2015012003_712871_19330428_B-Z振荡反应2015012003

B-Z 振荡反应实验报告

姓名：徐敬博 学号：2015012003 班级：材54 同组人姓名：徐浩天 实验日期：2016-9-22 提交报告日期：2016-9-26

助教：代巧玲

1. 引言

1.1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。

1.2实验原理

本实验原理主要分为三个过程： 过程A ：

当[Br －

]较大时，总反应为：

O H Br H Br BrO 2233365+→+++--

（1）

生成的Br 2消耗掉，此过程涉及的反应组成了一条反应链，称为过程A ，其总反应为：

O H COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++--

（2）

过程B ： 当[Br －

]较小时，总反应为：

O H HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++-

+ （3）

上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点，但HBrO 2的增长要受到限制。过程B 其总反

应为：

O H Ce HOBr H Ce BrO 24332454++→+++++-

（4）

过程C ： 最后Br －

可再生，这一过程叫做C 。总反应为：

++-++++→+++H CO Ce Br O H COOH BrCH Ce HOBr 6342)(423224 （5）

过程A 、B 、C 合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。

从上述的分析可以看出，系统中[Br －

]、[HBrO 2]和[Ce 4+]/[Ce 3+]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[Ce 4+]/[]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。

2.实验操作

2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图

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。

图2-11-2：B－Z振荡反应实验装置图

1 计算机及其数据接口（或其他电势差数据记录设备），

2 恒温浴槽，

3 电极搅拌器，

4 饱和甘汞电极，

5 铂电极。

2.2 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2-11-2所示）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。

2.3注意问题

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

1.25摄氏度

3.31摄氏度

斜率k= -7209，根据公式ln(1/t振）=-E/RT +C计算得振荡周期的E振=59.935KJ/mol

斜率k= -8482，根据公式ln(1/t振）=-E/RT +C计算得振荡周期的E振=70.519KJ/mol。3.3讨论分析

在用相同的数据计算时，实验室软件所给出的活化能数值与我用origin软件作图拟合得到的数值有所偏差，偏差大约在10%（软件所算两个活化能值分别为54.8和64.6，origin 拟合所得到的为59.9和70.5），原因未知。我认为数据计算没有出错，计算及拟合过程也无明显误差。

4 结论

（1）结合曲线和实验观察得:在Br－再生时，Ce4+转化为Ce3+ 溶液由黄色变无色；当Br －浓度较小时，Ce3+转化为Ce4+溶液由无色变黄色。即电势值高，溶液显无色，电势值低，溶液显黄色。

（2）由记录数据及拟合图像可知，温度越高，诱导周期越短，振荡周期越短。

5 参考文献

贺德华、麻英、张连庆，《基础物理化学实验》，高等教育出版社，2008，62-67；

6 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：反应开始时加入它们，若加入适量可能会直接进行过程A，从而缩短诱导周期；但若加入过量卤素离子可能会导致过程B、C无法进行，从而正当反应不能发生。在反应中间加入适量卤素离子可能会缩短震荡周期，若加入卤素离子过量同样会使振荡周期停止。

2.为什么B-Z反应有诱导期？反应何时进入振荡期？

答：因为反应开始时溶液中并无Br－，要通过诱导期来产生。当Br－消耗达到临界值时，进入了振荡期

3.诱导期的主要因素有哪些？

答：温度，离子浓度，催化剂，溶液pH值等。

4.中什么样的反应步骤对振荡行为最为关键？

答：过程C最关键。

7.收获与建议

收获：在这次实验中，对于B-Z振荡以及FNK机理有了更深一步的了解。同时也是我第一次亲自用计算机采集数据的实验，感觉很有趣，计算机对数据的采集比较精准，同时也减少了人工读数的麻烦与较大的误差。

建议：实验仪器部分老化严重，如我所做的那台仪器，电极线路露在外面的生锈严重，且接触不是很好，不知是否会给实验带来误差。同时我认为计算机数据处理软件可能有误，当然这也有可能是我的计算不周，如果其他同学也发现出现和我一样的情况，望老师排查一下程序编写是否正确。

