折射仪的构造原理,掌握阿贝折射计的原理及使用方法。
二、 实验原理两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。
根据两组分间溶解度的不同,可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。
两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时,如果该两组分的蒸气压不同,则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。
当压力保持一定,混合物沸点与两组分的相对含量有关。
对于二组分体系,常常保持一个变量为常量,而得到立体图形的平面截面图。
这种平面图可以有三种:p-x 图,T-x 图,T-p 图。
常用的是前两种。
在平面图上,f *=3-φ ,f *max =2,同时共存的相数φmax =3。
单组分的液体在一定外压下,它的沸点是一定值,把两种完全互溶的挥发性液体(组分A 和B )互相混合后,在某一定温度下,平衡共存的气液两相的组成,通常并不相同,因此如果在恒压下将溶液蒸馏,测定馏出物(气相)和蒸馏液(液相)的折射率,就能找出平衡时气液两相的成分,并绘出沸点—组成(T —x )图线,在常温下,两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称之为完全互溶双液系。
完全互溶双液系在恒定压力下的沸点—组成图可分为三类:(1)一般偏差:混合物的沸点介于两种纯组分之间,如甲苯-苯体系,如图1(a)所示。
(2)最大负偏差:混合物存在着最高沸点,如盐酸-水体系,如图1 (b)所示。
(3)最大正偏差:混合物存在着最低沸点,如正丙醇—水体系,如图1(c)所示。
t At At At Bt B t Bt / o t / o t / o Cx Bx Bx BABAABB(a)(b)(c)x 'x '对于后两种情况,为具有恒沸点的双液系相图。
双液系的气液平衡相图2011年9月5日实验,2011年9月12日提交报告助教:柳清1 引言相图(phase diagram)是用图形表示多相系统的物理化学状态随温度、压力、组分含量等的变化的图1。
对于多相平衡系统,相律(phase rule)是其热力学基础。
本实验研究的是环己烷-乙醇(C6H12-C2H5OH)双液系的气液平衡状态。
根据相律,f+Φ = C+2其中相数Φ为2,独立自由组分数C为1,则系统自由度数f为1。
如果固定外压p不变,条件自由度数f′为0。
因此,在外压p不变时,温度T和组分含量x唯一确定了双液系气液平衡系统的状态。
用气液平衡时的温度T和组分含量x分别作为纵横坐标,同时测定气相和液相的组成,可以绘制双液系的气液平衡T-x相图。
不同组成的双液系具有不同形式的气液平衡T-x相图。
理想液体混合物或者接近理想液体混合物的双液系,混合物的沸点介于两纯物质沸点之间,如图1(a)。
各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差时,混合溶液体系会具有最低恒沸点,如图1(b)。
反之,混合溶液体系会具有最高恒沸点,如图1(c)。
(a) (b) (c)图1 不同双液系的气液平衡T-x相图形式本实验选用具有最低恒沸点的环己烷-乙醇(C6H12-C2H5OH)双液系。
用沸点仪可以测定不同组成的双液系的恒压沸点T。
沸点仪是测定常量溶液沸点的工具。
沸腾时的溶液从喷嘴喷出,温度计测定的恰是该处蒸气和液相平衡的温度。
气相部分经过冷凝器冷凝后储存在小泡中,以备取样。
考虑到温度计的精度,需要对1/10℃温度计进行露茎校正。
由于温度计暴露于体系之外的部分所处温度与实测区域不同,二者膨胀系数略有差别。
为了补偿这部分损失,通过辅助温度计读出环境温度后,按下式校正:t = t0+1.57×10-4×n×(t0-t s)式中t0为温度计读数,n为温度计露茎在体系外的刻度数目,t s为辅助温度计读数。
t 为校正后的温度。
双液系实验报告双液系的气液平衡相图1.引言1.1实验目的本实验采用沸点仪测定常压下环己烷—乙醇的气液平衡相图;掌握阿贝折射仪的使用方法。
1.2 实验原理将两种蒸气压不同的挥发性液体混合,溶液的组成与其平衡气相的组成不同。
