内容发布更新时间 : 2024/11/5 23:19:09星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

BZ振荡反应

1 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。 2 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 ~ Ce+4 ~ CH2(COOH)2 ~

H2SO4体系为例加以说明。该体系的总反应为

（C21.A）

体系中存在着下面的反应过程。

过程A：

（C21.B）

（C21.C）

过程B：

（C21.D） （C21.E） （C21.F）

Br- 的再生过程：

1.G）

（C2

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

。

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HbrO2，达到准定态时，有

。

由反应C21.C和C21.D可以看出：Br- 和BrO是竞争HbrO2的。当K3 [Br- ]>K4[BrO]时，自催化过程C21.D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：

（C21.1）

若已知实验的初始浓度[BrO ]，可由式C21.1估算[Br- ]crit。

通过反应C21.G实现Br- 的再生。

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。也就是说[Br- ]起着开关作用，它控制着从过程A到过程B，再由过程B到过程

A的转变。在过程A，由于化学反

应，[Br- ]降低，当[Br-]到达[Br- ]crit时，过程B发生。在过程B中，Br- 再生， [Br- ]增加，当[Br- ]达到[Br- ]crit时，过程A发

生，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- ]、[HbrO2]、[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FeSO4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

，并得到

（C21.2）

作图

，根据斜率求出表观活化能。

本实验使用BZOAS-IIS型BZ反应数据采集接口系统（一体化）含磁力搅拌，反应器及专用电极，南京大学应用物理研究所

BZ振荡专用软件及超级恒温水浴HK-2A，并与微型计算机相连。通过接口系统测定电极（Pt与甘汞电极）的电势信号，经

通讯口传送到PC。自动采集处理数据。如图C21.1所示。

BZOAS-IIS型BZ反应数据采集接口系统仪器的前面板上有2个输入通道，用于输入BZ振荡电压信号和温度传感器信号，和一

个通断输出控制通道，可用于控制恒温槽。温度传感器用于测温。仪器的后面板上有电源开关、保险丝座和串行口接口插

座。具体接线方法：铂电极接电压输入正端（+），参比电极接电压输入负端（-）。将仪器后面板上的串行口接计算机的

串行口一（必须串行口一）。