讲义 第6章 反馈与振荡电路

第6章 反馈与振荡电路 放大电路引入反馈后，称为反馈放大电路，或闭环电路。反馈电路又分负反馈电路和正反馈电路。 负反馈能改善放大电路的各种性能指标，广泛应用在模拟电子技术中。 放大电路接入正反馈可以构成振荡电路。 （本章只介绍反馈） 6.1 反馈的基本概念 6.1.1 反馈的基本概念的引出 在第二章讨论过工作点稳定的共射极放大电路，如图6-1所示。 图中电阻E R 称为温度补偿电阻，E R 的作用是稳定静态工作点。 静 态 工 作 点 稳 定 的 实 质 ： ,()(),C E E E E E E C BE B B C E T I I U U R I R I U U I I I ↑?↑↑?↑=≈?↓?↓?↓↓固定 E R 把输出端的静态电流C I 返送到输入端，进而稳定C I 的变化。这个稳定过程是直流负反馈的过程。 1、反馈：将输出信号（电压或电流）的一部分或全部以某种方式回送到电路的输入端，使输入量（电压或电流）发生改变，这种现象称为反馈 2、反馈放大电路 具有反馈的放大电路包括基本放大电路A 及反馈网络F 两个部分。其组成框图如图6-2所示 基本放大电路：未加反馈的单级、多级放大电路，或者是集成运算放大器。 反馈网络：可由电阻。电感。电容或半导体器件组成。 3、直流反馈和交流反馈 （1）直流反馈：若反馈信号只包含直流分量。直流负反馈具有稳定静态工作点的作用。 （如图6-1所示就是直流反馈电路） （2）交流反馈：若反馈信号只包含交流分量。 （3）判断交流与直流反馈：看反馈元件是在交流通路中还是在直流通路中起作用。 （去掉旁路电容E C ，如图6-3所示电路，就包含有交流反馈） 有时反馈既有直流分量，又有交流分量，称之为交、直流反馈。图6-3所示电路就是既有交流反馈又有直流反馈。 4、正反馈与负反馈 （1）正反馈：若反馈信号在输入端与输入信号相加，使净输入信号i X '增加，称为正反馈； （2）负反馈：若反馈信号在输入端与输入信号相加，使净输入信号i X '减小，称为负反馈。 （负反馈使放大倍数下降，但使得其他许多性能得到改善，因此在放大电路中得到广泛应用。正反馈虽然提高了放大倍数，但使得其他性能降低，因此在放大电路中很少采用，主要用于振荡电路和数字电路的暂态过程。）

化学振荡

化学震荡 一、目的要求 1、了解、熟悉化学振荡反应的机理。 2、通过测定电位——时间曲线求得振荡反应的表观活化能。 二、基本原理 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BZ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BZ振荡反应。典型的BZ系统中,铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图1所示。 对于以BZ反应为代表的化学振荡现象,目前被普遍认同的是Field,K?r?s和Noyes在1972年提出的FKN机理。FKN机理提出反应由三个主过程组成：过程A (1) Br-＋BrO3-＋2H+→HBrO2＋HBrO (2) Br-＋HBrO2＋H+→2HBrO 过程B (3) HBrO2＋BrO3-＋H+→2BrO2＋H2O (4) BrO2＋Ce3+＋H+→HBrO2＋Ce4+ (5) 2HBrO2→BrO3-＋H+＋HBrO 过程C (6) 4Ce4+＋BrCH(COOH)2＋H2O＋HBrO→2Br-＋4Ce3+＋3CO2＋6H+ 过程A是消耗Br-,产生能进一步反应的HBrO2,HBrO为中间产物。 过程B是一个自催化过程,在Br-消耗到一定程度后,HBrO2才按式(3)、(4)进行反应,并使反应不断加速,与此同时,Ce3+被氧化为Ce4+。HBrO2的累积还受到式(5)的制约。 过程C为丙二酸溴化为BrCH(COOH)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A和B,就是一般的自催化反应,进行一次就完成了,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。 该体系的总反应为： 2H++2 BrO3-+3CH2(COOH)2? ?→ ?+3Ce2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O 振荡的控制离子是Br-。 由上述可见,产生化学振荡需满足三个条件： 1.反应必须远离平衡态。化学振荡只有在远离平衡态,具有很大的不可逆程度时才能发生。在封闭体系中振荡是衰减的,在敞开体系中,可以长期持续振荡。 2.反应历程中应包含有自催化的步骤。产物之所以能加速反应,因为是自催化反应,如过程A中的产物HBrO2同时又是反应物。 3.体系必须有两个稳态存在,即具有双稳定性。 化学振荡体系的振荡现象可以通过多种方法观察到,如观察溶液颜色的变化,