在压力保持一定,二组分系统气液达到平衡时,表示液态混合物的沸点与平衡时组成关系的相图,称为沸点和组成(T-x)图。
沸点和组成(T-x)的关系有下列三种:(1)理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系,其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图1(a);(2)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差,其溶液有最高恒沸点见图1(b);(3)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差,其溶液有最低恒沸点见图1(c)。
第(2)、(3)两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同,加热蒸发的结果只使气相总量增加,气液相组成及溶液沸点保持不变,这时的温度称恒沸点,相应的组成称恒沸组成。
第(1)类混合物可用一般精馏法分理处这两种纯物质,第(2)、(3)类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。
图1 沸点组成图[1]为了测定二元液系的T—x图,需在气液两相达到平衡后,同事测定溶液的沸点、气相和液相组成。
本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T—x图。
方法是用沸点仪(图2)直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度(即沸点),并收集少量馏出液(即气相冷凝液)及吸取少量溶液(即液相),分别用阿贝折射仅测定其折射率。
为了求出相应的组成,必须先测定已知组成的溶液的折射率,作出折射率对组成的工作曲线,在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。
沸点仪的种类很多,本实验采用一种带有电阻丝加热的沸点仪。
沸腾的溶液由喷嘴喷向温度计,因此可以测得蒸气与液相平衡时的温度。
气相经冷凝后贮存在小泡内。
图2 沸点仪[1]2. 实验操作2.1 实验用品沸点仪、XT—600S60KT调压器、阿贝折射仪、超级恒温槽、数显温度计、胶头滴管、锥形瓶(带瓶塞),电子分析天平、洗耳球、10 mL移液管。
双液系相图实验报告双液系相图实验报告一、引言相图是描述物质在不同温度和压力下的相态转变规律的图表。
双液系相图是指由两种液体组成的体系在不同条件下的相态变化关系。
本实验旨在通过观察双液系相图的实验结果,探究不同温度和组成对相态转变的影响。
二、实验方法1. 实验材料准备本实验使用的实验材料包括两种液体溶液A和溶液B,以及温度控制设备、试管和计时器等。
2. 实验步骤(1) 在试管中加入一定量的溶液A。
(2) 在另一个试管中加入一定量的溶液B。
(3) 将两个试管放入温度控制设备中,设定不同的温度。
(4) 观察两种液体在不同温度下的相态变化,记录实验结果。
(5) 重复以上步骤,改变溶液A和溶液B的组成,继续观察相态变化。
三、实验结果与讨论1. 温度对相态转变的影响在实验中,我们分别将溶液A和溶液B置于不同的温度下进行观察。
随着温度的升高,我们观察到了液体的相态变化。
在一定温度范围内,液体A和液体B 会发生混合,形成均匀的溶液。
而在高温下,两种液体会发生分层,形成两个不同的相。
2. 组成对相态转变的影响除了温度,溶液A和溶液B的组成也对相态转变有着重要影响。
当两种液体的组成不同时,相图会呈现出不同的形态。
我们通过改变溶液A和溶液B的比例,观察到了相图的变化。
在某些组成下,两种液体会形成共溶液,而在其他组成下则会形成两个不同的相。
3. 相图的应用相图在实际应用中有着广泛的用途。
例如,在药物制剂的研发中,相图可以帮助研究人员确定最佳的配方和工艺条件,以达到理想的药物稳定性和溶解性。
此外,相图还可以应用于材料科学领域,用于研究合金的相变规律和优化材料性能。
四、实验结论通过本实验的观察和分析,我们得出了以下结论:1. 温度是影响双液系相态转变的重要因素,随着温度的升高,液体的相态会发生变化。
2. 溶液A和溶液B的组成对相态转变也有重要影响,不同的组成会导致不同的相图形态。
3. 相图在药物制剂和材料科学等领域有着广泛的应用,可以帮助研究人员优化配方和改善材料性能。