BZ振荡实验

BZ振荡实验 一、实验目的及要求 1.了解BZ(Belousov-Zhobotinski)振荡反应的基本原理，观察BZ化学振荡 实验。 2.了解化学振荡反应中的电势测定方法，通过测定电位-时间曲线求得化学振荡反应的表观活化能。 二、实验原理 振荡反应 化学振荡是指反应系统中的某些量(如某组分的浓度)随时间做周期性的变化。BZ振荡实验是由贝诺索夫(Belousov)和柴波廷斯基(Zhobotinski)发现和发展 起来的，是指在酸性介质中，有机物在有金属离子催化的条件下被溴酸盐氧化，某些组分的浓度发生周期性的变化。 大量实验研究表明，化学振荡反应的发生必须满足三个条件：(1)必须是远离平衡态体系；(2)反应历程中含有自催化步骤；(3)体系必须具有双稳态性，即可在稳态间来回振荡。 机理 菲尔德(Field)、科罗什(Koros)、诺伊斯(Noyes)三位科学家对BZ振荡反应 实验进行了解释，称为FKN机理。下面以BrO 3~Ce4+~CH 2 (COOH) 2 ~H 2 SO 4 体系为例说 明。在该体系中发生的总反应为： 该反应的的核心内容是系统中存在受Br－浓度控制的A和B两个过程。具体的说， 当Br－的浓度高于某个浓度(这个浓度被称为临界浓度C 临)时，BrO 3 －被还原成Br 2 ， 即发生A过程。 过程A： (注：HOBr产生后立即被丙二酸消耗，反应过程如下： 当Br-的浓度低于临界浓度时，或者说Br-的浓度较低时，Ce3＋被氧化为Ce4＋，发生B过程。 过程B：

(自由基反应瞬间完成) Br-再生过程： 过程A是消耗Br－并产生能进一步发生反应的HBrO 2 ，HOBr是中间产物，产 生之后立即被丙二酸消耗。 过程B是一个自催化的过程(HBrO 2 充当催化剂)，在Br－消耗到一定程度后， HBrO 2 才按③和④进行，并使反应不断加速，与此同时，Ce3＋被氧化为Ce4+。 HBrO 2 的累积还受⑤的制约。 ⑥反应为丙二酸被溴化为BrCH(COOH) 2 ，与Ce4+反应生成Br－使Ce4+转化为Ce3+。这个反应使得Br－和Ce3+再生，形成周期振荡，并且控制A过程和B过程发生的离子是Br－。 －的临界浓度 过程A中，慢反应②控制整个A过程的速度，当过程A达到准定态，即υ ①=υ ② ，这时： k 1[BrO 3 －][Br－][H+]2=k 2 [HBrO 2 ][Br－][H+]，得：[HBrO 2 ] A =k 1 /k 2 [BrO 3 －][H+]。 过程B中，慢反应③产生的自由基BrO 2 ·立即反应，当反应达到准定态， 即υ ③=υ ⑤ ，这时 k 3[BrO 3 －][HBrO 2 ][H+]=k 5 [HBrO 2 ]2，得：[HBrO 2 ] B =k 3 /k 5 [BrO 3 －][H+]。 观察②反应和③反应，Br－和BrO 3 －均要与HBrO 2 反应，形成竞争反应。当 k 2[HBrO 2 ][Br－][H+]>k 3 [BrO 3 －][HBrO 2 ][H+]时，即k 2 [Br－]>k 5 [BrO 3 －]时，反应②进 行，反应③不能进行。而k 2[Br－]

BZ振荡反应

北京理工大学 物理化学实验报告 BZ震荡反应 班级：09111101 实验日期：2013-4-9

一、 实验目的 1） 了解BZ 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。 本实验以BrO - 3 ~ Ce + 4 ~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4作为反映体系。该体系的总 反应为： ()()O 4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++?→?++- + 体系中存在着下面的反应过程。 过程A ： HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+?→?+++-- 2HOBr H Br HBrO 3K 2?→?+++- 过程B ： O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+?→?+++- 42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++?→?++ +++?→?H HOBr BrO 2HBrO -3K 26 Br - 的再生过程：

()+ +- ++++?→?+++6H 3CO 4Ce 2Br HOBr O H COOH BrCH 4Ce 23 K 2247 当[Br -]足够高时，主要发生过程A ，研究表明，当达到准定态时，有 [][][]+- =H BrO K K HBrO 3 3 22。 当[Br -]低时，发生过程B ，Ce +3被氧化。，达到准定态时，有 [][][] +- ≈ H BrO 2K K HBrO 36 42。 可以看出：Br - 和BrO -3是竞争HbrO 2的。当K 3 [Br - ]>K 4[BrO - 3]时，自催 化过程不可能发生。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： [] [][] - --?== 3 633 4crit - BrO 105BrO K K Br 若已知实验的初始浓度[BrO - 3]，可由上式估算[Br - ]crit 。 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 。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 - ]、[HbrO 2]、[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FeSO 4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 ??? ? ??-=∝RT E A k t 表诱exp 1 ，并得到

B-Z振荡反应

B-Z振荡反应 姓名：*** 学号：2015012*** 班级：化学**班 实验日期：2018年3月21日提交报告日期：2018年3月23日 带课老师/助教：*** 1 引言（简明的实验目的/原理） 2 实验操作 2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图 计算机及接口1套，THGD-0506高精度低温恒温槽 （宁波天恒仪器厂）1台，电磁搅拌器1台，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?L-1硝酸铈铵，0.5mol?L-1丙二酸和0.2mol?L-1 溴酸钾（均由0.8mol?L-1硫酸溶液配制）；0.8mol?L-1硫酸。 2.2 实验条件 恒温槽初始温度设定在25.00℃。

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（如上）接好线路。 3. 接通电源。打开计算机，运行“数据采集”程序，准备采集数据。 4. 调节恒温槽温度为25℃。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。点击“开始”，待基线走稳后，用移液管加入2mL硝酸铈铵溶液。出现振荡后，待振荡周期完整重复8~10次后，点击“完成”，停止记录，命名存盘。记录恒温槽温度。实验中注意观察溶液的颜色变化。 5. 升高温度3~5℃，重复步骤4，直到35℃左右。 注意事项： 1. 实验开始前，要检查甘汞电极是否满足使用条件（溶液接触汞的部分，有固体KCl颗粒，没有气泡，甘汞电极与外部盐桥接通）。若不满足，应事先调整； 2. 全部溶液都用稀硫酸配制。防止反应液滴到皮肤、衣物、仪器、家具上。反应液流到电磁搅拌器上，应及时擦拭干净，更换滤纸，以免腐蚀仪器甚至发生漏电。若反应液滴到其他地方，应根据情况，及时冲洗或擦拭干净； 3. 橡皮塞及电极应保持竖直状态，避免平放或倒置，避免甘汞电极出现气泡； 4. 注意控制转子位置，避免损坏电极。反应前清洗反应器和电极，反应时控制转子转速保持稳定，可保证数据准确以及振荡反应出现。 3 结果与讨论 3.1 原始实验数据 3.1.1 不同温度下的电位振荡曲线图 实验得到不同温度下的电位振荡曲线图如下所示。

物化实验报告-BZ振荡实验

B-Z振荡反应 2011011743 分1 黄浩 同组人姓名：李奕 实验日期：2013-11-2 提交报告日期：2013-11-8 指导教师：王振华 1 引言 1.1. 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。 1.2 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2-11-1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表：

i 222按照FKN 机理，可对化学振荡现象解释如下： 当[Br －]较大时，反应主要按表中的（1）、（2）、（3）进行，总反应为： O H Br H Br BrO 2233365+→+++-- （11） 生成的Br 2按步骤（7）消耗掉。步骤（1）、（2）、（3）、（7）组成了一条反应链，称为过程A ，其总反应为： O H COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++-- （12） 当[Br －]较小时，反应按步骤（5）和（6）进行，总反应为： O H HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++- + （13） 步骤（5）为该反应的速度控制步骤（（5）的逆反应速率可忽略），这样有 ]][][[] [2352+-=H HBrO BrO k dt HBrO d （14） 上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点，但HBrO 2的增长要受到步骤（4）的限制。（4）、（5）、（6）组成了另一个反应链，称为过程B 。其总反应为： O H Ce HOBr H Ce BrO 24332454++→+++++- （15） 最后Br － 可通过步骤（9）和（10）而获得再生，这一过程叫做C 。总反应为： ++-++++→+++H CO Ce Br O H COOH BrCH Ce HOBr 6342)(423224 （16） 过程A 、B 、C 合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。 当[Br －]足够大时，HBrO 2按A 中的步骤（2）消耗。随着[Br －]的降低，B 中的步骤（5）

BZ振荡反应

B-Z振荡反应 姓名：李上学号：2012011849 班级：分2 同组人姓名:刘昊雨 实验日期：2014年12月4日 提交报告日期：2014年12月10日 指导教师：王振华 1.引言 1.1.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。 1.2.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2-11-1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表：

-+Br BrMA i 222 按照FKN 机理，可对化学振荡现象解释如下： 当[Br － ]较大时，反应主要按表中的（1）、（2）、（3）进行，总反应为： O H Br H Br BrO 2233365+→+++-- （11） 生成的Br 2按步骤（7）消耗掉。步骤（1）、（2）、（3）、（7）组成了一条反应链，称为过程A ，其总反应为： O H COOH BrCH H COOH CH Br BrO 222233)(33)(32+→++++-- （12） 当[Br － ]较小时，反应按步骤（5）和（6）进行，总反应为： O H HBrO Ce H HBrO BrO Ce 2242332232++→+++++-+ （13） 步骤（5）为该反应的速度控制步骤（（5）的逆反应速率可忽略），这样有 ]][][[] [2352+-=H HBrO BrO k dt HBrO d （14） 上式表明HBrO 2的生成具有自催化的特点，但HBrO 2的增长要受到步骤（4）的限制。（4）、 （5）、（6）组成了另一个反应链，称为过程B 。其总反应为： O H Ce HOBr H Ce BrO 24332454++→+++++- （15） 最后Br － 可通过步骤（9）和（10）而获得再生，这一过程叫做C 。总反应为： ++-++++→+++H CO Ce Br O H COOH BrCH Ce HOBr 6342)(423224 （16） 过程A 、B 、C 合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。 当[Br －]足够大时，HBrO 2按A 中的步骤（2）消耗。随着[Br － ]的降低，B 中的步骤（5）对HBrO 2的竞争愈来愈重要。当[Br － ]达到某个临界值[－ r B ~ ]时，自催化步骤（5）引起的HBrO 2的生成速率正好等于过程A 中由步骤（2）引起的HBrO 2的消耗速率，即 0]][][r B ~ []][][[][222352=-=++-H HBrO k H HBrO BrO k dt HBrO d － （17） 由（17）式易得：] []r B ~ [32 5-=BrO k k － 若已知实验的初始浓度][3-BrO ，由（18）式可估算[－r B ~]。 当 ]r B ~[][Br －－ <时，[HBrO 2]通过自催化反应（13）很快增加，导致[Br －]通过反应步骤（2）而迅速下降。于是系统的主要过程从A 转换到B 。B 中产生的Ce 4+通过C 使Br － 再生， [Br － ]慢慢回升；当 ]r B ~[][Br －－ >时，体系中HBrO 2的自催化生成受到抑制，系统又从B