预习报告电势—pH 曲线的测定:实验目的测定 Fe3+ /Fe2+ -⎯EDTA 体系的电势—pH 图,掌握测量原理和 pH 计的使用方法。
基本原理很多氧化还原反应的发生不仅与溶液的浓度和离子强度有关,还与溶液 pH 值有关。
在一定浓度的溶液中,改变溶液的 PH 值,同时测定电极电势和溶液的 pH 值,然后以电极电势对 pH 作图,就可以得到等温、等浓度的电势-pH 曲线。
根据能斯特(Nernst)公式,溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为:可以看到,在一定温度下,体系的电极电势将与溶液中氧化态和还原态浓度比值的对数呈线性关系。
对于Fe3+/Fe2+⎯EDTA 络合体系,在低 pH 和高 pH 值时,它的电极电势不仅与Fe3+/Fe2+的比值有关,而且也和溶液的 pH 有关。
在Fe3+/Fe2+比值不变时,其电势-pH 为线性关系。
实验用品酸度计,数字电压表,铂片电极(或铂丝电极),饱和甘汞电极,复合电极,磁力搅拌器,滴瓶(25ml),碱式滴定管(50ml),量筒(100ml),超级恒温槽,EDTA,FeCl3·6H2O,FeCl2·4H2O(或硫酸亚铁铵),HCl溶液(4mol·dm-3 ), NaOH 溶液(1.5 mol·dm-3)。
操作简介1.仪器装置将复合电极,甘汞电极和铂电极分别插入反应器三个孔内,反应器的夹套与恒温槽的循环水相连,用电磁搅拌器搅拌。
2.配制溶液用台称称取 7gEDTA,放入小烧杯中,加 40ml 蒸馏水加热溶解,冷至 35~ 45℃,转移到反应器中。
迅速称取 1.72g FeCl3·6H2O 和 1.18 g FeCl2·4H2O,(或 2.33g 硫酸亚铁铵)立即转移到反应器中。
打开搅拌器的电源,调节合适的搅拌速度,注意搅拌子不要碰到电极。
3.电势和 pH 的测定调节超级恒温槽水温为 25℃,并将恒温水通入反应器的恒温水套中,用碱式滴定管缓慢滴加1.5mol·dm-3NaOH 直至溶液 pH=8 左右,此时溶液为褐红色(要防止生成 Fe(OH)3沉淀)。
测定此时溶液的 pH 值和电势值。
用小滴瓶,从反应器的一个小孔滴入 2~3 滴 4mol·dm-3 HCl,待搅拌半分钟,重新测定体系的 pH及电势值。
如此,每滴加一次 HCl 后(其滴加量以引起 pH 改变 0.2 左右为限),测一个 pH 值和值,得出该溶液的一系列电极电势和 pH 值,直至溶液变浑浊(pH 约等于 2.3 左右)为止。
两点法标准缓冲溶液对酸度计进行校正尽管pH 计种类很多,但其校准方法均采用两点校准法,即选择两种标准缓冲液:一种是准缓冲pH7标液,第二种是pH9 标准缓冲液或pH4 标准缓冲液。
先用pH7 标准缓冲液对电计进行定位,再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。
如果待测溶液呈酸性,则选用pH4 标准缓冲液;如果待测溶液呈碱性,则选用pH9 标准缓冲液。
若是手动调节的pH 计,应在两种标准缓冲液之间反复操作几次,直至不需再调节数据处理1.将测得的电池电动势和 pH 值数据列表,以测得的电池电动值(即相对于饱和甘汞电极的体系的电极电势)为纵轴,pH 值为横轴,作出 Fe3+/Fe2+⎯EDTA 络合体系的电势—pH 曲线。
从曲线上水平段确定 FeY-和 FeY2-稳定存的 pH 范围。
2.Fe3+—EDTA 溶液可以与天然气中的 H2S 发生反应从而除去有害物质,同时溶液中 Fe3+—EDTA 络合物被还原为Fe2+⎯EDTA 络合物;通过不断通入空气使低铁络合物被氧化为Fe3+⎯DETA 络合物,使溶液得到再生,就可以不断循环使用。
电极反应:S+2H++2E=H2S;ε = -0.072-0.0296lg(p H2S/Pa0)-0.0591pH将 pH=2, 5, 8 所对应的值列表,在同一图上作ε-pH 直线,求直线与曲线交点的 pH 值,并指出脱硫最合适的pH 值。
根据实际测得的ε⎯pH,从热力学角度说明,用 EDTA 络合物铁盐法脱除天然气 H2S 时脱硫液的 pH选择在 6.5—8 之间或高于 8 都是合理的思考题1.写出 Fe3+/Fe2+-EDTA 络合体系在电势平台区、低 pH 和高 pH 时,体系的基本电极反应及其所对应的 Nernst 公式的具体形式,并指出每项的物理意义。