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： 序号 机理步骤 速率或速率常数 （1） 22HOBr Br H Br H O -+ +++ 1 116291110108----=???=s k s dm mol k （2） HOBr H Br HBrO k 22 2?→?+++- 16292102--???=s dm mol k

B-Z振荡反应

B-Z 振荡反应 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： 序号 机理步骤 速率或速率常数 （1） 22HOBr Br H Br H O -++++? 1116291110108----=???=s k s dm mol k （2） HOBr H Br HBrO k 222?→?+++- 16292102--???=s dm mol k （3） HOBr HBrO H Br BrO k +?→?+++--2332 19331.2--??=s dm mol k

《反馈与振荡电路》单元测试题

《反馈与振荡电路》单元测试题 一、填空题 1．反馈放大器由基本放大器和电路两部分组成。它将信号的一部分或通过一定方式送回到放大器的过程。 2．在放大电路中，为了稳定静态工作点，应引入负反馈；为了提高电路的输入电阻，应引入负反馈；为了稳定输出电压，应引入负反馈。 3．反馈按极性的不同可分为和两大类。凡反馈信号使放大器的净输入信号增大称作反馈； 凡反馈信号使放大器的净输入信号减小称作反馈。其中用在放大电路中，而则用在振荡电路中。 4．交流负反馈有四种类型，它们分别是、、、。 5．电压负反馈能稳定放大器的，并使放大器的输出电阻；电流负反馈能稳定放大器的，使放大器的输出电阻。 6．负反馈对放大器的影响是：使放大电路放大倍数；电路的稳定性；输出波形的非线性失真；通频带宽度并且了电路输入电阻和输出电阻。 7．凡反馈一定是以电流相减的形式出现；凡反馈一定是以电压相减的形式出现。 8．串联负反馈只能有在信号源内阻时，其反馈效果才显著；并联负反馈只有在信号源内阻时，反馈效果才显著。 9．深度负反馈时，放大器的电压放大倍数只与有关，而与三极管的无关。 10．对共射放大电路而言，反馈信号引入到输入端接在三极管的发射极上，称作反馈。若反馈信号引入到输入端接在三极管基极称作反馈。从输出端来看，反馈从三极管的集电极接出称作反馈。 反馈从三极管发射极接出称作反馈。 11．无信号时，放大电路能直接将直流能量转换成一定、一定、一定的交流信号的现象称为振荡。 12．自激振荡电路由和电路组成。 13．电路产生自激振荡必须满足条件和条件。 14．正弦波振荡电路根据选频电路的不同，可分为振荡器和振荡器。 15．三点式振荡器有三点式和三点式，它们的共同点是从LC振荡回路中引出三个端点和三极管的相连。 16．石英晶体振荡器是利用石英晶体的特性来工作，其频率稳定度，石英晶体振荡器有两个谐振频率，即和。 17．石英晶体振荡器有型和型两类。前者晶体作为一个组成振荡电路，后者利用晶体的特性来组成振荡电路。 18．RC振荡电路由和选频网络组成。为了满足振条件，放大器的放大倍数只需大于。 19．振荡电路的振荡频率只取决于电路。LC振荡器振荡频率f= ；RC选频振荡器振荡频率f= 。 20．振荡器分为高频振荡器和低频振荡器。LC振荡器为振荡器，RC振荡器为振荡器。 二、选择题 1.反馈放大器的含义是（） A：输出与输入之间有信号通路B：电路中存在反向传输的信号通路 C：除放大电路以外的信号通路 D：电路中存在使输入信号削弱的反向传输通路 2.交流负反馈是指（） A：只存在于阻容耦合电路中的负反馈B：交流通路中的负反馈 C：放大交流信号时才有的负反馈D：变压器耦合电路中的负反馈 3.负反馈能抑制干扰和噪声是指（） A：输入信号中的干扰和噪声B：输出信号中干扰和噪声 C：反馈环内的干扰和噪声D：反馈环外的干扰和噪声 4.负反馈能改善放大器的非线性失真，下面说法正确的是（） A：使放大器的输出电压如实显现的放大了的输出电压波形 B：不论输入信号是否失真，放大器的输出信号均未失真 C：负反馈只能减小放大器本身所产生的失真 D：负反馈的是利用输出的失真来减小放大器所产生的失真 5.为了减轻信号源负担并保证输出电压稳定，放大器应采用的反馈类型是 A：电压串联负反馈B：电流串联负反馈（） C：电压并联负反馈D：电流并联负反馈 6.某仪表中放大电路，要求输入电阻大、输出电流稳定，应选用（供选项同上） （） 7.射极输出器从反馈角度来看属于（供选项同上）（） 8.放大器引入负反馈后，它的放大倍数和产生的信号失真情况是（） A：放大倍数下降，信号失真减小B：放大倍数下降，信号失真加大 C：放大倍数增大，信号失真程度不变 D：放大倍数与信号失真程度都不变 9.放大器引入负反馈后，下列说法正确的是（） A：放大倍数下降，通频带不变B：放大倍数不变，通频带变宽 C：放大倍数下降，通频带变宽D：放大倍数不变，通频带变窄 10.自激振荡电路实质上就是外加信号为零时的（） A：基本放大器B：负反馈放大器 C：正反馈放大器D：正反馈选频放大器 11.振荡器等幅振荡条件是（） A：AF=1 B：AF>1 C：AF≥1 D：ΨA+ΨF=2nπ 12.正弦波振荡器的振荡频率取决于（） A：电路的放大倍数B：正反馈深度 C：反馈元件的参数D：选频网络的能数 13.正弦波振荡器中选频网络的作用是（） A：产生单一频率的振荡B：提高输出信号的振幅 C：保证电路起振D：使振荡有较多的频率成分 14.正弦波振荡器中正反馈网络的作用是（） A：保证电路满足振幅平衡条件B：提高放大器的放大倍数 C：产生单一频率的正弦波D：保证放大器满足相位平衡条件 15.电感三点式振荡器的最大特点是（） A：输出幅度大B：输出波形好 C：易于起振，频率调节方便D：振荡频率高

一个奇妙的化学振荡实验 趣味

实验教学与 　教具研制一个奇妙的化学振荡实验新设计 3 熊言林 (安徽师范大学化学与材料科学学院　安徽芜湖　241000) 摘要　培养学生学习化学的兴趣,化学实验是最直接、最直观、最生动、最现实的教学素材。在参阅前人研究的基础上,用过氧化氢、碘酸钾等试剂设计了一个操作十分简单、适合中学条件的化学振荡实验方案,其奇妙的振荡现象十分明显、有趣,引人入胜。 关键词　中学化学　振荡实验　方案设计　过氧化氢　碘酸钾 学生的学习兴趣是激发学习动机的重要因素[1]。所以,我无论是在本科生、函授生、研究生的课堂教学中,还是在国家级骨干教师、省级骨干教师、全省高中化学教师的培训课上,以及在给中学生开展化学讲座上都要演示一些自己设计的、很有趣的新实验来配合相关内容的讲授,收到了较好的教学效果[2]。 在查阅B-Z反应、B-R反应及其相关振荡实验文献的基础上[3,4],我设计了一个操作十分简单、适合中学条件的化学振荡实验方案,并在多年的课堂教学、报告讲座上亲自演示过该实验,反复循环变色(无色→琥珀色→蓝色)的奇妙实验现象非常吸引学生、学员的眼球,引起了他们对该实验产生很大的兴趣。为此,笔者现将这一化学振荡实验方案设计出来,对该实验感兴趣的化学教师,不妨在新学年的第一次化学课上或在化学活动课上按照该实验方案做一做,看看学生有什么反应。 1　实验目的 (1)初步了解化学振荡实验原理,知道振荡现象广泛地存在于自然界中; (2)探究化学振荡实验的最佳条件,掌握化学振荡实验的基本操作; (3)体验化学振荡实验的新颖性、趣味性和知识性,激发学生学习化学的兴趣。 2　实验原理 在一定条件下,过氧化氢既可以作为还原剂,又可以作为氧化剂。在本实验条件下(室温,淀粉溶液),过氧化氢在Mn2+催化下分别跟碘酸钾、单质碘发生振荡反应,使溶液的颜色呈现周期性的变化(无色→琥珀色→蓝色),直至过氧化氢完全反应,溶液的颜色才不会再变化。上述颜色变化的反应机理很复杂,有人认为,可能反应机理是: 5H2O2+2IO-3+2H+→5O2↑+6H2O+I2(在Mn2+催化下)使淀粉溶液变蓝 I2+5H2O2→2HIO3+4H2O使蓝色淀粉溶液褪色I2+CH2(COO H)2→IC H(COO H)2+I-+H+ I2+ICH(COO H)2→I2C(COO H)2+I-+H+溶液呈琥珀色 3　实验用品 413g碘酸钾(C1P),4mL2mol/L H2SO4溶液,41mL30%的H2O2溶液,0134g硫酸锰晶体(C1P),116g丙二酸(C1P),0103g可溶性淀粉(C1P),蒸馏水(可用自来水代替)。 400mL烧杯1只,100mL烧杯2只,100mL 量筒1只,10mL量筒1只,台称1台,玻璃棒1支,酒精灯1盏,石棉网1块,白纸片1张。 4　实验步骤 411　溶液的配制 (1)无色溶液A　在400mL烧杯中,加入41mL30%的H2O2溶液,再加入59mL蒸馏水,用玻璃棒搅拌均匀,即为无色溶液A。 (2)无色溶液B　称取413g碘酸钾,放入到100mL烧杯中(为了配制方便,在此操作前,向烧杯里加入100mL的水,标出水面高度的记号后,倒出水),加入约60mL的蒸馏水,加热溶解,冷却后,再加入4mL2mol/L H2SO4溶液,用蒸馏水稀释到100mL的标记处,用玻璃棒搅拌均匀,即为无色溶液B。 (3)无色溶液C　称取116g丙二酸、0134g硫酸锰晶体,放入到100mL烧杯中(为了配制方便,在此操作前,向烧杯里加入100mL的水,标出水面高度的记号后,倒出水),用少量的蒸馏水溶解,加入含有0103g可溶性淀粉的溶液(如,10mL013%的可溶性淀粉溶液),再用蒸馏水稀释到100mL的标记处,搅拌均匀,即为无色溶液C。 412　混合溶液 在盛有100mL无色溶液A的400mL烧杯底部垫一张白纸片(便于观察),向烧杯中同时加入100mL无色溶液B和100mL无色溶液C,立即充分搅拌片刻。停止搅拌后,静置、观察振荡实验现象,并将颜色周期性变化的时间记入下表(每隔10～20s记一次): ? 4 4 ?化　学　教　育 2008年第10期3安徽师范大学“化学教育专业实验—化学教学论实验”精品课程建设项目(校教字[2006]69号)基金资助