平台区:电极反应FeY-+e = FeY2- ;Nernst公式:ε = (ε2 + b)+ 2.303RT/F lg(c Fe3+/c Fe2+)低pH:电极反应FeY- +H+ +e = FeHY- ;Nernst公式:ε = (ε2 + b)+ 2.303RT/F lg(c Fe3+/c Fe2+) - 2.303RT/F pH高pH:电极反应Fe(OH)Y2-+e = FeY2- +OH-;Nernst公式:ε = (ε2 + b)+ 2.303RT/F lg(c Fe3+/c Fe2+)- 2.303RT/F pH2.复合电极有何优缺点?其使用注意事项是什么?复合电极优点是测量pH时使用方便,不必另外选择参比,准确度高;缺点是在测定pH超过9的溶液时会产生“钠差”(由于在强碱性溶液中H+浓度很小,钠玻璃中的Na+扩散作用的影响相应增大),而且玻璃泡比较脆弱,需要小心使用。
使用注意事项:使用前先标定,测量前用去离子水清洗并用滤纸吸干,并注意小心轻放;使用后浸入饱和KCl溶液中保存。
3.用酸度计和电位差计测电动势的原理各有什么不同?它们的测量精确度各是多少?电位差计是采用补偿(对消)法原理设计的。
精确度可达10-5量级。
酸度计是测量用标准pH的溶液S替换未知溶液X后的电池电动势Es,测量误差约为0.1%。
B-Z振荡: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。
基本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。
对B-Z 反应而言,当 Br- 浓度较小时,[HBrO2]通过自催化反应很快增加,导致[Br-]迅速下降。
于是系统的主要过程从 A 转换到 B。
B 中产生的 Ce4+通过 C 使 Br-再生,[Br-]慢慢回升;当Br-浓度较大时,体系中 HBrO2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。
系统中[Br-]、[HBrO2]和[Ce4+]/[Ce3+]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。
实验用品计算机及接口一套(或其他电势差数据记录设备);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;0.02mol·dm-3硝酸铈铵;0.5mol·dm-3 丙二酸;0.2mol·dm-3 溴酸钾;0.8mol·dm-3 硫酸。
操作简介1. 检查仪器药品。
2. 按装置图接好线路。
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。
7. 向反应器中加入 6ml 0.4M KBrO3 + 0.5ml 1.0M KBr,混合后产生红褐色溴溶液,再迅速加入 1ml 1M 丙二酸,等待约 5 分钟后红褐色褪去。
再加入 4 滴硫酸亚铁(0.025M)-邻菲罗啉(0.083M)溶液。
摇晃一下后平放,观察现象(反应液颜色变化与振荡周期的关系)数据处理1.根据记录的电位振荡曲线分析体系中[Br-]和[Ce4+]的变化规律,并由此说明溶液的颜色变化。
2.分别作ln (s/t ) —1/T和ln (s/t振 ) —1/T,由直线的斜率求出表观活化能E诱和E振思考题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。
若开始加入,则因卤素离子与HBrO2反应,会减缓HBrO2的积累速率,如果卤素太多,会导致HBrO2无法达到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c[Br-] > [Br-(临界)],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?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?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?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。