B-Z振荡反应实验报告

B-Z振荡反应 姓名：何一白学号：2012011908 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。

物理化学实验报告BZ振荡反应

物理化学实验报告B Z 振荡反应 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

物理化学实验报告 BZ 振荡反应 1.实验报告 （1）了解BZ 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 化学振荡：反应系统中某些物理量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。有苏联科学家Belousov 发现，后经Zhabotinski 发现而得名。 本实验以BrO -3 ~ Ce +4 ~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4作为反映体系。该体系的总反应为： ()()O 4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++?→?++-+ 1 体系中存在着下面的反应过程。 过程A ： HOBr HBrO 2H Br BrO 2K 32+?→?+++-- 2 2HOBr H Br HBrO 3K 2?→?+++- 3 过程B ： O H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+?→?+++- 4 42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++?→?++ 5 +++?→?H HOBr BrO 2HBrO -3K 26 6 Br - 的再生过程： 当[Br -]足够高时，主要发生过程A ，2反应是速率控制步骤。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。4反应是速率控制步骤。反应将自催化产生HBrO 2，达到准定态时，有[][][] +-≈H BrO 2K K HBrO 3642。 可以看出：Br - 和BrO -3是竞争HbrO 2的。当K 3 [Br - ]>K 4[BrO -3]时，自催化过程不可 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： 若已知实验的初始浓度[BrO -3]，可由上式估算[Br - ]crit 。 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 。[Br - ]起着开关的作用，他控制着A,B 之间的变化。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 - ]、[HbrO 2]、[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FeSO 4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 作图??? ? ??诱t 1ln ～T 1，根据斜率求出表观活化能表E 。 本实验使用的BZ 反应数据采集接口系统，并与微型计算机相连。通过接口系统测定电极的电势信号，经通讯口传送到PC 。自动采集处理数据。 3.实验仪器与试剂 BZ 反应数据采集接口系统 恒温槽 溴酸钾 mol ·dm -3 磁力搅拌器 硫酸 mol ·dm -3 丙二酸·dm -3 硫酸铈铵4×10-3 mol ·dm -3 微型计算机 反应器 4.实验步骤

B-Z振荡反应实验报告

B-Z振荡反应条件探究 PB12030008 崔常松 中国科学技术大学12级14系 摘要： 本次实验为探究B-Z振荡反应的各反应条件，反应主体为：溴酸钾-丙二酸-硫酸铈铵-硫酸体系，主要研究了反应物加入顺序、反应温度、反应物浓度以及一些离子的加入对该B-Z 振荡反应体系的影响。以溶液的电极电位为考察点，探究因素包括B-Z振荡反应的诱导时间，振荡周期和振荡反应发生的条件等。最后探究了B-Z振荡反应的反应机理。 关键词：B-Z振荡反应诱导时间振荡周期化学振荡 Factors influencing the B-Z oscillation reaction PB12030008 cui changsong (The university of science and technology of china, Hefei, 230026) Abstracts： In this experiment, we study the factors which influence the starting, induction time and the oscillation cycle. Specifically, we take four steps to study it. First, change the order of reactants adding to the system. Second, change the reaction temperature from 25℃to 45℃. And third, change the concentration of four reactants. Finally, we study the influence of other reductions, such as, Propionate, Succinate and Glucose. Key words: B-Z oscillation reaction induction time oscillation cycle ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉ 前言： 化学振荡反应是具有非线性动力学微分速率方程的一类反应，是在开放体系中进行的远离平衡的一类反应。体系与外界环境交换物质和能量的同时，通过采用适当的有序结构状态耗散环境传来的物质和能量。这类反应与通常的化学反应不同，它并非总是趋向于平衡态的。其中B-Z 反应（Belousov-Zhabotinsky 反应），也称BZ反应、B-Z 振荡反应（BZR），是一类著名的化学振荡反应，也是非平衡热力学的经典例子。最常见的反应是铈作催化剂时，丙二酸在稀硫酸水溶液中被溴酸盐氧化的反应： 这个反应首先在20世纪50年代由前苏联Belousov（别洛索夫）在研究三羧酸循环时发现，最初的催化剂是Ce4+/Ce3+，还原剂是柠檬酸。反应液在无色和黄色两种状态之间发生周期性的振荡，振荡频率随温度升高而增加。这一时期普遍认为化学振荡反应是不可能发生的，别洛索夫的这一结果也自然不受重视，两次投稿都以“无法解释机理”及“不可能”的原因而被退了回来，最后只得发表在一

化学振荡B-Z反应

实验21 化学振荡——B-Z 反应 一.目的要求 1. 了解Belousov-Zhabotinsky 反应(简称BZ 反应)的基本原理，掌握研究化学振荡反应的一般方法。 2. 掌握硫酸介质中铈离子作催化剂时，丙二酸被溴酸氧化体系的基本原理。 3. 了解化学振荡反应的电势测定方法。 4. 测定硫酸-丙二酸-HBrO 3–硝酸铈铵化学振荡体系振荡反应的诱导期与振荡周期，并求出有关反应的活化能。 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，并报道了以金属铈离子作催化剂时，柠檬酸被HBrO 3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，人们把这类反应统称为BZ 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BZ 振荡反应。典型的BZ 系统中，铈离子和溴离子浓度的振荡曲线如图2-21-2所示。 对于以BZ 反应为代表的化学振荡现象，目前被普遍认同的是Field ，K?r?s 和Noyes 在1972年提出的FKN 机理。FKN 机理提出反应由三个主过程组成: 过程A (1) Br –＋BrO 3–＋2H +→HBrO 2＋HBrO (2) Br –＋HBrO 2＋H +→2HBrO 过程B (3) HBrO 2＋BrO 3–＋H +→2BrO 2＋H 2O (4) BrO 2＋Ce 3+＋H +→HBrO 2＋Ce 4+ (5) 2HBrO 2→BrO 3–＋H +＋HBrO 过程C (6) 4Ce 4++BrCH(COOH)2+H 2O +HBrO →2Br –+4Ce 3++3CO 2+6H + 过程A 是消耗Br -，产生能进一步反应的HBrO 2，HBrO 为中间产物。 过程B 是一个自催化过程，在Br –消耗到一定程度后，HBrO 2才按式(3)、(4)进行反应，并使反应不断加速，同时，Ce 3+被氧化为Ce 4+。HBrO 2的累积还受到式(5)的制约。 过程C 为丙二酸溴化为BrCH(COOH)2与Ce 4+反应生成Br –使Ce 4+还原为Ce 3+。 过程C 对化学振荡非常重要，如果只有A 和B ，就是一般的自催化反应，进行一次就完成了，正是C 的存在，以丙二酸的消耗为代价，重新得到Br -和Ce 3+，反应得以再启动，形成周期性的振荡。 该体系的总反应为 2H ++2 BrO 3–+3CH 2(COOH)2??→?+3Ce 2BrCH(COOH)2+3CO 2+4H 2O 振荡的控制离子是Br -。 由上述可见，产生化学振荡需满足三个条件: 1.反应必须远离平衡态。化学振荡只有在远离平衡态，具有很大的不可逆程度时才能发生。在封闭体系中振荡是衰减的，在敞开体系中，可以长期持续振荡。